¿Cómo se refinan los resbaladizos materiales cerámicos de ingeniería?
La cerámica estructural se utiliza ampliamente en diversas condiciones debido a su alta dureza, resistencia, rigidez, baja densidad, excelente estabilidad química y excelentes propiedades mecánicas a alta temperatura, y se ha convertido en uno de los mejores componentes resistentes al desgaste.
Sin embargo, en condiciones de fricción en seco, el factor de fricción y la tasa de desgaste son mayores cuando los materiales cerámicos se combinan con cerámica o metal. Las investigaciones muestran que el factor de fricción se sitúa generalmente entre 0,7 y 0,9, y es fácil que falle debido al desgaste severo. Por lo tanto, la realización de una lubricación eficaz o autolubricación de los materiales cerámicos es de gran importancia para ampliar su aplicación en ingeniería.
Tecnología tradicional de lubricación cerámica y autolubricación
En la actualidad, las cerámicas de estructura común utilizadas en ingeniería se lubrican principalmente con líquido, grasa y lubricante. Sin embargo, estos métodos tradicionales de lubricación tienen muchas deficiencias. Por ejemplo, los aditivos de los lubricantes no interactúan con la superficie cerámica y, por lo tanto, no forman una película límite que pueda contactar totalmente; la viscosidad de los lubricantes existentes disminuye exponencialmente con el aumento de la temperatura, lo que provoca un contacto directo con los cuerpos microconvexos; la atenuación de las propiedades del lubricante líquido se produce fácilmente a alta temperatura; el uso de lubricante provocará cierta contaminación en el medio ambiente.
El estudio de la cerámica autolubricante proporciona una forma importante y eficaz de resolver el problema del alto factor de fricción y la tasa de desgaste de los materiales cerámicos.
La forma de realizar la función autolubricante de los materiales cerámicos
En la actualidad, los materiales cerámicos autolubricantes pueden realizarse de tres maneras.
1. La base de un solo material es autolubricante
Algunos materiales cerámicos por sí mismos (par auto-lubricante) pueden producir el fenómeno de auto-lubricación bajo ciertas condiciones. Generalmente, la razón es que se produce la reacción tribológica o el rendimiento autolubricante se realiza bajo la acción auxiliar del medio lubricante externo.
Por ejemplo, las cerámicas de alúmina se utilizan ampliamente como materiales resistentes al desgaste y se han publicado muchos resultados de investigaciones sobre sus propiedades tribológicas a altas temperaturas. Los resultados de la investigación muestran que a 1000 ℃, alúmina disminuyó desde el emparejamiento en el proceso de desgaste por fricción, la fricción se produce en la superficie de la recristalización dinámica y formó una estructura de grano fino. Además, se encuentra que la formación de material vítreo, estructura de cristal fino, y material vítreo reduce la rugosidad de la interfaz de contacto de fricción y mejora las propiedades tribológicas.
2. La reacción orgánica genera sustancias lubricantes en determinadas condiciones
Algunos materiales autolubricantes hacen uso de los aditivos de los materiales para reaccionar entre sí bajo ciertas condiciones o reaccionar con el oxígeno del aire para formar sustancias con función lubricante, y arrastrar la película sobre la superficie de fricción para lograr el propósito de la lubricación. Los materiales obtenidos por este método pueden evitar el efecto adverso de la adición de lubricante sólido sobre las propiedades mecánicas de los materiales. La película lubricante sólo puede producirse a través de la reacción química de fricción bajo la alta temperatura de la superficie del material, por lo que este material cerámico autolubricante tiene una buena capacidad autolubricante bajo la fricción a alta temperatura.
3. El lubricante sólido se añade directamente a la matriz del material.
Actualmente, la función autolubricante de la mayoría de los materiales autolubricantes se realiza añadiendo un cierto número de lubricantes sólidos a la matriz del material, que es también el punto caliente de las investigaciones actuales.
* Lubricantes sólidos comunes
Entre los lubricantes sólidos comunes se encuentran el grafito, el HBN, el disulfuro de molibdeno (MoS2), el fluoruro de grafito, el fluoruro de calcio (CaF2), etc. Entre ellos, el HBN presenta una mayor estabilidad a altas temperaturas y un mejor rendimiento de lubricación. Aunque el MoS2, el grafito y el HBN tienen estructuras en capas similares, bajo la acción de la fricción, los cristales de los dos primeros son fáciles de romper, y las finas partículas de cristal son fáciles de sufrir la reacción química con los gases circundantes y, por tanto, deteriorarse, lo que resulta en un rendimiento de lubricación deficiente. El HBN tiene una gran dureza y no se rompe fácilmente en el proceso de fricción, mientras que los materiales de lubricación de HBN blanco no causan una contaminación similar a la del grafito.
* Estudio sobre las características de autolubricación de las cerámicas de nitruro de silicio
Las cerámicas de nitrurode silicio tienen un bajo factor de fricción y una excelente capacidad de autolubricación, y el factor de fricción se sitúa entre 0,02 y 0,35. El coeficiente de expansión térmica del material es pequeño, similar al del carburo de silicio (SiC), el circonio y la mullita. La cerámica de nitruro de silicio presenta una buena conductividad térmica y resistencia sísmica.
* Estudio sobre las características de autolubricación de las cerámicas de circonio
Las cerámicas decirconio tienen la mejor estabilidad térmica y rendimiento de aislamiento térmico a alta temperatura, y son adecuadas para revestimientos cerámicos y materiales resistentes al desgaste a alta temperatura. Pero el inconveniente es que el factor de fricción es demasiado alto, lo que limita su aplicación. Con la profundización de la investigación sobre los materiales cerámicos de circonio, la investigación tribológica es particularmente necesaria. Mediante la investigación de materiales cerámicos de circonio con el lubricante sólido, se hace posible su aplicación como materiales de fricción de alta temperatura.
