轴承作为钻井系统中重要的运动组件,在钻井过程中容易发生损坏,所以轴承材料的性能和使用寿命,极大的影响了钻井效率和工程成本。陶瓷材料硬度大、耐磨损、在摩擦过程中存在自润滑现象,这些优越的性质使其得以在众多领域得到应用,但是陶瓷材料也有些不可忽视的缺点,比如韧性较差。这一性能缺陷严重的限制了陶瓷材料的应用。贝壳所具有的微观结构,使自身在保证良好强度的同时,也获得了优良的韧性。将这一结构移植到陶瓷中,制得仿贝壳结构陶瓷复合材料,提高了陶瓷材料的韧性,可以用作油气井特殊工况的轴承材料。此外,除陶瓷结构外,增强相成分的选择也对复合材料的性能也有重要的影响。因此本文使用三种纳米颗粒材料,分别对PMMA材料进行摩擦学性能改善,分别是Zr O₂、Ti O₂和Si O₂。试验制得包括空白对照组在内的16种样品,经表面处理后进行摩擦磨损试验,试验发现在不同工况下,三种材料对PMMA材料的增强效果并不相同。在水基钻井液条件下添加1%Zr O₂的复合材料减磨效果最明显。在干摩擦条件下,添加1%Ti O₂、1%Zr O₂、1%Si O₂、3%Si O₂和7%Si O₂后材料摩擦系数下降明显。在水基润滑条件下,添加1%Zr O₂、3%Zr O₂、1%Si O₂、3%Si O₂、5%Si O₂和7%Si O₂的复合材料都起到了较好的减磨效果。本文使用粒径为13nm的Al₂O₃粉末制得陶瓷浆料,经过定向凝固、冷冻干燥及高温烧结制得五种含水量的多孔陶瓷骨架,由于钻井轴承的正常工作环境水基钻井液,且添加1%Zr O₂的PMMA材料在各工况下,均表现良好,故采用添加了1%Zr O₂的PMMA作为层状陶瓷的增强相材料。使用本体聚合的方法,将增强相材料通过预聚、灌模、聚合、脱模等过程,填充进多孔陶瓷骨架的孔隙之间,制的层状陶瓷复合材料Al₂O₃/PMMA/Zr O₂。对材料进行表面处理后对其进行了摩擦磨损试验,并使用扫描电镜观察了其微观结构。试验发现在水基钻井液条件下,材料的摩擦系数随着加载载荷的提高,首先持续减小到最低值后转而上升,干摩擦条件下,随着加载载荷的提高,材料摩擦系数大体呈现上升趋势,干摩擦条件下,随着加载载荷的提高,材料摩擦系数大体呈现下降趋势。本文对制得的复合材料进行了冲蚀试验,试验发现冲蚀角度为90°时,材料的冲蚀磨损程度随着材料PMMA含量的下降而趋于严重;在冲蚀角度为45°时,材料的冲蚀磨损程度,随着材料PMMA含量的上升而提高;在冲蚀角度为60°时,材料的冲蚀磨损程度随着材料PMMA含量的下降先减小后增加,当材料PMMA含量为80%时的冲蚀磨损量最小。