Ceràmica tribològica, també anomenada ceràmica resistent al desgast, materials ceràmics resistents a la fricció i al desgast. S'utilitzen en diverses aplicacions domèstiques i industrials, incloses la transformació de minerals i la metal·lúrgia. Aquest article analitza els principals materials ceràmics tribològics i les seves àrees d'aplicació.
Ceràmica resistent al desgast
Propietats essencials
Hi ha dos mecanismes bàsics de desgast tribològic: desgast i desgast que afecten. Quan es desgasta, les partícules impacten i erosionen la superfície. Aquest és el principal mecanisme de desgast que es troba en la manipulació de minerals, per exemple. D'altra banda, el desgast es produeix quan dos materials sota càrrega es llisquen els uns contra els altres. Aquest desgast es produeix en dispositius com ara eixos giratoris, seients de vàlvules i matrius per extrusió i extracció de metalls. La ceràmica s’adapta molt a resistir aquests mecanismes perquè, a causa dels forts enllaços químics que els mantenen, solen ser forts i durs. Aquestes propietats són essencials per a aplicacions tribològiques, però les ceràmiques tribològiques també mostren altres propietats importants, sobretot, elasticitat, resistència, expansió tèrmica i conductivitat tèrmica. Com es descriu a continuació, ceràmiques com el zirconi resistent a la transformació s'han desenvolupat amb microestructures que proporcionen un equilibri entre la resistència i la duresa. Aquests materials, tot i que més febles que els seus homòlegs ceràmics convencionals, poden ser altament resistents al desgast per la seva duresa. La generació de calor durant el desgast pot comportar problemes de xoc tèrmic, tret que la ceràmica emprada tingui coeficients d'expansió tèrmica baixos (per disminuir les tensions tèrmiques) o conductivitats tèrmiques elevades (per allunyar la calor).
Materials
La ceràmica tribològica més utilitzada és l'alúmina de gra gros (òxid d'alumini, Al 2 O 3), que deu la seva popularitat als seus baixos costos de fabricació. L’alumina és susceptible a la retirada de gra; això condueix a una superfície debilitada, que pot erosionar encara més ràpidament. A més, els grans afluixats, amb les vores afilades, es converteixen en partícules abrasives per desgastar a altres llocs. Les superfícies desgastades d'alúmina solen tenir un aspecte mat (rugós).
Els compostos de matriu ceràmica representen una millora respecte l'alúmina en els grans grans primaris (per exemple, el carbur de silici [SiC]), que no es poden afluixar fàcilment, es combinen amb una matriu més compatible (per exemple, sílice [Si], nitrur de silici [Si 3 N 4], o vidre), que resisteix el microcrèdit. La ceràmica endurida amb bigotis, fibres o fases transformadores representa una millora encara més gran. En el zirconi resistent a la transformació (TTZ), per exemple, les tensions superficials trobades durant el desgast indueixen que les partícules endurides es transformin, posant la superfície en compressió. Aquesta transformació no només reforça la superfície, sinó que les partícules que s’extreuen solen estar dins del rang submicrometre. A mides tan reduïdes, es puleixen en lloc de reduir la superfície. Per tant, les superfícies gastades de TTZ tendeixen a ser polides en lloc d'estat. Tot i que els costos d’enginyeria d’aquestes microestructures són molt superiors als de l’alumina convencional, l’avantatge competitiu dels materials es produeix en la seva vida útil molt més gran.
