세라믹의 내마모성에 영향을 미치는 요인은 무엇인가요?

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내마모성 세라믹 재료는 연삭 및 연마 재료, 내마모 코팅, 파이프 또는 장비의 내부 라이닝, 구조 부품 등의 분야에서 널리 사용되며 내마모 특성이 기계 장비 및 부품의 안전한 서비스 수명을 직접 결정합니다. 일반적인 내마모성 세라믹 재료에는 지르코니아, 알루미나, 입방정 질화 붕소, 질화 규소, 탄화 붕소, 탄화 규소 등이 있습니다.

더 나은 내마모성을 가진 내마모성 세라믹 소재를 얻기 위해 많은 학자들이 세라믹 소재의 마모 메커니즘과 세라믹의 내마모성에 영향을 미치는 요인을 연구해 왔습니다. 일반적으로 세라믹의 내마모성은 두 가지 요인의 영향을 받는데, 하나는 재료 자체의 구조이고 다른 하나는 하중, 온도 및 대기와 같은 외부 요인입니다.

Ceramics

세라믹의 내마모성에 대한 기계적 특성의 영향

세라믹 재료의 내마모성에 대한 초기 연구에서 세라믹 재료의 경도는 마모 특성과 밀접한 관련이 있다고 믿어졌습니다. 나중에 세라믹의 경도와 마모 사이의 관계가 그렇게 분명하지 않다는 것이 밝혀졌습니다. 예를 들어, 알루미나 세라믹의 경도는 TZP 지르코니아 세라믹보다 높지만 내마모성이 반드시 TZP 세라믹보다 높을 필요는 없습니다.

경도는 입자 경계의 결합 강도를 어느 정도 반영할 수 있지만, 결국 마모 표면에서 재료가 떨어져 나가기 때문에 마모가 형성되므로 세라믹 재료의 경도는 더 이상 마모를 측정하는 예측 지표로 사용되지 않습니다. 일부 연구에 따르면 재료의 파단 인성과 경도가 향상됨에 따라 세라믹의 마모 속도가 점차 감소하고 내마모성이 더 좋아집니다.

세라믹의 내마모성에 대한 미세 구조의 영향

일반적으로 재료의 미세 구조는 종종 재료의 거시적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 세라믹 재료는 입자와 결정 간으로 구성된 소결체이며 미세 구조가 종종 거시적 특성을 결정합니다. 많은 연구에 따르면 세라믹 재료의 내마모성은 입자의 크기, 입자 경계상의 구성, 입자 경계의 응력 분포, 기공 및 기타 미세 구조와 큰 관련이 있는 것으로 나타났습니다.

microstructure of ceramics

입자 크기

산업에서 금속 재료는 입자를 정제하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있는데, 이를 미세 입자 강화라고 합니다. 주요 원리는 입자 크기가 작을수록 입자 경계의 면적이 커지고 입자 경계 분포가 지그재그로되어 균열 성장 경로를 효과적으로 증가시키고 분산 된 재료의 응력 집중에 도움이된다는 것입니다. 입자 정제는 세라믹 재료의 내마모성에 일정한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다.

다공성

다공성은 세라믹의 특성에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 기공은 결함의 존재와 동일하며 응력 집중을 유발하고 균열 팽창을 가속화하며 입자 간의 결합 강도를 감소시켜 세라믹의 기계적 특성에 심각한 영향을 미칩니다. 마찰의 작용으로 기공이 서로 연결되어 균열원을 형성하여 재료 마모를 가속화할 수 있습니다.

Porosity

결정립 경계상 및 결정간 불순물

세라믹은 입자, 입자 경계상, 기공으로 구성됩니다. 소결 과정에서 세라믹에 첨가되는 일부 첨가제와 불순물은 주로 입자 경계에 "2 상" 또는 "유리 상"의 형태로 존재하며, 그 존재는 입자 간의 결합 강도에 영향을 미칩니다. 세라믹 마찰과 마모 과정에서 입자 경계에 균열이 쉽게 발생할 수 있습니다. 입자 경계의 낮은 결합 강도는 마모 과정에서 입자를 따라 균열을 일으켜 전체 입자가 당겨지고 심각한 마모를 유발합니다.

다결정 세라믹의 첨가제는 일반적으로 유리상 형태로 입자 경계에 존재합니다. 마찰 과정에서 고온이 발생하면 유리의 점도가 낮아져 소성 변형이 발생합니다. 인접한 입자 경계의 응력이 적합하지 않으면 입자 경계에 균열이 발생하여 심각한 마모를 유발합니다.

적절한 양의 첨가제가 입자 경계에서 두 번째 상을 형성할 수 있다면 일반적으로 재료의 내마모성에 도움이 됩니다. 예를 들어, 알루미나에 지르코니아를 첨가하여 지르코니아 강화 알루미나 세라믹(ZTA 세라믹이라고도 함)을 만들 수 있습니다. T-ZrO2 응력 유도 임계 응력의 증가는 세라믹 재료의 파괴 인성 및 강도 향상에 도움이되므로 지르코니아 및 알루미나는 입자 성장을 억제하고 미세 구조 측면에서 미세 결정화 효과를 달성하여 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

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저자 소개

Chin Trento

Chin Trento는 일리노이 대학교에서 응용 화학 학사 학위를 받았습니다. 그의 교육적 배경은 다양한 주제에 접근할 수 있는 폭넓은 기반을 제공합니다. 그는 Stanford Advanced Materials(SAM)에서 4년 넘게 첨단 소재 관련 글을 쓰고 있습니다. 이 글을 쓰는 주된 목적은 독자들에게 무료이면서도 양질의 자료를 제공하는 것입니다. 그는 독자들이 발견하는 오타, 오류 또는 의견 차이에 대한 피드백을 환영합니다.

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