耐磨陶瓷材料廣泛用于研磨拋光材料,、耐磨涂層,、管道或設(shè)備內(nèi)襯、設(shè)備結(jié)構(gòu)件等等領(lǐng)域,，其耐磨性能的好壞直接決定了機(jī)械設(shè)備及零件等的安全使用年限,。常見的耐磨陶瓷材料有氧化鋯、氧化鋁,、立方氮化硼,、氮化硅、碳化硼,、碳化硅,、等等。
為了獲取耐磨性能更為優(yōu)異的
耐磨陶瓷材料,，許多學(xué)者對(duì)陶瓷材料的磨損機(jī)理及影響陶瓷耐磨性能的因素做了研究,，并提出來了許多觀點(diǎn)及結(jié)論?？偟膩碚f,，影響陶瓷耐磨性能額因素有兩方面：1、材料本身的組織結(jié)構(gòu),；2,、外部因素如載荷、溫度以及氣氛等,。 本文將從材料的自身結(jié)構(gòu)出發(fā),，對(duì)耐磨材料的耐磨的影響因素進(jìn)行簡析,。
一、力學(xué)性能對(duì)陶瓷耐磨性能的影響
在早期研究陶瓷材料的耐磨性能時(shí),，人們認(rèn)為陶瓷材料的硬度跟磨損性能有很大的關(guān)系,，后來發(fā)現(xiàn)，陶瓷的硬度和磨損的關(guān)系并不是那么的明顯,，例如氧化鋁陶瓷的硬度要高于TZP氧化鋯陶瓷,，但耐磨性能并不一定高于TZP陶瓷。
硬度雖然在一定程度上能夠反應(yīng)晶界的結(jié)合強(qiáng)度,，但磨損最終是由于材料脫離磨損表面而形成的,，因此陶瓷材料的硬度不再作為衡量磨損的一個(gè)預(yù)見性指標(biāo)。
也有研究報(bào)道,，陶瓷材料的脆性直接影響磨損率,。有研究表明，隨著材料斷裂韌性的和硬度的提高,，陶瓷的磨損率逐漸的降低,，耐磨性越好。
二,、陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)對(duì)耐磨性能的影響
通常情況下,，材料的微觀結(jié)構(gòu)往往會(huì)對(duì)材料的宏觀性能有著極大的影響。陶瓷材料是晶粒和晶間組成的燒結(jié)體,，其顯微結(jié)構(gòu)往往決定著其宏觀性能,。有許多研究表明，陶瓷材料的耐磨性能與晶粒的大小,，晶界相的組成,，晶界上的應(yīng)力分布，氣孔等等顯微結(jié)構(gòu)有著極大的聯(lián)系,。
1. 晶粒的尺寸對(duì)陶瓷耐磨性能的影響
工業(yè)上,，金屬材料可以通過細(xì)化晶粒的方式來使其力學(xué)性能提高，這就是所謂的細(xì)晶強(qiáng)化,。其原理主要在于晶粒的粒徑越小,，晶界的面積也就越大，晶界的分布也就會(huì)越曲折,，可以有效的增加裂紋擴(kuò)展的路徑,，有利于分散材料內(nèi)部的應(yīng)力集中現(xiàn)象。人們通過研究發(fā)現(xiàn),，晶粒細(xì)化對(duì)陶瓷材料的耐磨性能也有這一定的影響,。
學(xué)者們對(duì)氧化鋁及
氧化鋯耐磨陶瓷的耐磨性進(jìn)行研究中發(fā)現(xiàn)，較小晶粒以是塑性變形和部分的穿晶斷裂為主,，磨損較少,；較大晶粒則以材料內(nèi)部沿晶斷裂,，甚至大晶粒從材料內(nèi)部拔出的方式發(fā)生較大的的磨損。而大尺寸的晶粒的拔出,，將對(duì)陶瓷表面造成較大的缺陷,，使材料的容易造成應(yīng)力集中,產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展,而使材料發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂。
2. 氣孔率對(duì)陶瓷耐磨性能的影響
氣孔對(duì)陶瓷的性能有著很重要的影響,，氣孔相當(dāng)于一種缺陷的存在,，它會(huì)造成應(yīng)力的集中,， 加速裂紋的擴(kuò)展,，降低晶粒之間的結(jié)合強(qiáng)度，嚴(yán)重影響陶瓷制品的力學(xué)性能,。在摩擦力的作用下氣孔之間可能會(huì)彼此連接起來形成裂紋源,，加速材料的磨損。
此外,，有研究發(fā)現(xiàn)在不同的載荷下,，陶瓷的磨損率并不一樣，在低載荷時(shí)氣孔不會(huì)造成裂紋的擴(kuò)展,；而在高載荷的情況下,，氣孔變得不穩(wěn)定，會(huì)在氣孔處形成裂紋及擴(kuò)展裂紋,，導(dǎo)致制品磨損率極高,，抗磨損突變能力變?nèi)酢?/div>
3. 晶界相以及晶間雜質(zhì)的影響
陶瓷是由晶粒，晶界相和氣孔等組成,，在燒結(jié)的過程中,，加入到陶瓷當(dāng)中的一些添加劑和一些雜質(zhì)成分主要是以“第二相”或者“玻璃相”的形式存在于晶界上，他們的存在會(huì)對(duì)晶粒之間的結(jié)合強(qiáng)度造成一定的影響,。在陶瓷摩擦磨損的過程中,，裂紋很容易在晶界處產(chǎn)生。較低的晶界結(jié)合強(qiáng)度會(huì)造成在磨損過程中的沿晶斷裂,，引起整片晶粒的拔出,，造成嚴(yán)重磨損。
多晶陶瓷的添加劑一般會(huì)以玻璃相的形式存在于陶瓷晶界上,，在摩擦的過程,，產(chǎn)生的高溫會(huì)降低玻璃的粘度，從而引發(fā)塑性變形,，若鄰近的晶界的應(yīng)力不能相適應(yīng)則會(huì)引發(fā)晶界處的裂紋,，引發(fā)嚴(yán)重磨損。
如果適量的添加劑可以在晶界處形成第二相,，則往往是有利于材料的耐磨性能的,，例如往氧化鋁中加入氧化鋯,，做成氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷又名ZTA陶瓷，由于t-ZrO2應(yīng)力誘導(dǎo)相變臨界應(yīng)力的提高有利于陶瓷材料斷裂韌性和強(qiáng)度的改善,，在微觀結(jié)構(gòu)方面,， 氧化鋯和氧化鋁又能相互抑制晶粒長大，達(dá)到微晶化效果,。進(jìn)一步提高耐磨性能,。湖南精城特種陶瓷有限公司生產(chǎn)的ZTA陶瓷在耐磨陶瓷領(lǐng)域的成功應(yīng)用就是很好的例子。
??文/湯志軍
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