Tribologisk keramikk, også kalt slitesterkt keramikk, keramiske materialer som er motstandsdyktige mot friksjon og slitasje. De er ansatt i en rekke industrielle og innenlandske applikasjoner, inkludert mineralforedling og metallurgi. Denne artikkelen kartlegger de viktigste tribologiske keramiske materialene og deres anvendelsesområder.
Slitesterkt keramikk
Viktige egenskaper
Det er to grunnleggende mekanismer for tribologisk slitasje - hindring av slitasje og slitasje. Ved slitasje som påvirker slitasje, blir partiklene slag og eroderer overflaten. Dette er den viktigste slitasjemekanismen som for eksempel påvises i mineralhåndtering. Gnideslitasje oppstår derimot når to materialer under last glir mot hverandre. Denne slitasjen forekommer i slike enheter som roterende aksler, ventilseter og metallekstrudering og trekkpresser. Keramikk egner seg godt til å motstå disse mekanismene fordi de på grunn av de sterke kjemiske bindinger som holder dem sammen, har en tendens til å være ekstremt harde og sterke. Disse egenskapene er essensielle for tribologiske bruksområder, men tribologisk keramikk viser også andre viktige egenskaper - spesielt elastisitet, seighet, termisk ekspansjon og varmeledningsevne. Som beskrevet nedenfor er keramikk som transformasjonsherdet zirkoniumdioksyd blitt utviklet med mikrostrukturer som gir en avveining mellom styrke og seighet. Slike materialer, selv om de er svakere enn deres konvensjonelle keramiske motstykker, kan være svært slitesterke på grunn av deres forbedrede seighet. Varmeutvikling under slitasje kan føre til problemer med termisk sjokk, med mindre keramikken som brukes har lave termiske ekspansjonskoeffisienter (for å redusere termiske spenninger) eller høye termiske konduktiviteter (for å lede varmen bort).
materialer
Den mest brukte tribologisk det keramiske materialet er grovkornet alumina (aluminiumoksyd, Al 2 O 3), som skylder sin popularitet til sin lave produksjonskostnader. Alumina er imidlertid utsatt for uttrekking av korn; Dette fører til en svekket overflate, som kan erodere enda raskere. Videre blir løsgjorte korn med skarpe kanter slitende partikler for å hindre slitasje andre steder. Slitte overflater av aluminiumoksyd har derfor en tendens til å ha et matt (grovt) utseende.
Keramiske matriks-kompositter representerer en forbedring i forhold til aluminiumoksyd ved at store primære korn (f.eks. Silisiumkarbid [SiC]), som ikke lett løsnes, kombineres med en mer kompatibel matrise (f.eks. Silisiumdioksyd] silisiumnitrid [Si3 . N 4] eller glass), som motstår mikrokrakking. Keramikk herdet med visp, fibre eller transformerende faser representerer en enda større forbedring. Ved transformasjonsherdet zirkoniumdioksyd (TTZ), for eksempel, fremkaller overflatespenninger som oppstår under slitasje, tøffingspartiklene til å transformere, og setter overflaten i kompresjon. Denne transformasjonen styrker ikke bare overflaten, men partikler som trekker seg ut, har en tendens til å være i submikrometerområdet. I så ekstremt små størrelser polerer de heller enn overflaten. Slitte TTZ-overflater pleier derfor å poleres i stedet for å være matte. Selv om kostnadene ved prosjektering av disse mikrostrukturene er mye høyere enn for konvensjonell aluminiumoksyd, realiseres konkurransefortrinnene til materialene i deres sterkt forbedrede levetid.
