影響陶瓷耐磨性的因素有哪些？
2022-12-29??
來源：精城特瓷??
作者：黃永泉（譯）??
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耐磨陶瓷材料廣泛應用于研磨拋光材料、耐磨涂層、管道或設備內襯、結構件等領域，其耐磨性能直接決定機械設備和零件的安全使用壽命。 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。
為了獲得耐磨性能更好的耐磨陶瓷材料，許多學者對陶瓷材料的磨損機理及影響陶瓷耐磨性能的因素進行了研究。 一般來說，陶瓷的耐磨性受兩個因素影響，一是材料本身的結構，二是載荷、溫度、氣氛等外界因素。
1、力學性能對陶瓷耐磨性的影響
在早期對陶瓷材料耐磨性能的研究中，認為陶瓷材料的硬度與耐磨性能密切相關。 后來發現，陶瓷的硬度和磨損之間的關系并不是那么明顯。 例如，氧化鋁陶瓷的硬度高于TZP氧化鋯陶瓷，但耐磨性不一定高于TZP陶瓷。
雖然硬度在一定程度上可以反映晶界的結合強度，但磨損最終是由于材料脫離磨損面而形成的，因此陶瓷材料的硬度不再作為衡量磨損的預測指標。 有研究表明，隨著材料斷裂韌性和硬度的提高，陶瓷的磨損率逐漸降低，耐磨性更好。
2、微觀結構對陶瓷耐磨性的影響
一般來說，材料的微觀結構往往對材料的宏觀性能有很大的影響。 陶瓷材料是由晶粒和晶間組成的燒結體，其微觀結構往往決定其宏觀性能。 許多研究表明，陶瓷材料的耐磨性與晶粒尺寸、晶界相組成、晶界應力分布、氣孔等微觀結構有很大關系。
3、晶粒
在工業上，金屬材料可以通過細化晶粒來提高其力學性能，稱為細晶強化。 主要原理是晶粒尺寸越小，晶界面積越大，晶界分布越呈鋸齒狀，可有效增加裂紋擴展路徑，有利于分散材料中的應力集中。 發現晶粒細化對陶瓷材料的耐磨性有一定的影響。
4、孔隙率
氣孔率對陶瓷的性能有非常重要的影響。 氣孔相當于缺陷的存在，會引起應力集中，加速裂紋擴展，降低晶粒間的結合強度，從而嚴重影響陶瓷的力學性能。 在摩擦作用下，孔隙可能相互連接形成裂紋源，加速材料磨損。
5、晶界相和晶間雜質
陶瓷由晶粒、晶界相和氣孔組成。 在燒結過程中，一些添加到陶瓷中的添加劑和雜質主要以“第二相”或“玻璃相”的形式存在于晶界，它們的存在會影響晶粒間的結合強度。 在陶瓷摩擦磨損過程中，晶界處極易產生裂紋。 晶界結合強度低，在磨損過程中會造成沿晶粒的斷裂，導致整個晶粒被拉出，造成嚴重的磨損。
多晶陶瓷的添加劑通常以玻璃相的形式存在于晶界上。 在摩擦過程中，產生的高溫降低了玻璃的粘度，導致塑性變形。 如果相鄰晶界的應力不合適，就會在晶界處產生裂紋，造成嚴重的磨損。
如果適量的添加劑能在晶界形成第二相，通常有利于材料的耐磨性。 例如，在氧化鋁中加入氧化鋯制成氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷，又稱ZTA陶瓷。 由于T-ZrO2應力誘發臨界應力的增加有利于陶瓷材料斷裂韌性和強度的提高，氧化鋯和氧化鋁可以抑制晶粒長大，在微觀結構上達到微晶化的效果，從而進一步 提高耐磨性。
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