陶瓷材料的摩擦磨損特性（上）

• 陶瓷磨損機(jī)理概述

陶瓷屬脆性材料范疇，在接觸條件下，承受較低載荷便可能產(chǎn)生微裂紋。在滑動(dòng)接觸時(shí)，陶瓷表面斷裂的臨界載荷比靜態(tài)下低得多。隨著摩擦的反腐進(jìn)行，在摩擦面上產(chǎn)生連續(xù)變遷的高的局部應(yīng)力，應(yīng)力在晶界上積累，直至超過固體強(qiáng)度而發(fā)生斷裂。高的局部應(yīng)力不僅取決于摩擦過程中對(duì)表面產(chǎn)生的法向力及摩擦力，還取決于由于晶體的彈性和熱性的各向異性以及陶瓷中多相組織所造成的內(nèi)應(yīng)力。

應(yīng)力集中產(chǎn)生微裂紋，由于多晶陶瓷中晶界的阻擋作用，迫使裂紋無法進(jìn)一步發(fā)展，只能聚集成核而導(dǎo)致微區(qū)脆性斷裂。裂紋總是從高局部應(yīng)力的摩擦面向一定深度萌生擴(kuò)展，陶瓷材料的磨損機(jī)制是裂紋聚集成核、擴(kuò)展并斷裂成磨屑的過程的過程。

陶瓷磨損機(jī)制主要是斷裂機(jī)制，斷裂機(jī)制進(jìn)一步分為特殊材料和特殊情形。。在硬質(zhì)顆?；虼植诒砻娼佑|時(shí)，磨損是徑向裂紋和橫向裂紋支配磨損機(jī)制，對(duì)于多晶體，晶界裂紋造成晶粒斷裂。盡管陶瓷材料被認(rèn)為是脆性材料，但是在高溫條件下，它的磨損機(jī)制是塑性變形。其它磨損機(jī)制是疲勞產(chǎn)生磨損、化學(xué)反應(yīng)誘發(fā)磨損和粘著磨損。

以上磨損機(jī)制均是在單一條件下的描述。如磨損是在固定載荷、固定速度俠女時(shí)間的函數(shù)。因?yàn)槎赃@些有限數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)解釋磨損機(jī)制是有局限性的。在一種條件下的磨損機(jī)制并不是另一條件下的磨損機(jī)制。磨損過程是動(dòng)力學(xué)過程，事實(shí)上陶瓷材料去除的過程依賴于一些試驗(yàn)參數(shù)如載荷、硬度。彈性模量、熱膨脹系數(shù)等，另外微觀組織或缺陷如晶粒尺寸、氣孔、徑向裂紋和微觀裂紋等。磨損機(jī)制隨著這些參數(shù)的改變而改變。

• 影響陶瓷材料的摩擦磨損的因素

影響陶瓷摩擦磨損的因素有許多，籠統(tǒng)分有內(nèi)因與外因兩大類，內(nèi)因有材料本身的特性如韌性、硬度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)等和微觀組織或缺陷如晶粒尺寸、氣孔、徑向裂紋和微觀裂紋等；外因有試驗(yàn)參數(shù)如表面加工狀況、載荷、速度、時(shí)間溫度、潤(rùn)滑、接觸方式等。下面將一些主要影響簡(jiǎn)述如下：                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

1. 陶瓷材料的表面特性

陶瓷表面的吸附膜影響她們的摩擦行為

1. 陶瓷表面被一層薄膜所覆蓋，即有一層吸附，吸附層性質(zhì)取決于陶瓷材料的類型。對(duì)于非氧化物陶瓷，其吸附層為氧化層；對(duì)于氧化物陶瓷，由于其本身就是氧化物結(jié)構(gòu)，故其表面的吸附層大多是由大氣中凝聚的水蒸氣或碳?xì)浠衔镄纬傻谋砻嫖锢砦侥に鶚?gòu)成的。

（2）在吸附層下還有一個(gè)變形層，這種變形層表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是陶瓷材料本身在成形過程中，因變形能量及變形大小不均而反映在這個(gè)表層上；二是陶瓷材料在研磨加工和拋光時(shí)，zui外層產(chǎn)生的應(yīng)變較大，內(nèi)層的應(yīng)變較小，因而存在殘余應(yīng)力，產(chǎn)生變形層，變形層的大小取決于殘余應(yīng)力的大小。當(dāng)陶瓷摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即兩陶瓷表面相互接觸時(shí)，實(shí)際接觸面只在微凸體頂部很小的區(qū)域上，起初這些小區(qū)域發(fā)生彈性變形；如果載荷足夠大，就會(huì)進(jìn)一步發(fā)生塑性變形。表面層的塑性變形除去引起硬度及內(nèi)應(yīng)力的變化之外，還會(huì)造成各種各樣的微觀缺陷，如空穴、間隙原子、位錯(cuò)、微裂紋等等。它們都會(huì)削弱材料的強(qiáng)度并在以后的磨損過程中成為表面損傷的根源。

表面處于*清潔狀態(tài)的兩陶瓷面接觸時(shí)，將會(huì)發(fā)生很強(qiáng)的粘著鍵和，粘著力大于陶瓷材料的結(jié)合力，這時(shí)就會(huì)發(fā)生粘著磨損，這種情況也可以在陶瓷與其它材料接觸時(shí)發(fā)生。黏著力的大小受到陶瓷材料基體性能即表面性能的影響。同時(shí)，許多陶瓷又是由晶粒和空隙組成的，其凸起的晶粒先遭到磨損，磨去突起的晶粒后，又有新的晶粒凸起，如此反復(fù)循環(huán)，即為磨粒磨損。