Melyek a kerámiák kopásállóságát befolyásoló tényezők?
A kopásálló kerámia anyagokat széles körben használják a csiszoló- és polírozóanyagok, a kopásálló bevonatok, a csövek vagy berendezések belső burkolatai, valamint a szerkezeti részek stb. területén, és kopásálló tulajdonságaik közvetlenül meghatározzák a mechanikai berendezések és alkatrészek biztonságos élettartamát. A gyakori kopásálló kerámiaanyagok közé tartozik a cirkónium-oxid, alumínium-oxid, köbös bór-nitrid, szilícium-nitrid, bór-karbid, szilícium-karbid stb.
A kopásálló,{0}}jobb kopásállóságú kerámiaanyagok előállítása érdekében sok tudós tanulmányozta a kerámia anyagok kopási mechanizmusát és a kerámiák kopásállóságát befolyásoló tényezőket. Általánosságban elmondható, hogy a kerámiák kopásállóságát két tényező befolyásolja, az egyik maga az anyag szerkezete, a másik pedig a külső tényezők, mint a terhelés, a hőmérséklet és a légkör.
A mechanikai tulajdonságok hatása a kerámiák kopásállóságára
A kerámia anyagok kopásálló{0}}tulajdonságainak korai kutatása során úgy vélik, hogy a kerámia anyagok keménysége szorosan összefügg a kopási tulajdonsággal. Később kiderült, hogy a kerámiák keménysége és kopása közötti kapcsolat nem volt olyan nyilvánvaló. Például az alumínium-oxid kerámiák keménysége nagyobb, mint a TZP cirkónium-kerámiáé, de a kopásállósága nem feltétlenül nagyobb, mint a TZP kerámiáé.
Bár a keménység bizonyos mértékig tükrözheti a szemcsehatár kötési szilárdságát, végül a kopás az anyagnak a kopási felületről való leszakadása miatt alakul ki, így a kerámiaanyag keménységét már nem használják prediktív indexként a kopás mérésére. Egyes tanulmányok azt mutatják, hogy az anyag törési szívósságának és keménységének javulásával a kerámiák kopási aránya fokozatosan csökken, és a kopásállóság is jobb.
A mikroszerkezet hatása a kerámiák kopásállóságára
Általában az anyagok mikroszerkezete gyakran nagy hatással van az anyagok makroszkopikus tulajdonságaira. A kerámia anyag egy szinterezett test, amely szemcsékből és inter{1}}kristályokból áll, és mikroszerkezete gyakran meghatározza makroszkopikus tulajdonságait. Számos tanulmány kimutatta, hogy a kerámia anyagok kopásállósága nagymértékben összefügg a szemcse méretével, a szemcsehatár fázis összetételével, a szemcsehatáron lévő feszültségeloszlással, a pórusokkal és egyéb mikrostruktúrákkal.
Szemcseméret
Az iparban a fémanyagok a szemcsék finomításával javíthatják mechanikai tulajdonságaikat, amit finomszemcsés erősítésnek neveznek. A fő elv az, hogy minél kisebb a szemcseméret, annál nagyobb a szemcsehatár területe, és minél cikcakkosabb a szemcsehatáreloszlás, ami hatékonyan növelheti a repedések növekedési útját, és kedvez a feszültségkoncentrációnak a diszpergált anyagban. Azt találták, hogy a szemcsefinomítás bizonyos hatással van a kerámia anyagok kopásállóságára.
Porozitás
A porozitás nagyon fontos hatással van a kerámiák tulajdonságaira. A pórus egyenértékű a hiba meglétével, amely feszültségkoncentrációt okoz, felgyorsítja a repedés tágulását és csökkenti a szemcsék közötti kötési szilárdságot, így súlyosan befolyásolja a kerámiák mechanikai tulajdonságait. A súrlódás hatására a pórusok összekapcsolódhatnak egymással, és repedésforrást képezhetnek, ami felgyorsítja az anyag kopását.
Szemcsehatár fázis és interkristályos szennyeződés
A kerámia szemcsékből, szemcsehatár fázisokból és pórusokból áll. A szinterezés során a kerámiához adott egyes adalékanyagok és szennyeződések főként a szemcsehatáron „második fázis” vagy „üvegfázis” formájában jelennek meg, és ezek megléte befolyásolja a szemcsék közötti kötési szilárdságot. A kerámia súrlódása és kopása során a szemcsehatáron könnyen repedések keletkezhetnek. A szemcsehatárok alacsony kötési szilárdsága a szemcse menti törést okoz a kopási folyamat során, ami a teljes szem kihúzását és komoly kopást okoz.
A polikristályos kerámiák adalékanyaga általában a szemcsehatáron található üvegfázis formájában. A súrlódási folyamat során a keletkező magas hőmérséklet csökkenti az üveg viszkozitását, ami plasztikus deformációhoz vezet. Ha a szomszédos szemcsehatár feszültsége nem megfelelő, az a szemcsehatáron repedést és komoly kopást okoz.
Ha megfelelő mennyiségű adalékanyag egy második fázist képezhet a szemcsehatáron, az általában előnyös az anyag kopásállósága szempontjából. Például cirkónium-oxid hozzáadása az alumínium-oxidhoz cirkónium-oxiddal edzett timföldkerámiák, más néven ZTA kerámiák előállításához. Mivel a T-ZrO2 feszültség által kiváltott kritikus feszültség növekedése elősegíti a kerámia anyagok törési szilárdságának és szilárdságának javulását, a cirkónium-oxid és az alumínium-oxid gátolhatja a szemcsék növekedését, és a mikro-kristályosodás hatását érheti el a mikroszerkezet szempontjából, így tovább javítja a kopásállóságot.
