Wie werden die gleitfähigen technischen Keramikmaterialien veredelt?

Strukturkeramiken werden aufgrund ihrer hohen Härte, Festigkeit, Steifigkeit, geringen Dichte, ausgezeichneten chemischen Stabilität und hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen in vielen Bereichen eingesetzt und haben sich zu einer der besten verschleißfesten Komponenten entwickelt.

Unter der Bedingung trockener Reibung sind der Reibungsfaktor und die Verschleißrate jedoch höher, wenn keramische Werkstoffe mit Keramik oder Metall gepaart werden. Untersuchungen zeigen, dass der Reibungsfaktor in der Regel zwischen 0,7 und 0,9 liegt und es leicht zu einem Ausfall aufgrund von starkem Verschleiß kommt. Daher ist die Realisierung einer effektiven Schmierung oder Selbstschmierung von keramischen Werkstoffen von großer Bedeutung für die Ausweitung ihrer technischen Anwendung.

Traditionelle keramische Schmierungstechnologie und Selbstschmierung

Gegenwärtig werden keramische Werkstoffe, die in der Technik verwendet werden, hauptsächlich durch Flüssigkeiten, Fette und Schmiermittel geschmiert. Diese traditionellen Schmierungsmethoden haben jedoch viele Mängel. Die Additive in den Schmiermitteln interagieren beispielsweise nicht mit der Keramikoberfläche und bilden daher keinen Grenzfilm, der einen vollständigen Kontakt ermöglicht; die Viskosität der vorhandenen Schmiermittel nimmt mit steigender Temperatur exponentiell ab, was zu einem direkten Kontakt mit mikrokonvexen Körpern führt; die Eigenschaften von flüssigen Schmiermitteln lassen bei hohen Temperaturen leicht nach; die Verwendung von Schmiermitteln führt zu einer gewissen Verschmutzung der Umwelt.

Die Erforschung selbstschmierender Keramiken bietet einen wichtigen und wirksamen Weg zur Lösung des Problems des hohen Reibungsfaktors und der Verschleißrate von Keramikmaterialien.

Der Weg zur Realisierung der selbstschmierenden Funktion von keramischen Werkstoffen

Gegenwärtig können selbstschmierende keramische Werkstoffe auf drei Arten hergestellt werden.

1. Die Basis eines einzelnen Materials ist selbstschmierend

Einige keramische Werkstoffe selbst (selbstanpassendes Paar) können unter bestimmten Bedingungen selbstschmierend wirken. Der Grund dafür ist im Allgemeinen, dass die tribologische Reaktion oder die selbstschmierende Leistung unter der unterstützenden Wirkung des externen Schmiermediums erfolgt.

Aluminiumoxidkeramik wird beispielsweise häufig als verschleißfestes Material verwendet, und es wurden zahlreiche Forschungsergebnisse zu ihren tribologischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen veröffentlicht. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass bei 1000 ℃, Aluminiumoxid sank, da die Paarung in den Prozess der Reibung Verschleiß, Reibung tritt auf der Oberfläche des dynamischen Rekristallisation und bildete eine feine Kornstruktur. Darüber hinaus wird festgestellt, dass die Bildung von glasigem Material, feine Kristallstruktur, und glasiges Material reduziert die Rauheit der Reibung Kontaktfläche und verbessert die tribologischen Eigenschaften.

2. Die organische Reaktion erzeugt unter bestimmten Bedingungen schmierende Substanzen

Einige selbstschmierende Materialien nutzen die Zusatzstoffe der Materialien, um unter bestimmten Bedingungen miteinander zu reagieren oder mit Luftsauerstoff zu reagieren, um Substanzen mit Schmierfunktion zu bilden und den Film auf die Reibungsfläche zu ziehen, um den Zweck der Schmierung zu erreichen. Die mit dieser Methode hergestellten Materialien können die nachteiligen Auswirkungen der Zugabe von Festschmierstoffen auf die mechanischen Eigenschaften der Materialien vermeiden. Der Schmierfilm kann nur durch die chemische Reaktion der Reibung unter der hohen Temperatur der Materialoberfläche erzeugt werden, so dass dieses selbstschmierende keramische Material eine gute Selbstschmierfähigkeit unter der Hochtemperaturreibung hat.

3. Der Festschmierstoff wird direkt in die Materialmatrix eingebracht

Gegenwärtig wird die selbstschmierende Funktion der meisten selbstschmierenden Materialien durch die Zugabe einer bestimmten Anzahl von Festschmierstoffen zur Materialmatrix realisiert, was auch der Brennpunkt der aktuellen Forschung ist.

* Übliche Festschmierstoffe

Zu den gängigen Festschmierstoffen gehören Graphit, HBN, Molybdändisulfid (MoS2), Graphitfluorid, Calciumfluorid (CaF2) usw. HBN weist eine bessere Hochtemperaturstabilität und Schmierleistung auf. Obwohl MoS2, Graphit und HBN eine ähnliche Schichtstruktur aufweisen, brechen die Kristalle der beiden erstgenannten bei Reibung leicht auf, und die feinen Kristallpartikel können leicht eine chemische Reaktion mit den umgebenden Gasen eingehen, was zu schlechten Schmiereigenschaften führt. HBN hat eine hohe Härte und wird bei der Reibung nicht so leicht zerbrochen, während weiße HBN-Schmierstoffe keine Verschmutzung wie Graphit verursachen.

* Studie über die Selbstschmiereigenschaften von Siliziumnitridkeramik

Siliziumnitridkeramik hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine ausgezeichnete Selbstschmierfähigkeit, wobei der Reibungskoeffizient zwischen 0,02 und 0,35 liegt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials ist gering und ähnelt dem von Siliziumkarbid (SiC), Zirkonium und Mullit. Siliziumnitridkeramik mit guter Wärmeleitfähigkeit und seismischer Beständigkeit ist eine gute hitzebeständige Keramik.

* Studie über die Selbstschmiereigenschaften von Zirkoniumdioxid-Keramik

Zirkoniumdioxidkeramik hat die beste thermische Stabilität und Wärmedämmung bei hohen Temperaturen und eignet sich für keramische Beschichtungen und verschleißfeste Materialien bei hohen Temperaturen. Der Nachteil ist jedoch, dass der Reibungsfaktor zu hoch ist, was ihre Anwendung einschränkt. Mit der Vertiefung der Forschung über keramische Materialien aus Zirkoniumdioxid ist die tribologische Forschung besonders wichtig. Durch die Erforschung von Zirkoniumdioxid-Keramikwerkstoffen mit Festschmierstoff wird es möglich, sie als Hochtemperatur-Reibwerkstoffe einzusetzen.