Hva er faktorene som påvirker slitestyrken til keramikk?
Slitasjebestandige-keramiske materialer er mye brukt innen slipe- og poleringsmaterialer, slitebestandige-belegg, innvendige foringer av rør eller utstyr, og strukturdeler osv., og deres slitebestandige-egenskaper bestemmer direkte den sikre levetiden til mekanisk utstyr og deler. Vanlige slitasjebestandige keramiske materialer inkluderer zirkoniumoksid, alumina, kubisk bornitrid, silisiumnitrid, borkarbid, silisiumkarbid, etc.
For å oppnå slitesterke-keramiske materialer med bedre slitestyrke, har mange forskere studert slitemekanismen til keramiske materialer og faktorene som påvirker slitestyrken til keramikk. Generelt sett påvirkes slitestyrken til keramikk av to faktorer, den ene er selve materialets struktur, og den andre er eksterne faktorer som belastning, temperatur og atmosfære.
Effekter av mekaniske egenskaper på slitestyrken til keramikk
I den tidlige forskningen av slitestyrke-egenskapene til keramiske materialer, antas det at hardheten til keramiske materialer er nært knyttet til sliteegenskapen. Det ble senere funnet at forholdet mellom hardhet og slitasje på keramikk ikke var så åpenbart. For eksempel er hardheten til alumina keramikk høyere enn TZP zirconia keramikk, men slitestyrken er ikke nødvendigvis høyere enn TZP keramikk.
Selv om hardhet kan reflektere bindingsstyrken til korngrensen til en viss grad, dannes slitasje til slutt på grunn av at materialet bryter bort fra sliteoverflaten, så hardheten til det keramiske materialet brukes ikke lenger som en prediktiv indeks for å måle slitasje. Noen studier viser at med forbedring av bruddseigheten og hardheten til materialet, reduseres slitasjehastigheten til keramikk gradvis, og slitestyrken er bedre.
Effekter av mikrostruktur på slitestyrke av keramikk
Generelt har mikrostrukturen til materialer ofte stor innvirkning på materialenes makroskopiske egenskaper. Keramisk materiale er en sintret kropp som består av korn og inter-krystall, og mikrostrukturen bestemmer ofte dets makroskopiske egenskaper. Mange studier har vist at slitestyrken til keramiske materialer er i stor grad relatert til kornets størrelse, sammensetningen av korngrensefasen, spenningsfordelingen på korngrensen, porer og andre mikrostrukturer.
Kornstørrelse
I industrien kan metallmaterialer forbedre sine mekaniske egenskaper ved å foredle korn, som kalles finkornforsterkning. Hovedprinsippet er at jo mindre kornstørrelse, desto større er korngrensearealet og jo mer sikksakk er korngrensefordelingen, noe som effektivt kan øke sprekkvekstbanen og bidrar til spenningskonsentrasjonen i det dispergerte materialet. Det er funnet at kornforfining har en viss innflytelse på slitestyrken til keramiske materialer.
Porøsitet
Porøsitet har en svært viktig effekt på egenskapene til keramikk. Poren tilsvarer eksistensen av en defekt, som vil forårsake spenningskonsentrasjon, akselerere sprekkutvidelsen og redusere bindingsstyrken mellom korn, og dermed alvorlig påvirke de mekaniske egenskapene til keramikk. Under påvirkning av friksjon kan porene forbindes med hverandre for å danne sprekkkilder, noe som fremskynder materialslitasjen.
Korngrensefase og interkrystallinsk urenhet
Keramikk er sammensatt av korn, korngrensefaser og porer. I sintringsprosessen eksisterer noen tilsetningsstoffer og urenheter tilsatt keramikk hovedsakelig ved korngrensen i form av "andre fase" eller "glassfase", og deres eksistens vil påvirke bindingsstyrken mellom korn. I løpet av keramisk friksjon og slitasje kan det lett oppstå sprekker ved korngrensen. Den lave bindingsstyrken til korngrensene vil forårsake brudd langs kornet under slitasjeprosessen, noe som vil føre til at hele kornet trekkes ut og forårsake alvorlig slitasje.
Tilsetningsstoffet til polykrystallinsk keramikk eksisterer vanligvis på korngrensen i form av glassfasen. Under friksjonsprosessen reduserer den resulterende høye temperaturen glassets viskositet, noe som fører til plastisk deformasjon. Dersom spenningen til den tilstøtende korngrensen ikke er egnet, vil det føre til sprekk ved korngrensen og forårsake alvorlig slitasje.
Hvis en passende mengde tilsetningsstoffer kan danne en andre fase ved korngrensen, er det vanligvis gunstig for materialets slitestyrke. For eksempel å tilsette zirconia til alumina for å lage zirconia-herdet alumina-keramikk, også kjent som ZTA-keramikk. Ettersom økningen av T-ZrO2-spenningsindusert kritisk spenning bidrar til forbedring av bruddseigheten og styrken til keramiske materialer, kan zirkoniumoksid og aluminiumoksid hemme kornvekst og oppnå effekten av mikro-krystalliseringen når det gjelder mikrostruktur, for å forbedre slitestyrken ytterligere.
