Tribológiai kerámia, más néven kopásálló kerámia, súrlódásnak és kopásnak ellenálló kerámia anyagok. Számos ipari és háztartási alkalmazásban alkalmazzák, beleértve az ásványi feldolgozást és a kohászatot. Ez a cikk a főbb tribológiai kerámia anyagokat és azok alkalmazási területeit vizsgálja.
Kopásálló kerámia
Alapvető tulajdonságok
A tribológiai kopásnak két alapvető mechanizmusa van - a kopás és a dörzsölés. Kopás közben a részecskék behatolnak és erodálják a felületet. Ez a fő kopásmechanizmus, amelyet például az ásványok kezelésében tapasztaltak. A dörzsölés viszont akkor fordul elő, amikor a terhelés alatt álló két anyag egymáshoz csúszik. Ez a kopás olyan készülékeknél fordul elő, mint a forgó tengelyek, szelepülések, valamint a fém extrudálása és húzása. A kerámiák jól alkalmazkodnak ezeknek a mechanizmusoknak az ellenállásához, mivel az erős kémiai kötések miatt, amelyek ezeket tartják össze, általában rendkívül kemények és erősek. Ezek a tulajdonságok elengedhetetlenek a tribológiai alkalmazásokhoz, de a tribológiai kerámiáknak más fontos tulajdonságai is vannak - nevezetesen a rugalmasság, szilárdság, hőtágulás és hővezető képesség. Amint az alábbiakban leírtuk, a kerámiákat, például az átalakítással edzett cirkóniát olyan mikroszerkezetekkel fejlesztették ki, amelyek kompromisszumot nyújtanak az erő és a szívósság között. Az ilyen anyagok, bár gyengébbek, mint a hagyományos kerámia társaik, javult szilárdságuk miatt rendkívül kopásállóak. A kopás során fellépő hőtermelés hősokk problémákhoz vezethet, kivéve, ha az alkalmazott kerámiák alacsony hőtágulási együtthatóval rendelkeznek (a hőterhelések csökkentése érdekében) vagy nagy hővezető képességgel (a hő elvezetésére).
anyagok
A legszélesebb körben alkalmazott tribológiai kerámia a durva szemcsés alumínium-oxid (alumínium-oxid, Al 2 O 3), amelynek népszerűsége alacsony gyártási költségeinek köszönhető. Az alumínium-oxid érzékeny a gabona kivonására; ez egy meggyengült felülethez vezet, amely még gyorsabban erodálódhat. Ezen túlmenően, a meglazult szemcsék, amelyek éles szélekkel vannak, koptató részecskékké válnak, és máshol kopásveszélyesek. Az alumínium-oxid kopott felületei tehát általában matt (durva) megjelenést mutatnak.
A kerámia-mátrix kompozitok az alumínium-oxidhoz képest javulást jelentenek abban, hogy a nagy primer szemcséket (pl. Szilícium-karbid [SiC]), amelyeket nem könnyű meglazítani, kombinálnak megfelelőbb mátrixokkal (pl. Szilícium-dioxid [Si], szilícium-nitrid [Si 3 N 4] vagy üveg), amely ellenáll a mikrokrakkolásnak. A sörözővel, rostokkal kikeményített kerámia vagy az átalakító fázis még nagyobb javulást jelent. Például az átalakítással edzett cirkónium-oxidban (TTZ) a kopás során fellépő felületi feszültségek az edző részecskék átalakulását idézik elő, és a felületet összenyomják. Ez az átalakulás nem csak a felületet erősíti, hanem a részecskék, amelyek kihúzódnak, általában a szubmikrométer tartományban vannak. Ilyen rendkívül kicsi méreteknél a felület nem kopik, hanem csiszolják. A kopott TTZ felületeket ezért inkább csiszolják, mint mattítják. Annak ellenére, hogy ezeknek a mikroszerkezeteknek a fejlesztése költségei sokkal magasabbak, mint a hagyományos alumínium-oxidok esetében, az anyagok versenyelőnye a nagyban megnövelt élettartamukban rejlik.
