Τριβολογικά κεραμικά, που ονομάζονται επίσης κεραμικά ανθεκτικά στη φθορά, κεραμικά υλικά που είναι ανθεκτικά στην τριβή και τη φθορά. Απασχολούνται σε μια ποικιλία βιομηχανικών και οικιακών εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της επεξεργασίας ορυκτών και της μεταλλουργίας. Αυτό το άρθρο εξετάζει τα κύρια τριβολογικά κεραμικά υλικά και τους τομείς εφαρμογής τους.
Κεραμικά ανθεκτικά στη φθορά
Βασικές ιδιότητες
Υπάρχουν δύο βασικοί μηχανισμοί τριβολογικής φθοράς - φθορά φθοράς και φθορά τριβής. Κατά τη φθορά, τα σωματίδια προσκρούουν και διαβρώνουν την επιφάνεια. Αυτός είναι ο κύριος μηχανισμός φθοράς που συναντάται στον χειρισμό ορυκτών, για παράδειγμα. Η φθορά τριβής, από την άλλη πλευρά, συμβαίνει όταν δύο υλικά υπό φορτίο γλιστρούν το ένα στο άλλο. Αυτή η φθορά συμβαίνει σε συσκευές όπως περιστρεφόμενοι άξονες, καθίσματα βαλβίδων και μεταλλικές εξώθηση και μήτρες σχεδίασης. Τα κεραμικά είναι κατάλληλα για την αντίσταση σε αυτούς τους μηχανισμούς, επειδή, λόγω των ισχυρών χημικών δεσμών που τους συγκρατούν, τείνουν να είναι εξαιρετικά σκληρά και ισχυρά. Αυτές οι ιδιότητες είναι απαραίτητες για τριβολογικές εφαρμογές, αλλά τα τριβολογικά κεραμικά εμφανίζουν και άλλες σημαντικές ιδιότητες - κυρίως, την ελαστικότητα, τη σκληρότητα, τη θερμική διαστολή και τη θερμική αγωγιμότητα. Όπως περιγράφεται παρακάτω, κεραμικά όπως η ζιρκονία με σκληρότητα μετασχηματισμού έχουν αναπτυχθεί με μικροδομές που παρέχουν αντιστάθμιση μεταξύ αντοχής και σκληρότητας. Τέτοια υλικά, αν και ασθενέστερα από τα συμβατικά κεραμικά τους, μπορούν να είναι ιδιαίτερα ανθεκτικά στη φθορά λόγω της βελτιωμένης ανθεκτικότητάς τους. Η παραγωγή θερμότητας κατά τη διάρκεια της φθοράς μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα θερμικού σοκ, εκτός εάν τα χρησιμοποιούμενα κεραμικά έχουν χαμηλούς συντελεστές θερμικής διαστολής (για τη μείωση των θερμικών τάσεων) ή υψηλές θερμικές αγωγιμότητες (για την απομάκρυνση της θερμότητας).
Υλικά
Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο τριβολογικό κεραμικό είναι χοντρόκοκκο αλουμίνα (οξείδιο του αργιλίου, Al 2 O 3), το οποίο οφείλει τη δημοτικότητά του στο χαμηλό κόστος κατασκευής του. Ωστόσο, η αλουμίνα είναι ευαίσθητη στην απομάκρυνση των κόκκων. Αυτό οδηγεί σε μια εξασθενημένη επιφάνεια, η οποία μπορεί να διαβρωθεί ακόμη πιο γρήγορα. Επιπλέον, οι χαλαροί κόκκοι, με αιχμηρές άκρες, γίνονται λειαντικά σωματίδια για πρόσκρουση φθοράς αλλού. Οι φθαρμένες επιφάνειες αλουμίνας τείνουν να έχουν ματ (τραχιά) εμφάνιση.
Τα σύνθετα κεραμικά πλέγματα αντιπροσωπεύουν μια βελτίωση σε σχέση με την αλουμίνα σε εκείνους τους μεγάλους πρωτογενείς κόκκους (π.χ., καρβίδιο του πυριτίου [SiC]), που δεν χαλαρώνονται εύκολα, συνδυάζονται με μια πιο συμμορφούμενη μήτρα (π.χ., διοξείδιο του πυριτίου [Si], νιτρίδιο του πυριτίου [Si 3 N 4], ή γυαλί), το οποίο αντιστέκεται στη μικροπυρόλυση. Τα κεραμικά σκληρυμένα με μουστάκια, ίνες ή μετασχηματιστικές φάσεις αντιπροσωπεύουν ακόμη μεγαλύτερη βελτίωση. Στη ζιρκονία που είναι σκληρυμένη σε μετασχηματισμό (TTZ), για παράδειγμα, οι επιφανειακές τάσεις που συναντώνται κατά τη διάρκεια της φθοράς προκαλούν τη μετατροπή των σωματιδίων σκλήρυνσης, θέτοντας την επιφάνεια σε συμπίεση. Αυτός ο μετασχηματισμός όχι μόνο ενισχύει την επιφάνεια, αλλά τα σωματίδια που τραβούν τείνουν να βρίσκονται στην περιοχή του υπομικρομέτρου. Σε τέτοια εξαιρετικά μικρά μεγέθη γυαλίζουν και όχι τρίβουν την επιφάνεια. Επομένως, οι φθαρμένες επιφάνειες TTZ τείνουν να γυαλίζονται και όχι από μπερδεμένες. Αν και το κόστος της κατασκευής αυτών των μικροδομών είναι πολύ υψηλότερο από ό, τι για τη συμβατική αλουμίνα, το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα των υλικών πραγματοποιείται κατά την πολύ βελτιωμένη διάρκεια ζωής τους.
