Materiały ceramiczne reagują różnie na naprężenia wywołane przez ruchomy kontakt mechaniczny. Niektóre mogą ulec zużyciu, inne mogą się zepsuć, a jeszcze inne po prostu odkleić od powierzchni.

W tym artykule omówiono, jak mierzyć zachowanie materiału ceramicznego w obliczu przeciwstawnych sił i czynników wpływających na zachowanie. Omawiamy również kwestie takie jak „odporność na zużycie ma bezpośredni lub proporcjonalny związek z odległością ślizgową i obciążeniem kontaktowym”.

Wiele ceramiki zastosowania przemysłowe są obarczone dużym ryzykiem, dlatego ważne jest, aby wcześniej wiedzieć, w jakim stopniu materiał ceramiczny jest odporny na zużycie.

Czym jest badanie odporności na zużycie?

Badanie odporności na zużycie jest miara reakcji powierzchni materiału ceramicznego na tarcie lub siłę przeciwną. Testy te oceniają, jak dobrze materiał ceramiczny sprawdza się w procesach obejmujących działanie ścierne, tarcie i zużycie. Znane również jako wydajność tribologiczna ceramiki.

Metody testowania ceramiki obejmują: Ścieranie metodą Tabera, zużycie tarczy sworzniowej, metoda badania zarysowań, metoda kulki na tarczy itp. 

Metody testowania ceramiki

Jak zmierzyć odporność na zużycie?

1. Technika ścierania Tabera</h3>

Metoda ścierania Tabera jest stosunkowo prostą metodą badawczą zgodną z międzynarodowo uznawaną normą badania ceramiki ISO 4649/DIN 35516.

Podczas testu arkusz ścierny jest montowany na obracającym się bębnie. Następnie operator przesuwa kawałek gumy po arkuszu ściernym, aby określić utratę objętości. W zależności od szybkości zużycia wyniki testu będą dawać wyższe lub niższe wartości.

Im niższe liczby, tym lepsza odporność na zużycie. Znaczenie, wysokie wartości oznaczają wysoki stopień zużycia, co przekłada się na słabą odporność na zużycie.

2. Test zużycia sworznia na tarczy

Uważa się, że jest to jeden z najbardziej preferowany metody badania odporności ceramiki na zużycie. Polegają one na przesuwaniu ceramicznego sworznia na obracającym się dysku (który zwykle jest wykonany z innego materiału).

Operator uruchamia obracający się dysk z kontrolowaną prędkością i obciążeniem. Następnie ocenia tempo zużycia i utratę objętości po określonej liczbie cykli.

Technika zużycia sworznia na tarczy symuluje ogólne warunki eksploatacji, testując ścieranie, korozja i działanie adhezyjne. Jednakże nie zawsze odzwierciedla ona w pełni trudne warunki pracy.

3. Metoda testu zarysowania

Metoda testu zarysowań polega na użyciu końcówki lub wgłębnika do symulacji tego typu zużycia takie jak cięcie, rowkowanie i oranie. Dlatego końcówki występują w różnych rozmiarach i kształtach.

Operator przeciąga twardą końcówkę po powierzchni ceramicznej z kontrolowaną prędkością i obciążeniem. W związku z tym mierzy krytyczne obciążenie lub głębokość, przy której powierzchnia pęka.

Metoda testu zarysowania koncentruje się na ocenie przyczepności powłok ceramicznych i odporności na pękanie. Jednak może nie robić tyle, co oceniać wpływ zmęczenia na wydajność zużycia.

4. Metoda kulki na tarczy

Metoda ball-on-disk jest kolejną popularną techniką pomiaru odporności na zużycie. Polega ona na przesuwaniu kulistego przedmiotu (z innego materiału) z kontrolowaną prędkością i obciążeniem.

Operator przesuwa kulkę po płaskim ceramicznym dysku przez kilka cykli. Następnie ocenia dysk, aby obliczyć ilość spowodowanego zużycia, w zależności od głębokości śladu zużycia.

Ta metoda jest stosunkowo wszechstronna. Może symulować różne rodzaje zużycia przez robracanie, ślizganie lub zmiana kierunku ruchu piłki. 

Metoda ta jest opracowana w celu testowania twardości i wykończenia powierzchni dysku ceramicznego. Może nie oceniać zachowania zużycia spowodowanego przez czynniki takie jak temperatura lub smarowanie.

Jaki jest związek pomiędzy odpornością ceramiki na zużycie a twardością?

Czy odporność na zużycie oznacza twardość? Czy… Czy istnieje między nimi bezpośredni związek?

Nie jest niczym niezwykłym stwierdzenie, że twardy materiał ceramiczny może wytrzymać każdy rodzaj zużycia. To również pierwsi powiedzieli badacze. Ale później odkryli coś interesującego!

We wczesnych badaniach fizycy uważali, że twardość i odporność na zużycie ceramiki zawsze mają bezpośredni związek. Tak jak twardość materiału ceramicznego zawsze przekładała się na lepszą odporność na zużycie.

Jednak dalsze badania ujawniły, że odporność na zużycie zależy od mikrostruktury materiału ceramicznego, wytrzymałości granic ziaren oraz wielkości i kształtu ziaren. Oznacza to, że w dynamice odporności na zużycie było coś więcej, niż wcześniej sądzono!

Mechanizm odporności na zużycie okazał się również inny niż dynamika twardości na poziomie mikrostruktury. Twardość zależy od tego, jak silne jest wiązanie graniczne ziarna. Przeciwnie, odporność na zużycie wymaga, aby materiał oderwał się od powierzchni zużycia.

Na przykład porównania twardości i odporności na zużycie ceramika glinowa a ceramika cyrkonowa TZP wykazała ten kontrast. Chociaż ceramika glinowa jest z reguły twardsza niż tlenek cyrkonu TZP, ten drugi charakteryzuje się lepszą odpornością na zużycie niż tlenek glinu.

Podważyło to również powszechnie panujące przekonanie, że odporność na zużycie zależy jedynie od zewnętrznych warunków eksploatacji.

Dlatego testowanie odporności na zużycie materiałów ceramicznych wymagało nieco innego podejścia niż testy twardości. Metody testowania zużycia ceramiki są obecnie kierowane dynamiką zużycia ceramiki i czynnikami na nią wpływającymi.

Warto jednak zauważyć, że niektóre materiały ceramiczne mają zarówno wysoką odporność na zużycie, jak i twardość w porównaniu do swoich odpowiedników. Mówimy po prostu, że odporność na zużycie i twardość ceramiki nie zawsze są ze sobą bezpośrednio powiązane i muszą być badane niezależnie.

Czynniki wpływające na odporność na zużycie materiałów ceramicznych

Na badanie odporności na zużycie materiałów ceramicznych wpływają czynniki wewnętrzne i zewnętrzne.

Czynniki wewnętrzne wpływające na odporność ceramiki na zużycie obejmują: granica ziaren, porowatość, I rozmiar i kształt.

Natomiast czynniki zewnętrzne oznaczają po prostu warunki, którym poddawane są materiały ceramiczne w laboratorium badawczym.

• Granica ziarna

Zazwyczaj wiele materiałów ceramicznych jest polikrystalicznych, co oznacza, że składają się z wielu kryształów lub ziaren. Obszar pomiędzy dwoma ziarnami nazywa się granicą ziaren. Jednakże obszar pomiędzy ziarnami nazywany jest granica faz jeśli wykazują różne właściwości, np. skład chemiczny.

Jak zatem wpływa to na odporność materiału ceramicznego na zużycie?

W procesie spiekania, będącym wysokotemperaturowym procesem formowania wtryskowego, w materiałach ceramicznych pojawiają się zanieczyszczenia międzykrystaliczne spowodowane dodatkami. Dzieje się tak ze względu na obecność faza szklista między ziarnami, co zmniejsza siłę ich wiązania. W przypadku mniejszej wytrzymałości wiązania pęknięcia tworzą się na granicy ziaren.

Podczas tarcia i ścierania dochodzi do poważnego zużycia całego ziarna. Działanie ścierne wytwarza jeszcze więcej ciepła, co wpływa na lepkość fazy szklanej i ostatecznie powoduje odkształcenie plastyczne.

Duża ilość dodatków i środków wzmacniających odgrywa kluczową rolę w poprawie odporności materiału ceramicznego na zużycie. W przeciwnym wypadku może dojść do poważnego zużycia sąsiadującej granicy ziaren z powodu braku odpowiedniego poziomu naprężenia.

• Porowatość

Podczas oceny odporności na zużycie porowatość jest uważana za deformację, która wpływa na wytrzymałość wiązania ceramiki. Ponadto por zapewnia więcej miejsca na tworzenie się linii uskoków, co ma duży wpływ na koncentrację naprężeń.

Pod wpływem siły ściernej w porach łatwo tworzą się pęknięcia, co nasila zużycie. Oznacza to, że im mniej porowaty jest materiał ceramiczny, tym bardziej jest odporny na zużycie.

• Rozmiar

Produkcja ceramiki obejmuje staranną selekcję materiałów ceramicznych. Jednym z parametrów jest wielkość ziarna materiału. Ceramika drobnoziarnista ma tendencję do posiadania większych wiązań międzyziarnowych i lepsze właściwości mechaniczne. Jednak większe ziarna są kruche i bardziej podatne na zużycie podczas tarcia.

Czynniki zewnętrzne

Jak już wspomniano, czynnikami zewnętrznymi wpływającymi na odporność ceramiki na zużycie są warunki środowiskowe laboratorium testującego ceramikę. Czynniki te obejmują korozję, uderzenia zewnętrzne oraz temperaturę i ciśnienie.

• Korozja: Materiały ceramiczne mogą mieć kontakt z elementami, które mają czynniki żrące. Jeśli są wystawione na takie warunki przez dłuższy czas, materiały ceramiczne mogą erodować lub odklejać się. Ich struktura krystaliczna i siła wiązania mogą również ulec osłabieniu.

• Wpływ zewnętrzny: Obejmuje to wibracje i kolizje występujące podczas pracy. Takie siły mogą wpływać na strukturę i powierzchnię ceramiki. Cząsteczki mogą się również poluzować, a ich powierzchnie mogą się łuszczyć, co przyspiesza zużycie.

• Temperatura i ciśnienie: Wiele ceramiki technicznej wytrzymuje ekstremalne temperatury i ciśnienia. Mogą jednak utracić swoją integralność strukturalną i zacząć się rozpadać, jeśli warunki zostaną ustawione na ekstremalne poziomy.

Materiały ceramiczne odporne na zużycie i ich zastosowania

Zaawansowane materiały ceramiczne należą do najbardziej obiecujących materiałów dla przemysłu maszynowego i technicznego. W połączeniu z ich stabilność chemiczna, wysokie temperatury topnienia i moduły sprężystości, Wykazują one znakomite właściwości tribologiczne.

Inne właściwości obejmują wysoką wytrzymałość na pękanie, wysoką twardość i wyjątkową odporność na ciepło. Jako takie, ceramika odporna na zużycie jest stosowana w szerokim zakresie zastosowań przemysłowych, jak pokazano w poniższej tabeli:

Dlaczego GORGEOUS jest niezawodnym producentem ceramiki odpornej na zużycie

PRZEPIĘKNY jest jednym z najbardziej obiecujących producentów zaawansowanej ceramiki w Chinach, zbierającym pozytywne recenzje za legalność swoich produktów i transparentność.

Dzięki wszechstronnym produktom i usługom GORGEOUS zaspokaja wszystkie Twoje potrzeby w zakresie zaawansowanej ceramiki. Działamy w takich branżach jak lotnictwo, medycyna, chemia, lotnictwo, motoryzacja, elektronika i inżynieria.

Porozmawiajmy o przygotowaniu surowca, formowaniu wtryskowym, spiekaniu, obróbce powierzchni i kontroli. Po prostu wyślij nam wycenę, a my ją dostarczymy!

Skontaktuj się z nami już dziś!

Dzięki super wspierającemu zespołowi obsługi klienta GORGEOUS zapewnia, że Twój proces wdrażania przebiega płynnie i bezproblemowo. Kliknij Tutaj porozmawiać z nami już dziś!