Tribologinen keramiikka, jota kutsutaan myös kulutusta kestäväksi keramiikkaksi, kitka- ja kulumiskestävät keraamiset materiaalit. Niitä käytetään monissa teollisissa ja kotitaloussovelluksissa, mukaan lukien mineraalien käsittely ja metallurgia. Tässä artikkelissa tarkastellaan tärkeimpiä tribologisia keraamisia materiaaleja ja niiden käyttöalueita.
Kulutuskestävä keramiikka
Olennaiset ominaisuudet
Tribologisella kulumisella on kaksi perusmekanismia - iskunkestävyys ja hankauskuluminen. Kulumisessa hiukkaset törmäävät ja heikentävät pintaa. Tämä on pääasiallinen kulumismekanismi, jota esiintyy esimerkiksi mineraalien käsittelyssä. Toisaalta hankauskuluminen tapahtuu, kun kaksi kuormituksen alla olevaa materiaalia liukuvat toisiaan vastaan. Tämä kuluminen esiintyy sellaisissa laitteissa kuin pyörivät akselit, venttiilien istukat ja metallin suulakepuristus- ja vetolaitteet. Keramiikka soveltuu hyvin näiden mekanismien vastustuskykyyn, koska niitä pitävien vahvojen kemiallisten sidosten vuoksi ne ovat yleensä erittäin kovia ja vahvoja. Nämä ominaisuudet ovat välttämättömiä tribologisissa sovelluksissa, mutta tribologisella keramiikalla on myös muita tärkeitä ominaisuuksia - etenkin joustavuus, sitkeys, lämpölaajeneminen ja lämmönjohtavuus. Kuten jäljempänä kuvataan, keramiikat, kuten muunnoksella karkaistu zirkoniumoksidi, on kehitetty mikrorakenteilla, jotka tarjoavat kompromissin lujuuden ja lujuuden välillä. Tällaiset materiaalit, vaikka heikompia kuin tavanomaiset keraamiset vastineensa, voivat olla erittäin kulutuskestäviä parantuneen lujuutensa vuoksi. Lämmön muodostuminen kulumisen aikana voi johtaa lämpövaikeuksiin, paitsi jos käytetyillä keramiikoilla on alhaiset lämpölaajenemiskertoimet (lämpörasitusten vähentämiseksi) tai korkeat lämmönjohtavuudet (lämmön johtamiseksi).
tarvikkeet
Laajimmin käytetty tribologinen keramiikka on karkeakäsitelty alumiinioksidi (alumiinioksidi, Al 2 O 3), mikä johtuu sen suosiosta alhaisilla valmistuskustannuksilla. Alumiinioksidi on kuitenkin herkkä viljan vetämiselle; tämä johtaa heikentyneeseen pintaan, joka voi rappeutua vielä nopeammin. Lisäksi irrallisista jyvistä, joilla on terävät reunat, tulee hankaavia hiukkasia muualle tapahtuvaa kulumista varten. Alumiinioksidin kuluneilla pinnoilla on siten yleensä mattapintainen (karhennettu) ulkonäkö.
Keraamimatriisikomposiitit edustavat parannusta alumiinioksidiin verrattuna, että suuret primaariset jyvät (esim. Piikarbidi [SiC]), joita ei helposti löysää, yhdistetään vaatimustenmukaisempaan matriisiin (esim. Piidioksidi [Si], piinitridi [Si 3 N 4], tai lasia), joka vastustaa mikrohalkeilua. Vatkalla, kuiduilla tai muuntamisvaiheilla karkaistu keramiikka edustaa vielä suurempaa parannusta. Esimerkiksi muunnoksella karkaistu zirkoniumoksidi (TTZ), kulumisen aikana kohdatut pintajännitykset saavat karkaisut hiukkaset muuttumaan, jolloin pinta puristuu. Tämä muutos ei vain vahvista pintaa, vaan hiukkaset, jotka vetäytyvät, ovat yleensä submikrometreillä. Tällaisilla erittäin pienillä kokoilla ne kiillottavat eikä hankauta pintaa. Kuluneet TTZ-pinnat ovat siksi yleensä kiillotettuja eikä mattoisia. Vaikka näiden mikrorakenteiden suunnittelukustannukset ovat paljon korkeammat kuin tavanomaisella alumiinioksidilla, materiaalien kilpailuetu toteutuu niiden huomattavasti parantuneessa käyttöikässä.
