Keramische materialen reageren verschillend op spanningen die worden veroorzaakt door bewegend mechanisch contact. Sommige kunnen slijten, andere kunnen kapotgaan, terwijl andere gewoon van het oppervlak afbladderen.

Dit artikel bespreekt hoe je het gedrag van een keramisch materiaal kunt meten ten opzichte van tegengestelde krachten en de factoren die dat gedrag beïnvloeden. We bespreken ook onderwerpen zoals 'slijtageweerstand heeft een directe of evenredige relatie met de glijafstand en contactbelasting'.

Veel keramiek industriële toepassingen zijn risicovol. Daarom is het belangrijk om vooraf te weten in hoeverre een keramisch materiaal bestand is tegen slijtage.

Wat is slijtageweerstandstesten?

Slijtvastheidstesten zijn een maat voor de reactie van het oppervlak van keramisch materiaal op wrijving of tegenkrachtDeze tests beoordelen hoe goed een keramisch materiaal presteert in processen waarbij sprake is van schurende werking, wrijving en slijtage. Ook wel bekend als de tribologische prestaties van keramiek.

Keramische testmethoden omvatten: Taber-slijtage, pen-op-schijf-slijtage, krastestmethode, bal-op-schijf-methode, etc. 

Keramische testmethoden

Hoe meet je slijtvastheid?

1. Taber-schuurtechniek</h3>

De Taber Abrasion-techniek is een relatief eenvoudige testmethode met een internationaal erkende keramische testnorm, ISO 4649/DIN 35516.

Tijdens de test wordt het schuurvel op een draaiende trommel gemonteerd. De operator beweegt vervolgens een stuk rubber over het schuurvel om het volumeverlies te bepalen. Afhankelijk van de slijtagesnelheid zullen de testresultaten hogere of lagere waarden opleveren.

Hoe lager de cijfers, hoe beter de slijtvastheid. Betekenis, Hoge waarden staan voor een hoge slijtagesnelheid, wat zich vertaalt in een slechte slijtvastheid.

2. Pin-On-Disk slijtagetest

Dit wordt beschouwd als een van de meest geprefereerd Testmethoden voor slijtvastheid van keramiek. Hierbij wordt een keramische pen over een roterende schijf geschoven (die meestal van een ander materiaal is gemaakt).

De operator laat de roterende schijf met een gecontroleerde snelheid en belasting draaien. Vervolgens beoordeelt hij de mate van slijtage en het volumeverlies na een bepaald aantal cycli.

De pen-op-schijf-slijtagetechniek simuleert algemene bedrijfsomstandigheden en test op wrijving, slijtage en klevende werking. Het is echter mogelijk dat het niet alle zware werkomstandigheden volledig nabootst.

3. Krastestmethode

Bij de krastestmethode wordt een punt of indringer gebruikt om dergelijke slijtagetypen te simuleren zoals snijden, groeven en ploegen. Daarom zijn tips in verschillende maten en vormen verkrijgbaar.

Een operator sleept een harde punt met een gecontroleerde snelheid en belasting over een keramisch oppervlak. Zo meet hij de kritische belasting of diepte waarbij het oppervlak scheurt.

De krastestmethode richt zich op het evalueren van de hechting van keramische films en de breuktaaiheid. Mogelijk is de methode echter minder effectief dan het evalueren van de effecten van vermoeiing op de slijtageprestaties.

4. Bal-op-schijfmethode

De bal-op-schijfmethode is een andere populaire techniek voor het meten van slijtvastheid. Hierbij wordt een bolvormige bal (van een ander materiaal) met een gecontroleerde snelheid en belasting verplaatst.

De operator schuift de kogel enkele keren tegen een vlakke keramische schijf. Vervolgens beoordeelt hij de schijf om de mate van slijtage te berekenen, afhankelijk van de diepte van de slijtageplek.

Deze methode is relatief veelzijdig. Het kan verschillende soorten slijtage simuleren door rrollen, glijden of de bewegingsrichting van de bal veranderen. 

De methode is speciaal ontwikkeld om de hardheid en oppervlakteafwerking van de keramische schijf te testen. Het kan echter geen invloed hebben op het slijtagegedrag veroorzaakt door factoren zoals temperatuur of smering.

Wat is de relatie tussen keramische slijtvastheid en hardheid?

Betekent slijtvastheid hardheid? Of… is er een direct verband tussen beide?

Het is niet ongebruikelijk om te zeggen dat een hard keramisch materiaal bestand is tegen elke vorm van slijtage. Dat zeiden onderzoekers ook eerst. Maar later ontdekten ze iets interessants!

In vroeg onderzoek geloofden natuurkundigen dat de hardheid en slijtvastheid van keramiek altijd direct met elkaar verbonden waren. Dat wil zeggen dat de hardheid van een keramisch materiaal altijd resulteerde in een betere slijtvastheid.

Uit verder onderzoek is echter gebleken dat Slijtvastheid hangt af van de microstructuur, de korrelgrenstaaiheid en de korrelgrootte en -vorm van een keramisch materiaal. Er zat dus meer achter de dynamiek van slijtvastheid dan eerder werd gedacht!

Het mechanisme van slijtvastheid bleek ook te verschillen van de hardheidsdynamiek op microstructuurniveau. Hardheid is afhankelijk van de sterkte van de korrelgrensverbinding. Slijtvastheid daarentegen vereist dat het materiaal loskomt van het slijtoppervlak.

Vergelijk bijvoorbeeld de hardheid en slijtvastheid van aluminiumoxide keramiek en TZP zirkonia keramiek vertoonden dit contrast. Hoewel aluminiumoxidekeramiek doorgaans harder is dan TZP-zirconia, is TZP-zirconia slijtvaster dan aluminiumoxide.

Hiermee werd ook de gangbare opvatting dat slijtvastheid uitsluitend door externe bedrijfsomstandigheden wordt bepaald, opzijgezet.

Daarom was voor het testen van de slijtvastheid van keramische materialen een iets andere aanpak nodig dan voor hardheidstests. Testmethoden voor keramische slijtage worden nu gestuurd door de dynamiek van keramische slijtage en de factoren die daarop van invloed zijn.

Maar het is belangrijk om te weten dat sommige keramische materialen zowel een hoge slijtvastheid als een hoge hardheid hebben in vergelijking met hun tegenhangers. We zeggen simpelweg dat Slijtvastheid en hardheid van keramiek hangen niet altijd rechtstreeks met elkaar samen en moeten onafhankelijk van elkaar worden getest.

Factoren die de slijtvastheid van keramische materialen beïnvloeden

Het testen van de slijtvastheid van keramische materialen wordt beïnvloed door interne en externe factoren.

Interne factoren die de slijtvastheid van keramiek beïnvloeden zijn onder andere: korrelgrens, porositeit, En grootte en vorm.

Met externe factoren worden simpelweg de omstandigheden bedoeld waaraan keramische materialen in het keramisch testlaboratorium worden blootgesteld.

• Korrelgrens

Meestal zijn keramische materialen polykristallijn, wat betekent dat ze uit vele kristallieten of korrels bestaan. Het gebied tussen twee korrels wordt een korrelgrens genoemd. Het gebied tussen de korrels wordt echter een fasegrens als ze verschillende eigenschappen vertonen, zoals bijvoorbeeld de chemische samenstelling.

Welke invloed heeft dit op de slijtvastheid van een keramisch materiaal?

Tijdens het sinteren, een hoogtemperatuurproces tijdens spuitgieten, komen er in keramiek interkristallijne onzuiverheden voor als gevolg van additieven. Dit gebeurt vanwege de aanwezigheid van de glazige fase tussen de korrels, waardoor hun bindingssterkte afneemt. Bij een lagere bindingssterkte ontstaan er scheuren aan de korrelgrens.

Door wrijving en slijtage treedt ernstige slijtage op aan de gehele korrel. De schurende werking produceert nog meer warmte, wat de viscositeit van de glasfase beïnvloedt en uiteindelijk plastische vervorming veroorzaakt.

Een groot aantal additieven en verstevigingshulpmiddelen spelen een belangrijke rol bij het verbeteren van de slijtvastheid van een keramisch materiaal. Anders kan de aangrenzende korrelgrens ernstige slijtage ondervinden vanwege een gebrek aan de juiste hoeveelheid spanning.

• Porositeit

Bij het beoordelen van slijtvastheid wordt porositeit beschouwd als een vervorming die de hechtsterkte van keramiek beïnvloedt. Bovendien biedt een porie meer ruimte voor breuklijnen, wat de spanningsconcentratie aanzienlijk beïnvloedt.

Wanneer er schurende kracht wordt uitgeoefend, zorgen poriën ervoor dat er gemakkelijk breuken ontstaan, waardoor de slijtage wordt verergerd. Dat wil zeggen dat hoe minder poreus een keramisch materiaal is, hoe slijtvaster het waarschijnlijk is.

• Maat

Keramiekproductie vereist een zorgvuldige selectie van keramische materialen. Eén parameter is de korrelgrootte van het materiaal. Kleinkorrelige keramiek heeft doorgaans grotere intergranulaire bindingen en betere mechanische eigenschappen. Grotere korrels zijn echter bros en slijten sneller tijdens wrijving.

Externe factoren

Zoals reeds vermeld, zijn de omgevingsomstandigheden in het keramische testlaboratorium externe factoren die de slijtvastheid van keramiek beïnvloeden. Deze factoren omvatten corrosie, externe invloeden, temperatuur en druk.

• Corrosie: Keramische materialen kunnen in contact komen met componenten die corrosieve stoffen bevatten. Bij langdurige blootstelling aan dergelijke omgevingen kunnen keramische materialen eroderen of afbladderen. Hun kristalstructuur en bindingssterkte kunnen ook afnemen.

• Externe impact: Dit omvat trillingen en botsingen die tijdens het gebruik optreden. Dergelijke krachten kunnen de structuur en het oppervlak van keramiek beïnvloeden. De deeltjes kunnen ook losraken en hun oppervlakken kunnen loslaten, wat de slijtage versnelt.

• Temperatuur en druk: Veel technische keramieksoorten zijn bestand tegen extreme temperaturen en druk, maar kunnen hun structurele integriteit verliezen en instorten als de omstandigheden extreem zijn.

Slijtvaste keramische materialen en hun toepassingen

Geavanceerde keramische materialen behoren tot de meest veelbelovende materialen voor de machine- en technische industrie. Gecombineerd met hun chemische stabiliteit, hoge smelttemperaturen en elastische modules, ze vertonen voortreffelijke tribologische eigenschappen.

Andere eigenschappen zijn onder meer een hoge breuktaaiheid, hoge hardheid en uitzonderlijke hittebestendigheid. Slijtvast keramiek is daarom toepasbaar in een breed scala aan industriële toepassingen, zoals blijkt uit de onderstaande tabel:

Waarom GORGEOUS een betrouwbare fabrikant is van slijtvaste keramiek

HEERLIJK is een van de meest veelbelovende producenten van geavanceerde keramiek in China en krijgt positieve recensies voor zijn legitieme producten en transparantie.

Met veelzijdige producten en diensten voorziet GORGEOUS in al uw behoeften op het gebied van geavanceerde keramiek. We zijn actief in sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, geneeskunde, chemie, luchtvaart, automotive, elektronica en techniek.

Praat mee over grondstofvoorbereiding, spuitgieten, sinteren, oppervlaktebehandeling en inspectie. Stuur ons een offerte en wij leveren!

Neem vandaag nog contact met ons op!

Met een superondersteunend klantenserviceteam zorgt GORGEOUS ervoor dat uw onboardingproces soepel en probleemloos verloopt. Klik hier om vandaag nog met ons te praten!