Tribologisk keramik, även kallad slitstark keramik, keramiska material som är resistenta mot friktion och slitage. De används i en mängd olika industriella och inhemska applikationer, inklusive mineralbearbetning och metallurgi. Den här artikeln undersöker de viktigaste tribologiska keramiska materialen och deras tillämpningsområden.
Slitstark keramik
Väsentliga egenskaper
Det finns två grundläggande mekanismer för tribologiskt slitage - slitage och gnidningsslitage. Vid slitage påverkar partiklarna och eroderar ytan. Detta är till exempel den största slitagemekanismen som förekommer i mineralhantering. Gnidslitage uppstår däremot när två material under last glider mot varandra. Detta slitage inträffar i sådana anordningar som roterande axlar, ventilsäten, och metallsprutning och dragmunstycken. Keramik är väl lämpad att motstå dessa mekanismer eftersom de på grund av de starka kemiska bindningarna som håller dem samman tenderar att vara extremt hårda och starka. Dessa egenskaper är väsentliga för tribologiska tillämpningar, men tribologisk keramik uppvisar även andra viktiga egenskaper - framför allt elasticitet, seghet, värmeutvidgning och värmeledningsförmåga. Som beskrivs nedan har keramik såsom transformationshärdad zirkonium utvecklats med mikrostrukturer som ger en avvägning mellan styrka och seghet. Sådana material, även om de är svagare än deras konventionella keramiska motsvarigheter, kan vara mycket slitstarka på grund av deras förbättrade seghet. Värmeproduktion under slitage kan leda till problem med värmechock, såvida inte de använda keramerna har låga värmeutvidgningskoefficienter (för att minska värmespänningarna) eller hög värmeledningsförmåga (för att leda värmen bort).
material
Den mest använda tribologiska keram är grovkorniga aluminiumoxid (aluminiumoxid, Al 2 O 3), som fått sitt popularitet på dess låga tillverkningskostnader. Aluminiumoxid är emellertid mottagligt för utdragning av spannmål; detta leder till en försvagad yta som kan eroderas ännu snabbare. Vidare blir lossade korn, med skarpa kanter, slipande partiklar för slitage på annat håll. Slitna ytor av aluminiumoxid tenderar därför att ha ett matt (grovt) utseende.
Keramik-matriskompositer representerar en förbättring jämfört med aluminiumoxid genom att stora primära korn (t.ex. kiselkarbid [SiC]), som inte lätt lossnar, kombineras med en mer kompatibel matris (t.ex. kiseldioxid [Si], kiselnitrid [Si 3). N 4] eller glas), som motstår mikrokrackning. En ännu större förbättring av keramik härdad med vispor, fibrer eller omvandlingsfaser. Vid transformationshärdad zirkoniumoxid (TTZ), till exempel, inducerar ytspänningar som uppstått under slitage de härdande partiklarna att transformera och sätter ytan i kompression. Denna omvandling stärker inte bara ytan, utan partiklar som drar ut tenderar att ligga inom submikrometrområdet. Vid sådana extremt små storlekar polerar de snarare än att skrapa ytan. Slitna TTZ-ytor tenderar därför att poleras snarare än mattade. Även om kostnaderna för konstruktion av dessa mikrostrukturer är mycket högre än för konventionell aluminiumoxid, realiseras materialens konkurrensfördel i deras kraftigt förbättrade livslängd.
