Cerâmica tribológica, também chamada de cerâmica resistente ao desgaste, materiais cerâmicos resistentes ao atrito e ao desgaste. Eles são empregados em uma variedade de aplicações industriais e domésticas, incluindo processamento mineral e metalurgia. Este artigo examina os principais materiais cerâmicos tribológicos e suas áreas de aplicação.
Cerâmica resistente ao desgaste
Propriedades essenciais
Existem dois mecanismos básicos de desgaste tribológico - desgaste por atrito e desgaste por atrito. No desgaste por impacto, as partículas impactam e corroem a superfície. Este é o principal mecanismo de desgaste encontrado no manuseio de minerais, por exemplo. O desgaste por fricção, por outro lado, ocorre quando dois materiais sob carga deslizam um contra o outro. Esse desgaste ocorre em dispositivos como eixos rotativos, sedes de válvulas e matrizes de extrusão e trefilação de metal. A cerâmica é adequada para resistir a esses mecanismos porque, devido às fortes ligações químicas que os mantêm unidos, eles tendem a ser extremamente duros e fortes. Essas propriedades são essenciais para aplicações tribológicas, mas a cerâmica tribológica também exibe outras propriedades importantes - principalmente elasticidade, resistência, expansão térmica e condutividade térmica. Conforme descrito abaixo, cerâmicas como a zircônia endurecida por transformação foram desenvolvidas com microestruturas que fornecem uma troca entre resistência e resistência. Tais materiais, embora mais fracos que os de cerâmica convencional, podem ser altamente resistentes ao desgaste devido à sua tenacidade aprimorada. A geração de calor durante o desgaste pode levar a problemas de choque térmico, a menos que a cerâmica empregada tenha baixos coeficientes de expansão térmica (para diminuir as tensões térmicas) ou altas condutividades térmicas (para afastar o calor).
Materiais
A cerâmica tribológica mais usada é a alumina de grão grosso (óxido de alumínio, Al 2 O 3), que deve sua popularidade aos baixos custos de fabricação. A alumina é suscetível à retirada de grãos; isso leva a uma superfície enfraquecida, que pode corroer ainda mais rapidamente. Além disso, grãos desapertados, com bordas afiadas, tornam-se partículas abrasivas por desgaste em outros locais. As superfícies desgastadas da alumina tendem, portanto, a ter uma aparência fosca (rugosa).
Os compósitos de matriz cerâmica representam uma melhoria em relação à alumina, pois os grãos primários grandes (por exemplo, carboneto de silício [SiC]), que não são facilmente soltos, são combinados com uma matriz mais compatível (por exemplo, sílica [Si], nitreto de silício [Si 3 N 4] ou vidro), que resiste ao microfissuramento. A cerâmica temperada com bigodes, fibras ou fases de transformação representa uma melhoria ainda maior. Na zircônia endurecida por transformação (TTZ), por exemplo, as tensões superficiais encontradas durante o desgaste induzem a transformação das partículas endurecedoras, colocando a superfície em compressão. Essa transformação não apenas fortalece a superfície, mas as partículas que se destacam tendem a estar na faixa dos submicrometros. Em tamanhos extremamente pequenos, eles polem, em vez de desgastam a superfície. Superfícies TTZ desgastadas, portanto, tendem a ser polidas em vez de emaranhadas. Embora os custos de engenharia dessas microestruturas sejam muito mais altos que os da alumina convencional, a vantagem competitiva dos materiais é alcançada em sua vida útil altamente aprimorada.
