セラミック材料 動く機械的接触によって生じる応力に対する反応はそれぞれ異なります。摩耗や損傷が生じるものもあれば、破損するものもあり、表面から剥がれるだけのものもあります。

この記事では、セラミック材料の反力に対する挙動と、その挙動に影響を与える要因を測定する方法について説明します。また、「耐摩耗性は、滑り距離および接触荷重と直接的または比例的な関係にある」といった問題についても解説します。

多くのセラミック 産業用途 リスクが高いため、セラミック材料が摩耗にどの程度耐えられるかを事前に知っておくことが重要です。

耐摩耗性試験とは何ですか?

耐摩耗性試験は セラミック材料表面の摩擦または反対の力に対する反応の尺度これらの試験は、研磨作用、摩擦、摩耗を伴うプロセスにおいてセラミック材料がどの程度の性能を発揮するかを評価するものです。 セラミックスの摩擦性能.

セラミックの試験方法には以下が含まれる。 テーバー摩耗法、ピンオンディスク摩耗法、スクラッチテスト法、ボールオンディスク法など。 

セラミック試験方法

耐摩耗性はどのように測定しますか?

1. テーバー研磨法</h3>

Taber 摩耗法は、国際的に認められたセラミック試験規格 ISO 4649/DIN 35516 に準拠した比較的シンプルな試験方法です。

試験中、研磨シートは回転ドラム上に設置されます。作業者はゴム片を研磨シート上で動かし、体積減少量を測定し、摩耗速度に応じて試験結果の数値は高くなるか低くなります。

数値が低いほど、耐摩耗性に優れています。つまり、 数値が高いほど摩耗率が高く、耐摩耗性が低いことを意味します。

2. ピンオンディスク摩耗試験

これは、 最も好まれる セラミックの耐摩耗性試験方法。回転ディスク（通常は別の材料で作られています）上でセラミックピンをスライドさせる試験方法です。

オペレーターは、制御された速度と負荷で回転ディスクを運転します。そして、所定のサイクル数後の摩耗率と容積損失を評価します。

ピンオンディスク摩耗技術は、一般的な使用条件をシミュレートし、 フレッティング、摩耗、粘着作用。 ただし、厳しい作業条件を完全にシミュレートできない可能性があります。

3. スクラッチテスト法

スクラッチ試験法では、チップまたはインデンターを使用して、このような摩耗タイプをシミュレートします。 切断、溝切り、耕作など。 そのため、チップにはさまざまなサイズと形状があります。

オペレーターは、制御された速度と荷重で硬い先端をセラミック表面上で引っ張り、表面に亀裂が生じる臨界荷重または深さを測定します。

スクラッチ試験法は、セラミック膜の密着性と破壊靭性の評価に重点を置いています。しかし、疲労が摩耗性能に及ぼす影響を評価するには、十分な性能を備えていない可能性があります。

4. ボールオンディスク法

ボールオンディスク法は、耐摩耗性を測定するためのもう一つの代表的な手法です。この方法では、異なる材質の球状のボールを制御された速度と荷重で滑らせます。

オペレーターは、ボールを平らなセラミックディスクに数サイクル滑らせます。その後、ディスクの状態を評価し、摩耗痕の深さに応じて摩耗量を算出します。

この方法は比較的汎用性が高く、様々な摩耗をシミュレーションすることができます。回転、スライド、またはボールの移動方向の変更。 

この方法は、セラミックディスクの硬度と表面仕上げを試験するために最適化されています。温度や潤滑などの要因によって引き起こされる摩耗挙動を評価できない可能性があります。

セラミックの耐摩耗性と硬度の関係は何ですか?

耐摩耗性とは硬度のことでしょうか？それとも…両者の間には直接的な関係があるのでしょうか？

硬いセラミック素材はどんな摩耗にも耐えられるというのはよくある話です。研究者も最初はそう言っていました。しかし、後に興味深い発見がありました！

初期の研究では、物理学者たちはセラミックの硬度と耐摩耗性は常に直接的な関係があると信じていました。つまり、セラミック材料の硬度が高いほど、耐摩耗性も高くなるということです。

しかし、さらなる研究により、 耐摩耗性は、セラミック材料の微細構造、粒界靭性、および粒子のサイズと形状に左右されます。 つまり、耐摩耗性のダイナミクスは、これまで考えられていた以上に複雑だったのです。

耐摩耗性メカニズムは、微細構造レベルでは硬度のダイナミクスとは異なることが判明しました。硬度は粒界結合の強さに依存しますが、耐摩耗性は材料が摩耗面から剥離することを必要とします。

例えば、硬度と耐摩耗性の比較では、 アルミナセラミックス TZP ジルコニアセラミックではこのコントラストが見られました。 アルミナセラミックは通常、TZP ジルコニアよりも硬いですが、TZP ジルコニアはアルミナよりも耐摩耗性に優れています。

これにより、耐摩耗性は単に外部の動作条件によって決まるという一般的な考えも覆されました。

そのため、セラミック材料の耐摩耗性を試験するには、硬度試験とは少し異なるアプローチが必要でした。現在、セラミックの摩耗試験方法は、セラミックの摩耗ダイナミクスとそれに影響を与える要因に基づいて行われています。

しかし、一部のセラミック材料は、他の材料と比較して、耐摩耗性と硬度の両方に優れていることに注目すべきです。つまり、 セラミックの耐摩耗性と硬度は必ずしも直接関係しているわけではないので、個別にテストする必要があります。

セラミック材料の耐摩耗性に影響を与える要因

セラミック材料の耐摩耗性のテストは、内部要因と外部要因の影響を受けます。

セラミックの耐摩耗性に影響を与える内部要因には以下が含まれる。 粒界、多孔性、 そして 大きさと形状。

一方、外的要因とは、単にセラミック試験室においてセラミック材料が受ける条件を意味します。

• 粒界

通常、多くのセラミックは多結晶であり、多くの微結晶または粒子で構成されています。 2 つの粒子の間の領域は粒界と呼ばれます。 しかし、粒子間の領域は 相境界 化学組成などの特性が異なる場合。

それで、これはセラミック材料の耐摩耗性にどのような影響を与えるのでしょうか?

射出成形時の高温プロセスである焼結中に、セラミックでは添加剤による結晶間不純物が発生します。 これは、 ガラス相 粒子間に隙間ができ、結合強度が低下します。 結合強度が低いと、粒界に亀裂が生じます。

摩擦と磨耗により、砥粒全体に深刻な摩耗が発生します。研磨作用によってさらに熱が発生し、ガラス相の粘性に影響を与え、最終的には塑性変形を引き起こします。

適切な量の添加剤と強化助剤は、セラミック材料の耐摩耗性を向上させる上で重要な役割を果たします。 そうしないと、適切な量の応力が不足して、隣接する粒界に深刻な摩耗が発生する可能性があります。

• 気孔率

耐摩耗性を評価する際、気孔はセラミックの接着強度に影響を与える変形とみなされます。さらに、気孔は欠陥線の形成に多くのスペースを与えるため、応力集中に大きな影響を与えます。

研磨力が加わると気孔に亀裂が生じやすくなり、摩耗が進行します。 つまり、セラミック材料の多孔性が低いほど、耐摩耗性が高くなる可能性が高くなります。

• サイズ

セラミック製造には、セラミック材料の慎重な選定が不可欠です。材料の粒径は、その重要なパラメータの一つです。 小粒セラミックは粒間結合が大きい傾向がある 機械的特性も向上します。しかし、粒子が大きいほど脆くなり、摩擦によって摩耗しやすくなります。

外部要因

既に述べたように、セラミックの耐摩耗性に影響を与える外的要因は、セラミック試験室の環境条件です。これらの要因には、腐食、外部からの衝撃、温度、圧力などがあります。

• 腐食： セラミック材料は、腐食性物質を含む部品と接触する可能性があります。そのような環境に長時間さらされると、セラミック材料は侵食されたり剥離したりする可能性があります。また、結晶構造や接着強度が低下する可能性もあります。

• 外部からの影響: これには、運転中に発生する振動や衝突が含まれます。これらの力はセラミックの構造や表面に影響を及ぼす可能性があります。また、粒子が緩み、表面が剥がれ落ちることで、摩耗が加速されることもあります。

• 温度と圧力: 多くの工業用セラミックは極端な温度と圧力に耐えることができます。しかし、条件が極端に高くなると、構造的な完全性を失い、分解が始まる可能性があります。

耐摩耗性セラミック材料とその応用

先進セラミック材料は、機械・技術産業にとって最も有望な材料の一つです。 化学的安定性、高い融点、弾性係数、 それらは優れた摩擦特性を示します。

その他の特性としては、高い破壊靭性、高い硬度、そして優れた耐熱性などが挙げられます。そのため、耐摩耗セラミックスは、以下の表に示すように、幅広い産業用途に適用可能です。

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