Quais são os fatores que influenciam a resistência ao desgaste da cerâmica?
Materiais-cerâmicos resistentes ao desgaste são amplamente utilizados nas áreas de materiais de retificação e polimento, revestimentos-resistentes ao desgaste, revestimentos internos de tubos ou equipamentos e peças de estrutura, etc., e suas propriedades-de resistência ao desgaste determinam diretamente a vida útil segura de equipamentos e peças mecânicas. Os materiais cerâmicos-comuns resistentes ao desgaste incluem zircônia, alumina, nitreto cúbico de boro, nitreto de silício, carboneto de boro, carboneto de silício, etc.
Para obter-materiais cerâmicos resistentes ao desgaste com melhor resistência ao desgaste, muitos estudiosos estudaram o mecanismo de desgaste dos materiais cerâmicos e os fatores que influenciam a resistência ao desgaste da cerâmica. De modo geral, a resistência ao desgaste da cerâmica é afetada por dois fatores: um é a estrutura do próprio material e o outro são fatores externos, como carga, temperatura e atmosfera.
Efeitos das propriedades mecânicas na resistência ao desgaste de cerâmicas
Nas primeiras pesquisas sobre a propriedade-de resistência ao desgaste dos materiais cerâmicos, acredita-se que a dureza dos materiais cerâmicos está intimamente relacionada à propriedade de desgaste. Posteriormente descobriu-se que a relação entre dureza e desgaste da cerâmica não era tão óbvia. Por exemplo, a dureza da cerâmica de alumina é superior à da cerâmica de zircônia TZP, mas a resistência ao desgaste não é necessariamente superior à da cerâmica TZP.
Embora a dureza possa refletir a resistência de ligação do limite do grão até certo ponto, o desgaste é finalmente formado devido à ruptura do material da superfície de desgaste, de modo que a dureza do material cerâmico não é mais usada como um índice preditivo para medir o desgaste. Alguns estudos mostram que com a melhoria da tenacidade à fratura e da dureza do material, a taxa de desgaste da cerâmica diminui gradativamente e a resistência ao desgaste é melhor.
Efeitos da microestrutura na resistência ao desgaste de cerâmicas
Em geral, a microestrutura dos materiais tem frequentemente um grande impacto nas propriedades macroscópicas dos materiais. O material cerâmico é um corpo sinterizado composto de grãos e inter-cristalinos, e sua microestrutura geralmente determina suas propriedades macroscópicas. Muitos estudos mostraram que a resistência ao desgaste dos materiais cerâmicos está fortemente relacionada ao tamanho do grão, à composição da fase do contorno do grão, à distribuição de tensões no contorno do grão, aos poros e outras microestruturas.
Tamanho do grão
Na indústria, os materiais metálicos podem melhorar suas propriedades mecânicas através do refinamento dos grãos, o que é chamado de reforço de grãos finos. O princípio principal é que quanto menor o tamanho do grão, maior a área do limite do grão e mais ziguezagueante a distribuição do limite do grão, o que pode efetivamente aumentar o caminho de crescimento da trinca e favorece a concentração de tensão no material disperso. Verifica-se que o refinamento do grão tem certa influência na resistência ao desgaste dos materiais cerâmicos.
Porosidade
A porosidade tem um efeito muito importante nas propriedades da cerâmica. O poro equivale à existência de um defeito, que causará concentração de tensões, acelerará a expansão da fissura e reduzirá a resistência de ligação entre os grãos, afetando gravemente as propriedades mecânicas da cerâmica. Sob a ação do atrito, os poros podem se conectar entre si para formar fontes de trincas, o que acelera o desgaste do material.
Fase limite de grão e impureza intercristalina
A cerâmica é composta de grãos, fases de contorno de grão e poros. No processo de sinterização, alguns aditivos e impurezas adicionados à cerâmica existem principalmente no limite do grão na forma de “segunda fase” ou “fase vítrea”, e sua existência afetará a resistência de ligação entre os grãos. No decurso do atrito e desgaste da cerâmica, podem ocorrer facilmente fissuras nos limites dos grãos. A baixa resistência de ligação dos limites dos grãos causará a fratura ao longo do grão durante o processo de desgaste, o que causará o arrancamento de todo o grão e causará sério desgaste.
O aditivo da cerâmica policristalina geralmente existe no limite do grão na forma da fase vítrea. Durante o processo de fricção, a alta temperatura resultante reduz a viscosidade do vidro, levando à deformação plástica. Se a tensão do limite de grão adjacente não for adequada, causará rachaduras no limite de grão e causará sério desgaste.
Se uma quantidade apropriada de aditivos puder formar uma segunda fase no limite do grão, isso geralmente será benéfico para a resistência ao desgaste do material. Por exemplo, adicionar zircônia à alumina para fazer cerâmica de alumina endurecida com zircônia, também conhecida como cerâmica ZTA. Como o aumento da tensão crítica induzida pela tensão T-ZrO2 conduz à melhoria da tenacidade à fratura e da resistência dos materiais cerâmicos, a zircônia e a alumina podem inibir o crescimento do grão e alcançar o efeito da micro{4}}cristalização em termos de microestrutura, de modo a melhorar ainda mais a resistência ao desgaste.
