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北京耐默公司陶瓷耐磨材料性能的影响因素

北京耐默公司陶瓷耐磨材料性能的影响因素
耐磨陶瓷材料广泛用于研磨抛光材料、耐磨涂层、管道或设备内衬、设备结构件等等领域,其耐磨性能的好坏直接决定了机械设备及零件等的使用年限。常见的耐磨陶瓷材料有金刚石、氧化锆、立方氮化硼、氮化硅、碳化硼、碳化硅、各种刚玉等等。
也有研究报道,陶瓷材料的脆性直接影响磨损率。有研究表明,随着材料断裂韧性的和硬度的提高,陶瓷的磨损率逐渐的降低,耐磨性越好。
一、力学性能对陶瓷耐磨性能的影响
在早期研究陶瓷材料的耐磨性能时,人们认为陶瓷材料的硬度跟磨损性能有很大的关系,后来发现,陶瓷的硬度和磨损的关系并不是那么的明显,例如氧化铝陶瓷的硬度要高于TZP氧化锆陶瓷,但耐磨性能并不高于TZP陶瓷。硬度虽然在适当程度上能够反应晶界的结合强度,但磨损终是由于材料脱离磨损表面而形成的,因此陶瓷材料的硬度不再作为衡量磨损的一个预见性指标。
总的来说,影响陶瓷耐磨性能额因素有两方面:1、材料本身的组织结构;2、外部因素如载荷、温度以及气氛等。



二、陶瓷的结构对耐磨性能的影响
通常情况下,材料的微观结构往往会对材料的宏观性能有着较大的影响。陶瓷材料是晶粒和晶间组成的烧结体,其显微结构往往决定着其宏观性能。有许多研究表明,陶瓷材料的耐磨性能与晶粒的大小,晶界相的组成,晶界上的应力分布,气孔等等显微结构有着很大的联系。
1.晶粒的尺寸对陶瓷耐磨性能的影响
工业上,金属材料可以通过细化晶粒的方式来使其力学性能提高,这就是所谓的细晶强化。其原理主要在于晶粒的粒径越小,晶界的面积也就越大,晶界的分布也就会越曲折,可以有效的增加裂纹扩展的路径,有利于分散材料内部的应力集中现象。人们通过研究发现,晶粒细化对陶瓷材料的耐磨性能也有影响。
学者们对氧化铝及氧化锆的耐磨性进行研究中发现,较小晶粒以是塑性变形和部分的穿晶断裂为主,磨损较少;较大晶粒则以材料内部沿晶断裂,甚至大晶粒从材料内部拔出的方式发生较大的的磨损。而大尺寸的晶粒的拔出,将对陶瓷表面造成较大的缺陷,使材料的容易造成应力集中,产生裂纹扩展,而使材料发生低应力脆性断裂。
2.气孔率对陶瓷耐磨性能的影响
气孔对陶瓷的性能有着很重要的影响,气孔相当于一种缺陷的存在,它会造成应力的集中, 加速裂纹的扩展,降低晶粒之间的结合强度,严重影响陶瓷制品的力学性能。在摩擦力的作用下气孔之间可能会彼此连接起来形成裂纹源,加速材料的磨损。
此外,有研究发现在不同的载荷下,陶瓷的磨损率并不一样,在低载荷时气孔不会造成裂纹的扩展;而在高载荷的情况下,气孔变得不稳定,会在气孔处形成裂纹及扩展裂纹,导致制品磨损率变高,抗磨损突变能力变弱。
如果适量的添加剂可以在晶界处形成二相,则往往是有利于材料的耐磨性能的,例如就氧化铝陶瓷而言,由于晶粒在各向异性生长时会在晶界处产生残余的应力,当加入稀土添加剂Sm2O3时,可有效的促成晶界上二相六铝酸钙的形成,降低了晶界处玻璃相的含量,有效的缓解由于热膨胀系数不同而造成的晶界处的应力集中,增强了晶界结合强度,使得陶瓷的耐磨性能得到提高。
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