陶瓷(ci)由于自(zi)身具備(bei)耐高溫、耐腐蝕、耐磨(mo)損、高(gao)硬度等一系列優點而備受關注, 并被作為最(zui)重要(yao)的高溫耐磨抗(kang)氧化材料。目前(qian)磨損(sun)和(he)氧化(hua)是仍不可(ke)忽視的問題。
一：磨損機理
力(li)學性能對(dui)陶瓷(ci)材料的(de)磨損影(ying)響很大。對(dui)于(yu)低韌性陶瓷(ci)材料, 其磨(mo)損機理主要是微犁耕、輕微刮擦；高韌性(xing)陶瓷材料的(de)主要磨損(sun)機理是裂紋擴展和剝落。韌性(xing)對(dui)制品的(de)磨損(sun)影響并(bing)不顯 著(zhu)，韌性(xing)的提高并不能提高制品的耐(nai)磨性,反(fan)而會降低制(zhi)品(pin)的(de)耐磨性。大多數情(qing)況下, 材料(liao)的硬度(du)越高,耐磨性就越好(hao), 但耐磨性不能僅以硬度(du)、抗彎強度或斷裂(lie)韌性等(deng)來表征。
至今研究表明(ming),陶瓷材料的力學(xue)性能和耐(nai)磨性之間尚未(wei)找(zhao)出完全(quan)對應(ying)的關系(xi), 力學性(xing)(xing)能(neng)對(dui)陶(tao)瓷(ci)材料耐磨(mo)性(xing)(xing)的影(ying)響(xiang)有待于進一步研究(jiu)。另外(wai),陶(tao)瓷(ci)耐(nai)磨性更主要(yao)是取決于它(ta)的(de)顯(xian)微組織與(yu)相組成(cheng)。通過對四(si)方氧化鋯多晶(jing)體中晶(jing)粒尺(chi)寸(cun)對滑動(dong)摩擦磨(mo)損的研(yan)究發現在與普通(tong)鋼對磨條(tiao)件下, 晶粒尺寸由1.5m減小到(dao)0.18m，其耐(nai)磨性增加8倍。當晶(jing)粒尺寸小于0.7m時，耐磨性(xing)和晶(jing)粒尺寸符合(he)這時主要(yao)的磨損(sun)機理是塑性(xing)變形和微裂(lie)紋擴(kuo)展。
觀察干摩擦和水潤滑條件下的(de)磨損情況,發現在亞表(biao)面(mian)層處(chu)有四方相(xiang)一單斜(xie)相(xiang)一相(xiang)變發生(sheng)， 但是相(xiang)變對材(cai)料耐磨性的(de)影響(xiang)仍(reng)不十(shi)分清(qing)楚, 其磨(mo)損(sun)機(ji)理還有待于深人(ren)研究。
二：高溫氧化(hua)機(ji)理
陶瓷材(cai)料在(zai)高(gao)溫(wen)下氧化存在(zai)2種(zhong)形(xing)式鈍性(xing)氧(yang)化(hua)與活性(xing)氧(yang)化(hua)。前(qian)者形(xing)成(cheng)致(zhi)密氧(yang)化(hua)層,后者引起材料(liao)的(de)損(sun)失。系統研(yan)究(jiu)了(le)鈍性氧化和活性氧化過程中(zhong)的(de)反應熱力學、擴(kuo)散機制(zhi)以及(ji)兩者的轉變區域(yu), 發現兩者(zhe)之間的轉(zhuan)變主要(yao)受氧分壓和溫度的影(ying)響，而鈍(dun)性(xing)氧(yang)化有助于提高(gao)材料的高(gao)溫(wen)抗氧(yang)化性(xing)和耐磨性(xing)。不論哪種氧(yang)化形(xing)式,材料氧化過程具體可分(fen)為3個階(jie)段，第(di)1階段(duan)是(shi)氧與材(cai)料表面活性粒子之間的化(hua)學反應。從(cong)晶體學角(jiao)度來說，材(cai)料表(biao)面本(ben)身就是一個缺陷，表面分子活度大在(zai)高溫下(xia)易于(yu)發生化(hua)學反應(ying),主要由氧分壓及材料表面(mian)分子活度(du)控制(zhi)，這一階段的氧化腐蝕最嚴重。第(di)2階段是由化學反應向擴散控制轉變，轉變(bian)溫度因材(cai)料不同有較大變(bian)化，這(zhe)一過程由氧擴散速率控(kong)制(zhi)，通過第一(yi)階段(duan)生成氧(yang)化膜可以阻礙氧(yang)的(de)擴散。第(di)3階段則是在高于(yu)轉(zhuan)變(bian)溫度(du)下氧(yang)(yang)通(tong)過(guo)邊界氣體(ti)(ti)層向材料基體(ti)(ti)內(nei)部滲(shen)透氧(yang)(yang)化, 這一過程主要由基(ji)體(ti)與氧化層之間的擴(kuo)(kuo)散(san)(san)速(su)率以及擴(kuo)(kuo)散(san)(san)通道控制。如(ru)何改變氣(qi)相擴(kuo)(kuo)散(san)(san)通道, 降低氧(yang)化速率，還有(you)待于進一步研究和完(wan)善。