《奇妙的摩擦世界》作为国内出版的第一部有关摩擦学方面的科普专著，从燧人氏钻木取火、埃及金字塔的建造等历史开始，讲述了人类研究和利用摩擦现象的历史、摩擦学研究的现状及发展趋势；以生动有趣的文笔，深入浅出，从生活出发，讲解了有关摩擦、磨损和润滑的知识；还向大家展示了摩擦学新的发展领域，比如空间摩擦学、微／纳米摩擦学、生物摩擦学等，内容比较全面。读者可以借此了解摩擦、磨损和润滑，开阔视野，填充自己的知识宝库，对您的生活和工作也有一定的助益；摩擦学专业人士也能从中了解人类利用摩擦现象的历史，加深对摩擦学的理解。

摩擦作为一种普通的物理现象，密切影响着人类的生活和生产。本书通过大量史实、现象及中外研究成果，图文并茂地介绍了摩擦学的相关知识。全书共分8章，分别为摩擦史话、生活中的摩擦现象、打开摩擦世界的大门、庞大的润滑材料家族、历史悠久的润滑油脂、朝气蓬勃的固体润滑材料、功能强大的表面工程技术和摩擦学新挑战。

本书可作为具有中学及以上程度的青少年的课外读物，也可作为科技爱好者的业余参考书。

序

前言

第一章 摩擦史话

 钻木取火

 钻

 雪橇的出现

 滚动“战胜”滑动

 车轮的雏形

 车轮

 中国的车轮及车

 齿轮传动

 古老的润滑剂

 原始的轴承

 黑暗的中世纪

 磁罗盘

 机械钟

 有趣的石头

 天才之达·芬奇

 摩擦的早期实验研究

 工业革命之摩擦学

 水磨

 水车

 荷兰风车

 工业革命时期的润滑

 消失的金币

 矿物润滑油称霸的时代

 “摩擦学”概念的提出——Jost报告

 摩擦学研究协会的萌芽

 从经典理论到近现代理论

 摩擦学研究的发展概况和趋势

第二章 生活中的摩擦现象

 从早到晚的摩擦

 没有摩擦寸步难行

 鞋底的秘密

 衣服的舒适性与摩擦特性

 欧拉的皮带理论

 结绳

 妈妈的缝纫机与摩擦传动

 增加或减少摩擦力的方法

 自锁与摩擦角

 斜面的自锁

 安息角

 万丈高楼平地起之摩擦桩

 沙子会“唱歌”

 美妙的音乐从何而来

 弓毛的奥秘

 体育运动中的摩擦学

 地质灾难与摩擦

 摩擦生热

 摩擦起电

 功过参半话静电

 摩擦风

 潮汐与摩擦

 生活中的润滑小窍门

第三章 打开摩擦世界的大门

 生命在于运动

 什么是摩擦

 形形色色的摩擦

 表面究竟是个什么样子

 表面张力

 古典摩擦定律

 实用而不严密的定律

 复杂多变的摩擦系数

 为什么会产生摩擦

 滚动摩擦

 滑动摩擦VS滚动摩擦

 特殊工作条件下的摩擦

 磨损是摩擦的孪生兄弟

 磨损的三个阶段

 千奇百怪的成因

 透过现象看本质——当代的磨损理论

 研究摩擦磨损的方法

 降低磨损的方法

第四章 庞大的润滑材料家族

 什么是润滑

 润滑剂的作用只是润滑吗

 润滑材料家族

 润滑方式的多样性

 多种多样的润滑方法

第五章 历史悠久的润滑油脂

 最古老的润滑剂

 用量最大的矿物润滑油

 润滑油的调料——添加剂

 润滑油必备的性能

 常用的工业润滑油

 润滑油的选用

 人工合成的高级润滑油

 润滑脂——变稠的润滑油

 特种润滑油脂成为“香饽饽”

第六章 朝气蓬勃的固体润滑材料

 固体润滑材料

 固体润滑材料与“神舟七号”

 常用的固体润滑剂

 小粉末大用处

 固体也能做“面膜”

 神奇的自润滑复合材料

第七章 功能强大的表面工程技术

 什么是表面技术

 表面技术大家庭

 什么又是表面工程呢

 电刷镀

 化学镀

 涂装

 热浸镀层

 堆焊涂层

 离子注入

 表面扩散渗入

 化学转化

 电化学转化

 喷丸强化

 表面相变强化

 日渐闻名的“三束”改性技术

 复合表面处理技术

 表面加工技术

 表面技术之强大功能

第八章 摩擦学新挑战

 空间摩擦学

 纳米摩擦学

 生物摩擦学

 生态摩擦学

 地质摩擦学

参考文献

钻木取火

相传一万年以前，人类靠打猎捕鱼为生，过着茹毛饮血的生活。后有燧人氏发现，鸟在啄燧木时，有火星进出，于是从中受到启发，折燧木枝以钻木取火，见图1.1。这是先秦古籍《韩非子·五蠹》、《尸子》、《拾遗记》、《古史考》、《三坟》以及《汉书》中都有记载的故事。

人工取火是一个了不起的发明，从此，人类脱离了茹毛饮血的生活，慢慢走向文明时代。

钻木取火的根据是摩擦生热原理。木头这种材料本身较为粗糙，在摩擦时，摩擦力较大，会产生大量的热量，加之木材本身就是易燃物，所以就会生出火来。

在旧石器时代晚期，爪哇的猿人、北京猿人及后来的海德堡人、尼安德特人都掌握了钻木取火和用火石摩擦取火的技能。这种对摩擦取火的灵感很可能来自于现实生活中所见到的自然现象：干燥的树枝或者是草在风的作用下互相摩擦起火。

电影《鲁滨逊漂流记》中的主人公漂流到荒岛上钻木取火的镜头令人印象深刻。几经尝试，鲁滨逊的手都被木刺扎破了，火才被点着，可见最为原始的钻木取火还是非常困难的。直至新石器时代，人类发明了皮带钻和弓钻以及用鹿角、骨头、石头做成的轴承，钻木取火才变得容易得多。

据民俗学调查，黎族地区至今还保留着人工取火术。黎族钻木取火工具由两部分组成，一部分为钻火板，另一部分为钻竿和弓木，二者配合才能取出火来。钻火板要选择干燥的易于燃烧的木料，钻竿要粗细适中，在取火时有一定的技巧，并不是光靠蛮力就可以钻出火来的。刚刚发生火星时是看不见的，为了使看不见的火星变成旺盛的火焰必须有一种媒介物，即用易燃的芯绒、芭蕉根纤维、木棉絮等引燃，而且还要不失时机地吹气输氧，才能达到取火的目的。

钻木取火中所用的引燃物芯绒、芭蕉根纤维、木棉絮等为有机物，因年代久远，不易保存，很难在考古挖掘中发现。钻火板、钻竿或弓木作为文物，本身不会说话，是一种死化石，单凭这些资料很难说明钻木取火的过程。所以黎族保留的钻木取火技术具有考古学、历史性价值，是活生生的“化石”。

钻

最原始最简单的钻子就是燧人氏手中的那根尖头木棍或者尖角石块之类的东西，用两手掌心夹住搓动使其旋转，与下面的木头发生摩擦，从而取火。

在古埃及和苏美尔，出现了更为有效的皮带钻子和弓钻。皮带钻子，用一根绳子或皮带在钻杆上绕一圈或两圈，钻杆下端与要钻孔或取火的木头紧密接触，上端用手直接握住或是插进简易轴承中，一人拉住绳子的一端，轮流拉动绳子，钻杆就会旋转。弓钻与皮带钻相比较，最大的改进就是可以一人操作。弓钻通常由钻柄(定向轴承)、钻杆、钻头和弓等部件组成，皮带或绳子的两端系在弓的两端，这样用一只手前后拉弓，另一只手控制钻柄，一人即可完成工作。

在底比斯的莱克玛拉墓(Rekhmara)人们发现一些古埃及工匠用弓钻工作的壁画，见图1.2。不难看出，早在4000至5000年前，人类就已经学会利用摩擦现象取火和钻孔，而且发明了简易的定向轴承。

据考古发现，在中国马家浜文化和河姆渡文化遗址中发现了钻头，在跨湖桥文化遗址中同时发现钻柄、钻身和钻头等部件，从而有专家判断跨湖桥文化里已经有弓钻取火技术，也就是说8000年前的湘湖人已经会使用弓钻取火了。这一发现若得到证实，跨湖桥文化又将诞生一个“世界第一”，这将比被认为最早的古埃及和两河流域的弓钻取火早了3000多年。名词解释：  轴承 用来支持和约束轴的旋转或摆动的一种机械零件。在通常情况下，是轴在旋转。轴和轴承构成动连接，借以传递载荷和约束轴的运动。

P2-3

1961年，《十万个为什么》出版发行，成为家喻户晓的小百科全书式的科普读物，引导很多人对科学技术产生浓厚的兴趣，从而走上科技之路。这就是科技的力量，也是科普工作重要性的体现。

人类进步史已雄辩地证明：科学技术是人类进步和社会发展的巨大动力。科学普及作为科学技术通向人类社会的桥梁，则是人类历史永恒的主题。科技创新和科学普及是科技腾飞的两翼。一个国家的科技实力，不仅体现在诸如载人航天这种标志性尖端技术上，更体现在国民科学素养上，而提高国民科学素养，科普工作是金钥匙。当今时代，科学技术日益成为决定各国综合国力强弱的重要因素，对促进经济增长、国家安全和人民生活富裕都具有十分重要的意义。社会需要科普，人民也需要科普，这已成为形势发展的必然。大力加强科学技术普及工作，增强全社会的科技意识，提高全民族的科学文化素质，激活全体劳动者的创新潜能，使更多的科技成果得以广泛应用，使科学思想在全社会广泛传播，这是实现社会主义现代化建设第三步战略目标的重要途径，同时对建立学习型社会，全面落实科教兴国战略和可持续发展战略，推进我国经济、政治、文化发展，建设有中国特色的社会主义，实现小康社会也有着重要的意义。

摩擦是人们身边的一种普遍的物理现象，与人类的生活和生产的各个方面都有着极为密切的关系。摩擦学是以自然界中普遍存在的摩擦、磨损和润滑现象为主要研究对象，研究相对运动的相互作用表面的有关理论与实践的一门科学和技术，是一门涉及物理、化学、材料、力学、机械工程、计算科学、信息和生物技术等多领域的交叉学科，也是一门以节约资源、能源，保护生态环境，提高生命质量为主要研究目标的工程应用背景很强的技术学科。摩擦学技术应用涉及国民经济的众多领域，已经或正在为解决我国面I临的资源、能源和环境等方面的严重问题做出巨大的贡献。

我国在2006年由中国工程院主持，对全国冶金、能源化工、铁道机车、航空航天、汽车、船舶、军事装备、农业装备等8个工业部门的摩擦学现状进行了全面调查。结论认为，2006年全国8个工业部门消耗在摩擦、磨损和润滑方面的资金约为9500亿元，如果正确运用摩擦学知识可以节省的人民币估计可达3270亿元，占GDP的1．55％。所以，加强摩擦学知识的教育与普及，对于节约能源、推动国民经济持续快速发展具有十分重要的意义，是建设“节约型社会”的伟大战略的重要组成部分。我国的摩擦学教育兴起于20世纪70年代末，80年代到90年代初是我国摩擦学教育发展的兴盛时期，这一阶段，在摩擦学培训工作方面，国家和各地方学会举办了各种摩擦学培训班和进修班，大约有三十多所大专院校开设了摩擦学课程。但是就当前中国经济发展的现状来说，摩擦学知识的教育和普及工作还不能够与经济快速发展相适应，摩擦学知识还没有能够引起人们的足够重视。应当从落实科学发展观的战略高度来认识摩擦学教育和知识普及工作，切实通过相关知识和技术的运用来有效地节约资源和能源，推动经济社会的可持续发展。随着工业化革命的进展，使用机械装备的已经不仅仅是车间里的专业人员了，汽车进家庭、办公用机器，几乎所有人都会接触到机械设备。这就要求所有人都应该对摩擦学知识有所了解，社会的普遍认知才能使摩擦学知识发挥其应有的作用。这是一个全民摩擦学知识普及教育的问题，应当引起社会各界的普遍重视。

科普图书是科普创作的一种重要形式，它凝结着人类的思想和智慧，集聚了科学技术、文化艺术创造和实践活动的经验和成果，它以浅显易懂、生动有趣的语言向广大人民群众传播科学文化知识，对全民科学文化素质的提高、社会的进步和生产力的发展起着推动作用。《奇妙的摩擦世界》一书在国家自然科学基金专项基金的支持下，作为国内出版的第一部有关摩擦学方面的科普专著，从燧人氏钻木取火、埃及金字塔的建造等历史开始，讲述了人类研究和利用摩擦现象的历史、摩擦学研究的现状及发展趋势；以生动有趣的文笔，深入浅出，从生活出发，讲解了有关摩擦、磨损和润滑的知识；还向大家展示了摩擦学新的发展领域，比如空间摩擦学、微／纳米摩擦学、生物摩擦学等，内容比较全面。广大读者可以借此了解摩擦、磨损和润滑，开阔视野，填充自己的知识宝库，对您的生活和工作也有一定的助益；摩擦学专业人士也能从中了解人类利用摩擦现象的历史，加深对摩擦学的理解。

中国工程院院士

薛群基

2010年春节于兰州