Care sunt factorii care influențează rezistența la uzură a ceramicii?
Materialele ceramice-rezistente la uzură sunt utilizate pe scară largă în domeniile materialelor de șlefuire și lustruire, acoperirilor-rezistente la uzură, căptușelilor interioare ale țevilor sau echipamentelor și pieselor de structură etc., iar proprietățile lor-rezistente la uzură determină în mod direct durata de viață sigură a echipamentelor și pieselor mecanice. Materialele ceramice obișnuite-rezistente la uzură includ zirconiu, alumină, nitrură de bor cubică, nitrură de siliciu, carbură de bor, carbură de siliciu etc.
Pentru a obține materiale ceramice-rezistente la uzură cu o rezistență mai bună la uzură, mulți cercetători au studiat mecanismul de uzură al materialelor ceramice și factorii care influențează rezistența la uzură a ceramicii. În general, rezistența la uzură a ceramicii este afectată de doi factori, unul este structura materialului în sine, iar celălalt este factori externi, cum ar fi sarcina, temperatura și atmosfera.
Efectele proprietăților mecanice asupra rezistenței la uzură a ceramicii
În cercetările timpurii ale proprietății de -rezistență la uzură a materialelor ceramice, se crede că duritatea materialelor ceramice este strâns legată de proprietatea de uzură. S-a constatat mai târziu că relația dintre duritatea și uzura ceramicii nu era atât de evidentă. De exemplu, duritatea ceramicii de alumină este mai mare decât a ceramicii de zirconiu TZP, dar rezistența la uzură nu este neapărat mai mare decât a ceramicii TZP.
Deși duritatea poate reflecta rezistența de legătură a graniței într-o anumită măsură, uzura se formează în cele din urmă datorită ruperii materialului de suprafața de uzură, astfel încât duritatea materialului ceramic nu mai este folosită ca indice predictiv pentru măsurarea uzurii. Unele studii arată că, odată cu îmbunătățirea durității la rupere și a durității materialului, rata de uzură a ceramicii scade treptat, iar rezistența la uzură este mai bună.
Efectele microstructurii asupra rezistenței la uzură a ceramicii
În general, microstructura materialelor are adesea un impact mare asupra proprietăților macroscopice ale materialelor. Materialul ceramic este un corp sinterizat compus din granule și cristal inter-, iar microstructura acestuia îi determină adesea proprietățile macroscopice. Multe studii au arătat că rezistența la uzură a materialelor ceramice este în mare măsură legată de dimensiunea granulelor, de compoziția fazei graniței, de distribuția tensiunilor pe limita de granule, de pori și de alte microstructuri.
Dimensiunea boabelor
În industrie, materialele metalice își pot îmbunătăți proprietățile mecanice prin rafinarea boabelor, ceea ce se numește întărire a granulelor fine. Principiul principal este că, cu cât dimensiunea granulelor este mai mică, cu atât aria limită a granulelor este mai mare și distribuția graniței este mai în zig-zag, ceea ce poate crește efectiv calea de creștere a fisurilor și este favorabilă concentrării tensiunii în materialul dispersat. Se constată că rafinarea cerealelor are o anumită influență asupra rezistenței la uzură a materialelor ceramice.
Porozitate
Porozitatea are un efect foarte important asupra proprietăților ceramicii. Porul este echivalent cu existența unui defect, care va determina concentrarea tensiunilor, va accelera expansiunea fisurii și va reduce rezistența de legătură între boabe, afectând astfel grav proprietățile mecanice ale ceramicii. Sub acțiunea frecării, porii se pot conecta între ei pentru a forma sursa de fisuri, care accelerează uzura materialului.
Faza limită de cereale și impuritate intercristalină
Ceramica este alcătuită din granule, faze de limită a granulelor și pori. În procesul de sinterizare, unii aditivi și impurități adăugate la ceramică există în principal la limita granulelor sub formă de „a doua fază” sau „fază de sticlă”, iar existența lor va afecta rezistența de aderență între boabe. În cursul frecării și uzurii ceramicii, pot apărea cu ușurință fisuri la limita granulelor. Rezistența scăzută de lipire a granițelor de cereale va cauza ruptura de-a lungul bobului în timpul procesului de uzură, ceea ce va cauza smulgerea bobului întreg și va cauza uzură gravă.
Aditivul ceramicii policristaline există de obicei la limita granulelor sub forma fazei de sticlă. În timpul procesului de frecare, temperatura ridicată rezultată reduce vâscozitatea sticlei, ducând la deformarea plastică. Dacă tensiunea limită de cereale adiacentă nu este adecvată, aceasta va cauza fisura la limita granulelor și va cauza uzură gravă.
Dacă o cantitate adecvată de aditivi poate forma o a doua fază la limita granulelor, aceasta este de obicei benefică pentru rezistența la uzură a materialului. De exemplu, adăugarea de zirconiu la alumină pentru a face ceramică din alumină întărită cu zirconiu, cunoscută și sub numele de ceramică ZTA. Deoarece creșterea tensiunii critice induse de T-ZrO2 este favorabilă îmbunătățirii tenacității la rupere și rezistenței materialelor ceramice, zirconia și alumina pot inhiba creșterea granulelor și pot obține efectul microcristalizării în termeni de microstructură, astfel încât să îmbunătățească și mai mult rezistența la uzură.
