Tribologická keramika, také nazývaná keramika odolná proti opotřebení, keramické materiály odolné vůči tření a opotřebení. Používají se v různých průmyslových a domácích aplikacích, včetně zpracování nerostů a hutnictví. Tento článek shrnuje hlavní tribologické keramické materiály a jejich oblasti použití.
Keramika odolná proti opotřebení
Základní vlastnosti
Existují dva základní mechanismy tribologického opotřebení - nárazové opotřebení a třecí opotřebení. Při nárazovém opotřebení naráží částice a erodují povrch. Toto je hlavní mechanismus opotřebení, se kterým se například setkáváme při manipulaci s minerály. Na druhé straně dochází k opotřebení třením, když dva materiály pod zatížením k sobě klouže. K tomuto opotřebení dochází u takových zařízení, jako jsou rotující hřídele, sedla ventilů a vytlačovací a tažná matrice kovů. Keramika je velmi vhodná k tomu, aby těmto mechanismům odolávala, protože díky silným chemickým vazbám, které je drží pohromadě, mají tendenci být extrémně tvrdé a silné. Tyto vlastnosti jsou nezbytné pro tribologické aplikace, ale tribologická keramika také vykazuje další důležité vlastnosti - zejména pružnost, houževnatost, tepelnou roztažnost a tepelnou vodivost. Jak je popsáno níže, keramika, jako je zirkonie ztužená transformací, byla vyvinuta s mikrostrukturami, které poskytují kompromis mezi pevností a houževnatostí. Tyto materiály, i když jsou slabší než jejich běžné keramické protějšky, mohou být díky své zlepšené houževnatosti vysoce odolné proti opotřebení. Vytváření tepla během opotřebení může vést k problémům s tepelným šokem, pokud použitá keramika nemá nízké koeficienty tepelné roztažnosti (pro snížení tepelného namáhání) nebo vysokou tepelnou vodivost (pro odvádění tepla pryč).
Materiály
Nejčastěji používanou tribologickou keramikou je hrubozrnný oxid hlinitý (oxid hlinitý, Al 2 O 3), který vděčí za svou popularitu nízkým výrobním nákladům. Alumina je však náchylná k vylisování zrn; to vede k oslabenému povrchu, který může erodovat ještě rychleji. Kromě toho se uvolněná zrna, která mají ostré hrany, stávají abrazivními částicemi pro dopadající opotřebení jinde. Opotřebované povrchy aluminy mají proto tendenci matný (zdrsněný) vzhled.
Kompozity s keramickou maticí představují zlepšení oproti oxidu hlinitému v tom, že velká primární zrna (např. Karbid křemíku [SiC]), která se snadno neuvolňují, jsou kombinována s matricí, která lépe vyhovuje (např. Oxid křemičitý [Si], nitrid křemíku [Si 3) N 4] nebo sklo), které odolává mikrokrakování. Keramika ztužená vousy, vlákny nebo transformačními fázemi představuje ještě větší zlepšení. Například v zirkonii ztuženém transformací (TTZ) indukují povrchové napětí, ke kterému dochází během opotřebení, způsobí transformaci ztužujících částic, čímž se povrch stlačí. Tato transformace nejen zesiluje povrch, ale částice, které se vytáhnou, mají sklon být v submikrometrovém rozmezí. V takových extrémně malých velikostech spíše leštění než opotřebovávají povrch. Opotřebované povrchy TTZ proto bývají spíše leštěny než matovány. Ačkoli jsou náklady na konstrukci těchto mikrostruktur mnohem vyšší než u konvenčního oxidu hlinitého, konkurenční výhoda materiálů je realizována v jejich výrazně prodloužené životnosti.
