Трибологична керамика, наричана още устойчива на износване керамика, керамични материали, които са устойчиви на триене и износване. Те са наети в различни индустриални и битови приложения, включително минерална преработка и металургия. Тази статия разглежда основните трибологични керамични материали и техните области на приложение.
Износоустойчива керамика
Основни свойства
Съществуват два основни механизма на трибологично износване - износване и изтриване. При износване, частиците въздействат и размиват повърхността. Това е основният механизъм на износване, например при работа с минерали. Износването от триене, от друга страна, възниква, когато два материала под товар се плъзгат един срещу друг. Това износване се случва в такива устройства като въртящи се валове, седалки на клапани и метални щанги за екструзия и изтегляне. Керамиката е много подходяща да устои на тези механизми, тъй като поради силните химични връзки, които ги държат заедно, те са изключително твърди и здрави. Тези свойства са от съществено значение за трибологичните приложения, но трибологичната керамика показва и други важни свойства - най-вече еластичността, здравината, термичното разширение и топлопроводимостта. Както е описано по-долу, керамиката като закален цирконий с трансформация е разработена с микроструктури, които осигуряват компромис между здравина и здравина. Такива материали, макар и по-слаби от техните конвенционални керамични колеги, могат да бъдат устойчиви на износване поради подобрената си здравина. Генерирането на топлина по време на износване може да доведе до проблеми с топлинен удар, освен ако използваната керамика няма ниски коефициенти на топлинно разширение (за намаляване на топлинните напрежения) или висока топлопроводимост (за отвеждане на топлината).
материали
Най-широко използваната трибологична керамика е едрозърнестият алуминий (алуминиев оксид, Al 2 O 3), който дължи популярността си на ниските производствени разходи. Алуминиевият оксид обаче е податлив на изхвърляне на зърно; това води до отслабена повърхност, която може да ерозира още по-бързо. Освен това, разхлабените зърна, с остри ръбове, се превръщат в абразивни частици за износване навсякъде другаде. Следователно износените повърхности на алуминиевия оксид имат матов (груб) вид.
Керамично-матричните композити представляват подобрение спрямо алуминия, тъй като големите първични зърна (например силициев карбид [SiC]), които не се разхлабват лесно, се комбинират с по-съвместима матрица (например, силициев диоксид [Si], силициев нитрид [Si 3 N 4] или стъкло), което издържа на микрокрекинг. Керамиката, закалена с мустаци, влакна или трансформиращи фази, представлява още по-голямо подобрение. При цирконий (TTZ), подобрен на трансформацията, повърхностните напрежения, възникнали по време на износване, индуцират втвърдяващите се частици да се трансформират, което поставя повърхността в компресия. Тази трансформация не само укрепва повърхността, но частиците, които се издърпват, обикновено са в обхвата на субмикрометъра. При такива изключително малки размери те полират, а не абразират повърхността. Следователно износените повърхности TTZ са по-скоро полирани, а не матирани. Въпреки че разходите за проектиране на тези микроструктури са много по-високи, отколкото за конвенционалните алуминиеви алуминиеви, конкурентното предимство на материалите се реализира в значително увеличения им експлоатационен живот.
