Aşınmaya dayanıklı seramikler olarak da adlandırılan tribolojik seramikler, sürtünmeye ve aşınmaya dayanıklı seramik malzemeler. Mineral işleme ve metalurji dahil olmak üzere çeşitli endüstriyel ve evsel uygulamalarda kullanılırlar. Bu makalede başlıca tribolojik seramik malzemeler ve kullanım alanları incelenmektedir.
Aşınmaya dayanıklı seramikler
Temel özellikler
Tribolojik aşınmanın iki temel mekanizması vardır: çarpma aşınması ve sürtünme aşınması. Darbe aşınmasında, parçacıklar yüzeyi etkiler ve aşındırır. Bu, örneğin maden işlemede karşılaşılan başlıca aşınma mekanizmasıdır. Öte yandan sürtünme aşınması, yük altındaki iki malzeme birbirine doğru kaydığında meydana gelir. Bu aşınma dönen şaftlar, valf yuvaları ve metal ekstrüzyon ve çekme kalıpları gibi cihazlarda meydana gelir. Seramikler, bu mekanizmalara direnmek için çok uygundur, çünkü onları bir arada tutan güçlü kimyasal bağlar nedeniyle son derece sert ve güçlü olma eğilimindedirler. Bu özellikler tribolojik uygulamalar için gereklidir, ancak tribolojik seramikler diğer önemli özellikleri de gösterir - en önemlisi esneklik, tokluk, termal genleşme ve termal iletkenlik. Aşağıda tarif edildiği gibi, transformasyonla sertleştirilmiş zirkonya gibi seramikler, mukavemet ve tokluk arasında bir denge sağlayan mikro yapılar ile geliştirilmiştir. Bu tür malzemeler, geleneksel seramik muadillerinden daha zayıf olmakla birlikte, gelişmiş toklukları nedeniyle aşınmaya karşı yüksek direnç gösterebilir. Aşınma sırasında ısı üretimi, kullanılan seramiklerin düşük termal genleşme katsayılarına (termal gerilimleri azaltmak için) veya yüksek termal iletkenliklere (ısıyı uzaklaştırmak için) sahip olmadıkça termal şok sorunlarına yol açabilir.
Malzemeler
En yaygın olarak kullanılan tribolojik seramik, popülerliğini düşük üretim maliyetlerine borçlu olan kaba taneli alüminadır (alüminyum oksit, Al 2 O 3). Bununla birlikte, alümina tahıl çekilmesine karşı hassastır; bu, daha da hızlı bir şekilde aşınabilecek zayıf bir yüzeye yol açar. Ayrıca, keskin kenarları olan gevşetilmiş taneler, başka yerlerde sıkışma aşınması için aşındırıcı parçacıklar haline gelir. Aşınmış alümina yüzeyleri bu nedenle mat (pürüzlü) bir görünüme sahiptir.
Seramik matrisli kompozitler, kolayca gevşetilmeyen büyük birincil tanelerin (örn., Silikon karbür [SiC]) daha uyumlu bir matrisle (örn., Silika [Si], silikon nitrür [Si 3) birleştirilmesinde alümina üzerinde bir gelişmeyi temsil eder. K 4 mikro-çatlakların direnç], veya cam). Bıyık, lif veya dönüştürücü fazlarla sertleştirilmiş seramikler daha da büyük bir gelişmeyi temsil eder. Örneğin, transformasyonla sertleştirilmiş zirkonyada (TTZ), aşınma sırasında karşılaşılan yüzey gerilimleri, toklaştırıcı partiküllerin dönüşmesini sağlar ve yüzeyi sıkıştırır. Bu dönüşüm sadece yüzeyi güçlendirmekle kalmaz, dışarı çıkan parçacıklar da mikrometre aralığında olma eğilimindedir. Bu kadar küçük boyutlarda yüzeyi aşındırmak yerine parlatırlar. Aşınmış TTZ yüzeyleri bu nedenle keçeleşmek yerine parlatılma eğilimindedir. Bu mikroyapıların mühendislik maliyetleri geleneksel alüminadan çok daha yüksek olmasına rağmen, malzemelerin rekabet avantajı, büyük ölçüde geliştirilmiş hizmet ömürlerinde gerçekleşir.
