陶瓷潤滑材料有利于提高潤滑材料的耐腐蝕、耐磨損、耐高溫和抗氧化性能，同時具有低密度、理想的結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性，是最有發(fā)展?jié)摿蛯嵱脙r值的高溫潤滑技術(shù)。但由于陶瓷材料的本征脆性以及由摩擦學設(shè)計所帶來的材料力學性能的下降，在很大程度上限制了它在高溫潤滑領(lǐng)域更為廣泛的應(yīng)用。如何解決陶瓷潤滑材料中力學性能和摩擦學性能之間的矛盾，實現(xiàn)陶瓷復合材料的結(jié)構(gòu)/潤滑功能一體化是當前陶瓷潤滑材料的研究重點。
在科技部“973”項目、國家自然科學基金項目和中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃項目的資助下，中國科學院蘭州化學物理研究所潤滑與防護材料研究發(fā)展中心研究人員通過梯度結(jié)構(gòu)和仿生層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，顯著提高了陶瓷潤滑材料的力學性能。
該研究小組發(fā)展了一種簡易的鋪層-熱壓原位成型工藝，將固體潤滑劑以梯度分布方式復合在具有高強度和可靠性的仿生層狀結(jié)構(gòu)氧化鋁和氧化鋯陶瓷中，成功制備出系列結(jié)構(gòu)/潤滑功能一體化陶瓷復合材料，為陶瓷材料在摩擦學領(lǐng)域更為廣泛的應(yīng)用奠定了重要的基礎(chǔ)。
制備的新型陶瓷潤滑材料具有優(yōu)異的摩擦學性能，在室溫到800℃的溫度范圍內(nèi)，其摩擦系數(shù)遠低于氧化鋁和氧化鋯陶瓷，是氧化鋁和氧化鋯陶瓷的一半左右。其彎曲強度、斷裂功及斷裂韌性是常規(guī)陶瓷潤滑材料的3~10倍，如層厚為80μm的Al2O3/Al2O3-ZrO2(3Y)/SL層狀-梯度復合材料的彎曲強度可達348MPa，和單層Al2O3陶瓷相當，是常規(guī)Al2O3陶瓷潤滑材料的5倍多。
同時，由于層狀-梯度的特殊結(jié)構(gòu)，材料中存在空間不均勻分布的殘余應(yīng)力，這對復合材料的力學行為具有明顯的影響。該研究表明，通過層狀結(jié)構(gòu)參數(shù)和梯度指數(shù)的調(diào)控可以使殘余應(yīng)力具有較高的水平，進而實現(xiàn)材料性能的優(yōu)化。
