Tribologická keramika, tiež nazývaná keramika odolná proti opotrebeniu, keramické materiály, ktoré sú odolné voči treniu a opotrebeniu. Používajú sa v rôznych priemyselných a domácich aplikáciách vrátane spracovania nerastných surovín a hutníctva. Tento článok sa zameriava na hlavné tribologické keramické materiály a ich oblasti použitia.
Keramika odolná proti opotrebeniu
Základné vlastnosti
Existujú dva základné mechanizmy tribologického opotrebenia - nárazové opotrebenie a opotrebenie trením. Pri nárazovom opotrebovaní narážajú častice a erodujú povrch. Toto je napríklad hlavný mechanizmus opotrebovania, ktorý sa vyskytuje pri manipulácii s minerálmi. Na druhej strane opotrebenie trením nastáva, keď dva materiály pri zaťažení k sebe kĺzajú. Toto opotrebenie sa vyskytuje u takých zariadení, ako sú otočné hriadele, sedlá ventilov a kovové extrúzne a ťažné matrice. Keramika je veľmi vhodná na odolávanie týmto mechanizmom, pretože v dôsledku silných chemických väzieb, ktoré ich držia pohromade, majú tendenciu byť extrémne tvrdé a silné. Tieto vlastnosti sú nevyhnutné pre tribologické aplikácie, ale tribologická keramika vykazuje aj ďalšie dôležité vlastnosti - najmä pružnosť, húževnatosť, tepelnú rozťažnosť a tepelnú vodivosť. Ako je opísané nižšie, keramika, ako je zirkónia zosilnená transformáciou, bola vyvinutá s mikroštruktúrami, ktoré poskytujú kompromis medzi pevnosťou a húževnatosťou. Takéto materiály, hoci sú slabšie ako ich bežné keramické náprotivky, môžu byť vďaka svojej zlepšenej húževnatosti vysoko odolné voči opotrebeniu. Vytváranie tepla počas opotrebovania môže viesť k problémom s tepelným šokom, pokiaľ použitá keramika nemá nízky koeficient tepelnej rozťažnosti (na zníženie tepelného namáhania) alebo vysokú tepelnú vodivosť (na odvádzanie tepla).
materiály
Najčastejšie používanou tribologickou keramikou je hrubozrnný oxid hlinitý (oxid hlinitý, Al 2 O 3), ktorý vďačí svojej popularite za svoje nízke výrobné náklady. Oxid hlinitý je však náchylný na vyťahovanie zŕn; To vedie k oslabeniu povrchu, ktorý môže narúšať ešte rýchlejšie. Ďalej sa uvoľnené zrná, ktoré majú ostré hrany, stávajú abrazívnymi časticami na opotrebovanie nárazov inde. Opotrebované povrchy aluminy majú preto tendenciu matný (zdrsnený) vzhľad.
Kompozity z keramickej matrice predstavujú zlepšenie oproti oxidu hlinitému v tom, že veľké primárne zrná (napr. Karbid kremíka [SiC]), ktoré sa nedajú ľahko uvoľniť, sa kombinujú s matricou, ktorá lepšie vyhovuje (napr. Oxid kremičitý [Si], nitrid kremíka [Si 3). N 4] alebo sklo), ktoré odoláva mikrotrhnutiu. Keramika stužená vláknami, vláknami alebo transformačnými fázami predstavuje ešte väčšie zlepšenie. Napríklad v prípade zirkónia vytvrdeného transformáciou (TTZ) indukujú povrchové napätia vznikajúce pri opotrebovaní transformáciu tvrdiacich častíc, čím sa povrch stlačí. Táto transformácia nielen spevňuje povrch, ale častice, ktoré sa vytiahnu, majú tendenciu byť v rozsahu submikrometrov. Pri takýchto extrémne malých veľkostiach vyleštia povrch skôr ako oberajú povrch. Opotrebované povrchy TTZ majú preto tendenciu byť skôr leštené ako matované. Aj keď náklady na konštrukciu týchto mikroštruktúr sú omnoho vyššie ako v prípade konvenčného oxidu hlinitého, konkurenčná výhoda týchto materiálov sa dosahuje ich výrazne zvýšenou životnosťou.
