Como são refinados os materiais cerâmicos de engenharia escorregadios?

As cerâmicas estruturais são amplamente utilizadas em várias condições devido à sua alta dureza, resistência, rigidez, baixa densidade, excelente estabilidade química e excelentes propriedades mecânicas em alta temperatura, e se tornaram um dos melhores componentes resistentes ao desgaste.

Entretanto, sob a condição de atrito seco, o fator de atrito e a taxa de desgaste são maiores quando os materiais cerâmicos são combinados com cerâmica ou metal. Pesquisas mostram que o fator de atrito geralmente fica entre 0,7 e 0,9, e é fácil falhar devido ao desgaste severo. Portanto, a realização de lubrificação eficaz ou autolubrificação de materiais cerâmicos é de grande importância para ampliar sua aplicação na engenharia.

Tecnologia tradicional de lubrificação de cerâmica e autolubrificação

Atualmente, a cerâmica de estrutura comum usada na engenharia é lubrificada principalmente por líquido, graxa e lubrificante. No entanto, esses métodos tradicionais de lubrificação têm muitas deficiências. Por exemplo, os aditivos nos lubrificantes não interagem com a superfície da cerâmica e, portanto, não formam uma película de contorno que possa entrar em contato totalmente; a viscosidade dos lubrificantes existentes diminui exponencialmente com o aumento da temperatura, resultando em contato direto com corpos microconvexos; a atenuação da propriedade do lubrificante líquido ocorre facilmente em alta temperatura; o uso de lubrificante causará certa poluição ao meio ambiente.

O estudo da cerâmica autolubrificante oferece uma maneira importante e eficaz de resolver o problema do alto fator de atrito e da taxa de desgaste dos materiais cerâmicos.

A maneira de realizar a função autolubrificante dos materiais cerâmicos

Atualmente, os materiais autolubrificantes de cerâmica podem ser realizados de três maneiras.

1. A base de um único material é autolubrificante

Alguns materiais cerâmicos em si (par autocompatível) podem produzir o fenômeno de autolubrificação sob determinadas condições. Em geral, o motivo é que a reação tribológica ocorre ou o desempenho autolubrificante é realizado sob a ação auxiliar do meio lubrificante externo.

Por exemplo, as cerâmicas de alumina são amplamente usadas como materiais resistentes ao desgaste e muitos resultados de pesquisa sobre suas propriedades tribológicas em alta temperatura foram publicados. Os resultados da pesquisa mostram que a 1000 ℃, a alumina diminuiu desde o emparelhamento no processo de desgaste por atrito, o atrito ocorre na superfície da recristalização dinâmica e formou uma estrutura de grão fino. Além disso, verificou-se que a formação de material vítreo, a estrutura de cristal fino e o material vítreo reduzem a rugosidade da interface de contato de atrito e melhoram as propriedades tribológicas.

2. A reação orgânica gera substâncias lubrificantes sob certas condições

Alguns materiais autolubrificantes utilizam os aditivos dos materiais para reagir entre si sob determinadas condições ou reagir com o oxigênio do ar para formar substâncias com função lubrificante e arrastar o filme na superfície de atrito para atingir o objetivo de lubrificação. Os materiais obtidos por esse método podem evitar o efeito adverso da adição de lubrificante sólido nas propriedades mecânicas dos materiais. O filme de lubrificação só pode ser produzido por meio da reação química de atrito sob a alta temperatura da superfície do material, de modo que esse material cerâmico autolubrificante tem boa capacidade de autolubrificação sob o atrito de alta temperatura.

3. O lubrificante sólido é adicionado diretamente à matriz do material

Atualmente, a função de autolubrificação da maioria dos materiais autolubrificantes é realizada com a adição de um certo número de lubrificantes sólidos à matriz do material, o que também é o ponto central das pesquisas atuais.

* Lubrificantes sólidos comuns

Os lubrificantes sólidos comuns incluem grafite, HBN, dissulfeto de molibdênio (MoS2), fluoreto de grafite, fluoreto de cálcio (CaF2) etc. Entre eles, o HBN tem melhor estabilidade em alta temperatura e desempenho de lubrificação. Embora o MoS2, o grafite e o HBN tenham estruturas em camadas semelhantes, sob a ação do atrito, os cristais dos dois primeiros são fáceis de quebrar, e as partículas finas de cristal são fáceis de sofrer a reação química com os gases circundantes e, portanto, se deterioram, resultando em um desempenho de lubrificação ruim. O HBN tem alta dureza e não se quebra facilmente no processo de atrito, e os materiais de lubrificação de HBN branco não causam poluição semelhante à do grafite.

* Estudo das características de autolubrificação da cerâmica de nitreto de silício

As cerâmicasde nitreto de silício têm baixo fator de atrito e excelente capacidade de autolubrificação, e o fator de atrito está entre 0,02 e 0,35. O coeficiente de expansão térmica do material é pequeno, semelhante ao do carbeto de silício (SiC), do zircônio e da mulita. A cerâmica de nitreto de silício com boa condutividade térmica e resistência sísmica é uma boa cerâmica resistente ao calor.

* Estudo das características de autolubrificação da cerâmica de zircônia

As cerâmicasde zircônia têm a melhor estabilidade térmica e o melhor desempenho de isolamento térmico em alta temperatura, e são adequadas para revestimento cerâmico e materiais resistentes ao desgaste em alta temperatura. Mas a desvantagem é que o fator de atrito é muito alto, o que limita sua aplicação. Com o aprofundamento da pesquisa sobre materiais cerâmicos de zircônia, a pesquisa tribológica é particularmente necessária. Por meio da pesquisa de materiais cerâmicos de zircônia com o lubrificante sólido, é possível aplicá-los como materiais de atrito de alta temperatura.