Tribološka keramika, ki jo imenujemo tudi odporna keramika, keramični materiali, ki so odporni na trenje in obrabo. Zaposlene so v različnih industrijskih in domačih aplikacijah, vključno s predelavo mineralov in metalurgijo. Ta članek raziskuje glavne tribološke keramične materiale in njihova področja uporabe.
Keramika, odporna proti obrabi
Bistvene lastnosti
Obstajata dva osnovna mehanizma tribološke obrabe - moteča obraba in drgnjenje. Ko ovirajo obrabo, delci trkajo in erodirajo površino. To je na primer glavni obrabni mehanizem pri ravnanju z minerali. Po drugi strani se obraba drgnjenja pojavi, ko dva materiala pod obremenitvijo drsita drug proti drugemu. Do obrabe pride pri napravah, kot so vrteči se gredi, sedeži ventilov, kovinske stiskalne in vlečne matrice. Keramika se zelo dobro upira tem mehanizmom, saj so zaradi močnih kemičnih vezi, ki jih držijo skupaj, ponavadi izjemno trde in močne. Te lastnosti so bistvene za tribološko uporabo, vendar tribološka keramika kaže tudi druge pomembne lastnosti - predvsem elastičnost, žilavost, toplotno raztezanje in toplotno prevodnost. Kot je opisano spodaj, so bile razvite keramike, kot je cirkonij, ojačen s preoblikovanjem, z mikrostrukturami, ki zagotavljajo kompromis med trdnostjo in žilavostjo. Taki materiali so, čeprav šibkejši od običajnih keramičnih kolegic, zaradi svoje boljše žilavosti zelo odporni proti obrabi. Proizvodnja toplote med obrabo lahko povzroči težave s toplotnim udarom, razen če imajo uporabljeni keramiki nizek koeficient toplotne ekspanzije (za zmanjšanje toplotnih napetosti) ali visoke toplotne prevodnosti (za odvajanje toplote).
Materiali
Najpogosteje uporabljena tribološka keramika je grobozrnata glinica (aluminijev oksid, Al 2 O 3), ki svojo priljubljenost dolguje nizkim proizvodnim stroškom. Kljub temu je glinica dovzetna za zrnje žit; to vodi do oslabljene površine, ki lahko še hitreje erodira. Poleg tega ohlapna zrna z ostrimi robovi postanejo abrazivni delci, ki preprečujejo obrabo drugje. Obrabljene površine glinice imajo zato mat (hrapav) videz.
Keramično-matrični kompoziti predstavljajo izboljšanje v primerjavi z glinico, saj se velika primarna zrna (npr. Silicijev karbid [SiC]), ki jih ni enostavno zrahljati, kombinirajo z bolj skladno matrico (npr. Silicijev dioksid [Si], silicijev nitrid [Si 3 N 4] ali steklo), ki se upira mikrokrekingu. Keramika, ojačana s viski, vlakni ali fazami preoblikovanja, predstavlja še večje izboljšanje. Na primer pri utrjenem cirkoniju (TTZ) površinske napetosti, ki se pojavljajo med obrabo, povzročijo, da se trdnejši delci preoblikujejo, zaradi česar se površina stisne. Ta transformacija ne samo da krepi površino, ampak delci, ki se izvlečejo, ponavadi so v območju submikrometra. Pri tako izredno majhnih velikostih polirajo površino in ne brušijo površine. Obrabljene površine TTZ so zato ponavadi polirane in ne matirane. Čeprav so stroški inženiringa teh mikrostruktur veliko višji kot pri običajni glinici, se konkurenčna prednost materialov uresniči v njihovi močno podaljšani življenjski dobi.
