Kokie veiksniai turi įtakos keramikos atsparumui dilimui?
Susidėvėjimui atsparios{0}keraminės medžiagos plačiai naudojamos šlifavimo ir poliravimo, nusidėvėjimui atsparių dangų, vamzdžių ar įrangos vidinių apmušalų, konstrukcijų dalių ir kt. srityse, o jų atsparios dilimui savybės tiesiogiai lemia saugų mechaninės įrangos ir dalių tarnavimo laiką. Įprastos nusidėvėjimui{5}}atsparios keraminės medžiagos yra cirkonis, aliuminio oksidas, kubinis boro nitridas, silicio nitridas, boro karbidas, silicio karbidas ir kt.
Siekdami gauti nusidėvėjimui atsparių{0}}keraminių medžiagų, kurių atsparumas dilimui yra didesnis, daugelis mokslininkų ištyrė keraminių medžiagų nusidėvėjimo mechanizmą ir veiksnius, turinčius įtakos keramikos atsparumui dilimui. Paprastai tariant, keramikos atsparumą dilimui įtakoja du veiksniai, vienas yra pačios medžiagos struktūra, o kitas – išoriniai veiksniai, tokie kaip apkrova, temperatūra ir atmosfera.
Mechaninių savybių įtaka keramikos atsparumui dilimui
Ankstyvajame keraminių medžiagų atsparumo nusidėvėjimui{0}}tyrime buvo manoma, kad keraminių medžiagų kietumas yra glaudžiai susijęs su nusidėvėjimo savybe. Vėliau buvo nustatyta, kad ryšys tarp keramikos kietumo ir nusidėvėjimo nebuvo toks akivaizdus. Pavyzdžiui, aliuminio oksido keramikos kietumas yra didesnis nei TZP cirkonio keramikos, tačiau atsparumas dilimui nebūtinai yra didesnis nei TZP keramikos.
Nors kietumas tam tikru mastu gali atspindėti grūdelių ribos sukibimo stiprumą, galiausiai susidėvėjimas susidaro dėl medžiagos atitrūkimo nuo dilimo paviršiaus, todėl keraminės medžiagos kietumas nebėra naudojamas kaip nuspėjamasis nusidėvėjimo rodiklis. Kai kurie tyrimai rodo, kad gerėjant medžiagos atsparumui ir kietumui, keramikos dėvėjimosi greitis palaipsniui mažėja, o atsparumas dilimui gerėja.
Mikrostruktūros įtaka keramikos atsparumui dilimui
Apskritai medžiagų mikrostruktūra dažnai turi didelę įtaką medžiagų makroskopinėms savybėms. Keraminė medžiaga yra sukepintas kūnas, sudarytas iš grūdelių ir kristalų, o jos mikrostruktūra dažnai lemia makroskopines savybes. Daugelis tyrimų parodė, kad keraminių medžiagų atsparumas dilimui labai priklauso nuo grūdelių dydžio, grūdelių ribinės fazės sudėties, įtempių pasiskirstymo ant grūdelių ribos, porų ir kitų mikrostruktūrų.
Grūdų dydis
Pramonėje metalo medžiagos gali pagerinti savo mechanines savybes rafinuojant grūdelius, o tai vadinama smulkiagrūdžių stiprinimu. Pagrindinis principas yra tas, kad kuo mažesnis grūdelių dydis, tuo didesnis grūdelių ribos plotas ir zigzagiškesnis grūdų ribos pasiskirstymas, o tai gali efektyviai padidinti plyšio augimo kelią ir yra palanki įtempių koncentracijai išsklaidytoje medžiagoje. Nustatyta, kad grūdelių rafinavimas turi tam tikrą įtaką keraminių medžiagų atsparumui dilimui.
Poringumas
Poringumas turi labai didelę įtaką keramikos savybėms. Poros prilygsta defekto egzistavimui, kuris sukels įtempių koncentraciją, pagreitins plyšio plėtimąsi ir sumažins sukibimo stiprumą tarp grūdelių, taip rimtai paveikdamas mechanines keramikos savybes. Veikiant trinčiai, poros gali susijungti viena su kita, sudarydamos įtrūkimų šaltinį, kuris pagreitina medžiagos susidėvėjimą.
Grūdų ribinė fazė ir tarpkristalinė priemaiša
Keramika susideda iš grūdelių, grūdelių ribinių fazių ir porų. Sukepinimo procese kai kurie priedai ir priemaišos, dedamos į keramiką, daugiausia egzistuoja prie grūdelių ribos „antrosios fazės“ arba „stiklo fazės“ pavidalu, o jų buvimas turės įtakos grūdelių sukibimo stiprumui. Dėl keraminės trinties ir susidėvėjimo prie grūdelių ribos gali lengvai atsirasti įtrūkimų. Dėl mažo grūdų ribų sukibimo stiprumo dėvėjimosi metu grūdai lūžta, o tai sukels viso grūdo ištraukimą ir rimtą susidėvėjimą.
Polikristalinės keramikos priedas paprastai yra ant grūdelių ribos stiklo fazės pavidalu. Trinties proceso metu susidaranti aukšta temperatūra sumažina stiklo klampumą, todėl susidaro plastinė deformacija. Jei gretimų grūdų ribos įtempimas nėra tinkamas, tai sukels plyšį prie grūdų ribos ir rimtai susidėvės.
Jei atitinkamas kiekis priedų gali sudaryti antrąją fazę prie grūdelių ribos, tai paprastai yra naudinga medžiagos atsparumui dilimui. Pavyzdžiui, cirkonio oksido pridėjimas prie aliuminio oksido, kad būtų pagaminta cirkonio grūdinto aliuminio oksido keramika, taip pat žinoma kaip ZTA keramika. Kadangi T-ZrO2 įtempių sukeltas kritinis įtempis padidina keraminių medžiagų atsparumą lūžiams ir stiprumą, cirkonis ir aliuminio oksidas gali slopinti grūdelių augimą ir pasiekti mikro-kristalizavimo efektą mikrostruktūros atžvilgiu, kad dar labiau padidėtų atsparumas dilimui.
