세라믹 소재 움직이는 기계적 접촉으로 인해 발생하는 응력에 따라 각기 다른 반응을 보입니다. 마모가 발생하는 경우도 있고, 파손되는 경우도 있으며, 표면이 벗겨지는 경우도 있습니다.

이 글에서는 세라믹 재료의 거동을 측정하는 방법과 그 거동에 영향을 미치는 요인에 대해 논의합니다. 또한 '내마모성은 슬라이딩 거리 및 접촉 하중과 직접 또는 비례 관계를 갖는다'와 같은 문제도 다룹니다.

많은 세라믹 산업용 응용 분야 위험성이 높으므로 세라믹 소재가 마모에 얼마나 강한지 미리 아는 것이 중요합니다.

내마모성 테스트란 무엇인가요?

내마모성 테스트는 세라믹 재료 표면의 마찰 또는 반대 힘에 대한 반응 측정. 이러한 테스트는 세라믹 재료가 연마 작용, 마찰 및 마모와 관련된 공정에서 얼마나 잘 작동하는지 평가합니다. 세라믹의 트라이볼로지 성능.

세라믹 테스트 방법에는 다음이 포함됩니다. 테이버 마모, 핀온 디스크 마모, 스크래치 테스트 방법, 볼온디스크 방법 등. 

세라믹 테스트 방법

내마모성은 어떻게 측정하나요?

1. 테이버 마모 기술</h3>

테이버 마모 기술은 국제적으로 인정된 세라믹 시험 표준인 ISO 4649/DIN 35516을 따르는 비교적 간단한 시험 방법입니다.

시험 중, 연마 시트는 회전 드럼에 장착됩니다. 그런 다음 작업자는 연마 시트 위로 고무 조각을 움직여 부피 손실을 측정합니다. 마모율에 따라 시험 결과는 더 높거나 낮게 나타납니다.

수치가 낮을수록 내마모성이 우수합니다. 즉, 높은 수치는 마모율이 높음을 나타내며, 이는 내마모성이 낮음을 의미합니다.

2. 핀온디스크 마모 테스트

이것은 다음 중 하나로 간주됩니다. 가장 선호되는 내마모성 세라믹 시험 방법. 회전하는 디스크(일반적으로 다른 재질로 만들어짐)에 세라믹 핀을 밀어 넣는 방식입니다.

작업자는 회전 디스크를 제어된 속도와 하중으로 작동시킵니다. 그런 다음 주어진 사이클 횟수 후 마모율과 부피 감소율을 평가합니다.

디스크 핀 마모 기술은 일반적인 서비스 조건을 시뮬레이션하여 테스트합니다. 마찰, 마모, 접착 작용. 하지만 혹독한 작업 환경을 완벽하게 시뮬레이션하지는 못할 수도 있습니다.

3. 스크래치 테스트 방법

스크래치 테스트 방법은 이러한 마모 유형을 시뮬레이션하기 위해 팁이나 압입자를 사용합니다. 절단, 홈 파기, 쟁기질 등이 있습니다. 팁의 크기와 모양이 다양한 이유가 여기에 있습니다.

작업자는 제어된 속도와 하중으로 세라믹 표면에 단단한 팁을 끌어당깁니다. 이를 통해 표면에 균열이 발생하는 임계 하중이나 깊이를 측정합니다.

스크래치 시험법은 세라믹 필름의 접착력과 파괴인성을 평가하는 데 중점을 둡니다. 그러나 피로가 마모 성능에 미치는 영향을 평가하는 데는 그다지 효과적이지 않을 수 있습니다.

4. 볼온디스크 방식

볼온디스크(ball-on-disk) 방법은 내마모성을 측정하는 또 다른 중요한 기술입니다. 이 방법은 (다른 재질의) 구형 볼을 제어된 속도와 하중으로 미끄러지게 하는 것을 포함합니다.

작업자는 볼을 평평한 세라믹 디스크에 몇 사이클 동안 밀어 넣습니다. 그런 다음 디스크를 평가하여 마모 흔적의 깊이에 따라 발생한 마모량을 계산합니다.

이 방법은 비교적 다재다능합니다. r을 사용하여 다양한 유형의 마모를 시뮬레이션할 수 있습니다.굴리기, 미끄러지기, 또는 공의 움직임 방향을 바꾸는 것. 

이 방법은 세라믹 디스크의 경도와 표면 마감을 시험하기 위해 고안되었습니다. 온도나 윤활과 같은 요인으로 인한 마모 거동을 평가하지 못할 수 있습니다.

세라믹 마모 저항성과 경도의 관계는 무엇인가?

내마모성은 경도를 뜻하는 건가요? 아니면… 둘 사이에 직접적인 연관성이 있나요?

단단한 세라믹 소재는 어떤 종류의 마모에도 견딜 수 있다고 말하는 것은 드문 일이 아닙니다. 연구자들도 처음에는 그렇게 말했지만, 나중에 흥미로운 사실을 발견했습니다!

초기 연구에서 물리학자들은 세라믹의 경도와 내마모성이 항상 직접적인 연관이 있다고 믿었습니다. 즉, 세라믹 소재의 경도가 항상 더 나은 내마모성을 의미한다는 것입니다.

그러나 추가 연구를 통해 다음과 같은 사실이 밝혀졌습니다. 내마모성은 세라믹 소재의 미세구조, 결정립계 인성, 결정립 크기와 모양에 따라 결정됩니다. 즉, 이전에 생각했던 것보다 마모 저항 역학에 더 많은 것이 있다는 뜻입니다!

내마모성 메커니즘은 미세구조 수준에서의 경도 동역학과도 다른 것으로 밝혀졌습니다. 경도는 결정립계 결합의 강도에 따라 결정됩니다. 반대로, 내마모성은 재료가 마모 표면으로부터 분리되어야 함을 의미합니다.

예를 들어, 경도와 내마모성 간의 비교 알루미나 세라믹 그리고 TZP 지르코니아 세라믹은 이러한 대조를 보였습니다. 알루미나 세라믹은 일반적으로 TZP 지르코니아보다 단단하지만, TZP 지르코니아는 알루미나보다 내마모성이 더 뛰어납니다.

또한, 이는 마모 저항성이 단지 외부 작동 조건에 의해 결정된다는 일반적인 믿음을 무너뜨렸습니다.

따라서 세라믹 재료의 내마모성을 시험하려면 경도 시험과는 약간 다른 접근 방식이 필요했습니다. 세라믹 마모 시험 방법은 이제 세라믹 마모 동역학과 이에 영향을 미치는 요인을 기반으로 합니다.

하지만 일부 세라믹 소재는 다른 소재에 비해 내마모성과 경도가 모두 높다는 점에 유의해야 합니다. 세라믹의 내마모성과 경도는 항상 직접적으로 연관되는 것은 아니므로 별도로 테스트해야 합니다.

세라믹 재료의 내마모성에 영향을 미치는 요인

세라믹 재료의 내마모성 테스트는 내부적 요인과 외부적 요인의 영향을 받습니다.

세라믹 마모 저항에 영향을 미치는 내부 요인은 다음과 같습니다. 결정립계, 기공률, 그리고 크기와 모양.

반면, 외부 요인이란 단순히 세라믹 시험실에서 세라믹 재료가 받는 조건을 의미합니다.

• 결정립계

일반적으로 많은 세라믹은 다결정입니다. 즉, 많은 결정립이나 입자로 구성되어 있다는 뜻입니다. 두 결정립 사이의 영역을 결정립계라고 합니다. 그러나 입자 사이의 영역을 상 경계 예를 들어, 화학적 구성과 같은 서로 다른 특성을 보이는 경우입니다.

그렇다면 이는 세라믹 소재의 내마모성에 어떤 영향을 미칠까요?

사출성형 중 고온 공정인 소결 과정에서 세라믹은 첨가제로 인해 결정간 불순물이 발생합니다. 이는 다음의 존재로 인해 발생합니다. 유리상 곡물 사이에 균열이 생겨 결합 강도가 감소합니다. 결합 강도가 낮으면 결정립계에 균열이 형성됩니다.

마찰과 마모로 인해 전체 입자에 심각한 마모가 발생합니다. 이러한 연마 작용은 더 많은 열을 발생시켜 유리상의 점도에 영향을 미치고 결국 소성 변형을 초래합니다.

적당량의 첨가제와 강화제는 세라믹 소재의 내마모성을 개선하는 데 중요한 역할을 합니다. 그렇지 않으면, 적절한 양의 응력이 부족하여 인접한 결정립계가 심각한 마모를 겪을 수 있습니다.

• 다공성

내마모성을 평가할 때, 기공은 세라믹의 접합 강도에 영향을 미치는 변형으로 간주됩니다. 또한, 기공은 단층선이 형성될 수 있는 공간을 더 많이 제공하여 응력 집중에 큰 영향을 미칩니다.

연마력이 가해지면 기공으로 인해 균열이 생기기 쉬워지고, 이로 인해 마모가 심해집니다. 즉, 세라믹 소재의 다공성이 낮을수록 내마모성이 높아질 가능성이 높습니다.

• 크기

세라믹 제조에는 세라믹 재료를 신중하게 선택하는 과정이 포함됩니다. 그중 하나가 재료의 입자 크기입니다. 소립자 세라믹은 입자간 결합이 더 큰 경향이 있습니다. 그리고 더 나은 기계적 성질을 가집니다. 그러나 입자가 클수록 취성이 강하고 마찰로 인해 마모될 가능성이 더 큽니다.

외부 요인

이미 언급했듯이, 세라믹 내마모성에 영향을 미치는 외부 요인은 세라믹 시험실의 환경 조건입니다. 이러한 요인에는 부식, 외부 충격, 온도 및 압력이 포함됩니다.

• 부식: 세라믹 소재는 부식성 물질이 함유된 부품과 접촉할 수 있습니다. 이러한 환경에 장시간 노출되면 세라믹 소재가 침식되거나 벗겨질 수 있습니다. 또한, 결정 구조와 결합 강도가 저하될 수 있습니다.

• 외부 영향: 여기에는 작동 중 발생하는 진동과 충돌이 포함됩니다. 이러한 힘은 세라믹의 구조와 표면에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 입자가 느슨해지고 표면이 벗겨져 마모가 가속화될 수 있습니다.

• 온도와 압력: 많은 산업용 세라믹은 극한의 온도와 압력을 견딜 수 있습니다. 그러나 극한의 온도와 압력에 노출되면 구조적 안정성을 잃고 파손될 수 있습니다.

내마모성 세라믹 재료 및 그 응용 분야

첨단 세라믹 소재는 기계 및 기술 산업에 가장 유망한 소재 중 하나입니다. 화학적 안정성, 높은 녹는점, 탄성 모듈 그들은 뛰어난 마찰학적 특성을 보인다.

다른 특성으로는 높은 파괴인성, 높은 경도, 그리고 뛰어난 내열성이 있습니다. 따라서 내마모성 세라믹은 아래 표와 같이 광범위한 산업 분야에 적용 가능합니다.

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