Cerámica tribológica, también llamada cerámica resistente al desgaste, materiales cerámicos resistentes a la fricción y al desgaste. Se emplean en una variedad de aplicaciones industriales y domésticas, incluido el procesamiento de minerales y la metalurgia. Este artículo examina los principales materiales cerámicos tribológicos y sus áreas de aplicación.
Cerámica resistente al desgaste.
Propiedades esenciales
Hay dos mecanismos básicos de desgaste tribológico: desgaste por impacto y desgaste por fricción. En el desgaste por impacto, las partículas impactan y erosionan la superficie. Este es el principal mecanismo de desgaste encontrado en el manejo de minerales, por ejemplo. El desgaste por fricción, por otro lado, ocurre cuando dos materiales bajo carga se deslizan uno contra el otro. Este desgaste ocurre en dispositivos tales como ejes rotativos, asientos de válvulas y troqueles de extrusión y estiramiento de metal. La cerámica es muy adecuada para resistir estos mecanismos porque, debido a los fuertes enlaces químicos que los mantienen unidos, tienden a ser extremadamente duros y fuertes. Estas propiedades son esenciales para las aplicaciones tribológicas, pero las cerámicas tribológicas también muestran otras propiedades importantes, especialmente la elasticidad, tenacidad, expansión térmica y conductividad térmica. Como se describe a continuación, las cerámicas como la zirconia endurecida por transformación se han desarrollado con microestructuras que proporcionan una compensación entre resistencia y tenacidad. Tales materiales, aunque más débiles que sus contrapartes cerámicas convencionales, pueden ser altamente resistentes al desgaste debido a su mayor tenacidad. La generación de calor durante el desgaste puede provocar problemas de choque térmico, a menos que las cerámicas empleadas tengan bajos coeficientes de expansión térmica (para disminuir las tensiones térmicas) o altas conductividades térmicas (para alejar el calor).
Materiales
La cerámica tribológica más utilizada es la alúmina de grano grueso (óxido de aluminio, Al 2 O 3), que debe su popularidad a sus bajos costos de fabricación. Sin embargo, la alúmina es susceptible a la extracción de granos; Esto conduce a una superficie debilitada, que puede erosionarse aún más rápidamente. Además, los granos sueltos, que tienen bordes afilados, se convierten en partículas abrasivas para el desgaste por impacto en otros lugares. Por lo tanto, las superficies gastadas de alúmina tienden a tener una apariencia mate (rugosa).
Los compuestos de matriz cerámica representan una mejora sobre la alúmina en que los granos primarios grandes (por ejemplo, carburo de silicio [SiC]), que no se sueltan fácilmente, se combinan con una matriz más compatible (por ejemplo, sílice [Si], nitruro de silicio [Si 3 N 4], o vidrio), que resiste el microcraqueo. Las cerámicas endurecidas con bigotes, fibras o fases transformadoras representan una mejora aún mayor. En la zirconia endurecida por transformación (TTZ), por ejemplo, las tensiones superficiales encontradas durante el desgaste inducen a las partículas de endurecimiento a transformarse, lo que hace que la superficie se comprima. Esta transformación no solo fortalece la superficie, sino que las partículas que se extraen tienden a estar en el rango submicrométrico. En tamaños extremadamente pequeños, pulen en lugar de desgastar la superficie. Por lo tanto, las superficies desgastadas de TTZ tienden a pulirse en lugar de enredarse. Aunque los costos de la ingeniería de estas microestructuras son mucho más altos que para la alúmina convencional, la ventaja competitiva de los materiales se materializa en su vida útil mejorada.
