トライボロジーセラミックは、耐摩耗性セラミックとも呼ばれ、摩擦や摩耗に強いセラミック材料です。それらは鉱物処理および冶金学を含むさまざまな産業および国内アプリケーションで採用されています。この記事では、主要なトライボロジーセラミック材料とその応用分野について概説します。
耐摩耗性セラミック
必須の特性
トライボロジー摩耗には、インピンジメント摩耗と摩擦摩耗の2つの基本的なメカニズムがあります。インピンジメント摩耗では、粒子が衝突して表面を侵食します。これは、例えば鉱物処理で遭遇する主要な摩耗メカニズムです。一方、摩擦摩耗は、荷重がかかっている2つの材料が互いに滑り合うときに発生します。この摩耗は、回転シャフト、バルブシート、金属の押し出しおよび引き抜きダイなどのデバイスで発生します。セラミックは、これらのメカニズムを保持する強力な化学結合により、非常に硬くて強い傾向があるため、これらのメカニズムに抵抗するのに適しています。これらの特性はトライボロジー用途に不可欠ですが、トライボロジーセラミックは他の重要な特性、特に弾性、靭性、熱膨張、熱伝導率も示します。以下に説明するように、変態強化ジルコニアなどのセラミックは、強度と靭性のトレードオフを提供する微細構造で開発されています。そのような材料は、それらの従来のセラミックの対応物よりも弱いが、それらの強化された靭性のために非常に耐摩耗性であり得る。使用中のセラミックの熱膨張係数が低い（熱応力を減らす）か、熱伝導率が高い（熱を逃がす）場合を除き、摩耗時の発熱は熱衝撃の問題を引き起こす可能性があります。
材料
最も広く使用されているトライボロジーセラミックは、粗粒アルミナ（酸化アルミニウム、Al 2 O 3）です。これは、製造コストが低いために人気があります。ただし、アルミナは穀物の脱落の影響を受けやすい。これにより、表面が弱くなり、さらに速く侵食されます。さらに、緩んだ粒子は鋭いエッジを持ち、他の場所でのインピンジメント摩耗の研磨粒子になります。したがって、アルミナの摩耗した表面は、つや消し（粗く）な外観になる傾向があります。
セラミックマトリックス複合材料は、容易にほぐれにくい大きな一次粒子（たとえば、炭化ケイ素[SiC]）がよりコンプライアントなマトリックス（たとえば、シリカ[Si]、窒化ケイ素[Si 3]と組み合わされている点で、アルミナよりも優れています。N 4]、またはガラス）、マイクロクラックに抵抗します。ウィスカ、繊維、または変態相で強化されたセラミックは、さらに大きな改善を示します。たとえば、変態強化ジルコニア（TTZ）では、摩耗中に発生する表面応力により、強化粒子が変態し、表面が圧縮されます。この変化は表面を強化するだけでなく、引き抜く粒子はサブマイクロメートルの範囲になる傾向があります。このような非常に小さなサイズでは、表面を磨くのではなく研磨します。したがって、磨耗したTTZ表面は、マットではなく研磨される傾向があります。これらの微細構造を設計するコストは、従来のアルミナよりもはるかに高くなりますが、材料の競争力は、耐用年数が大幅に向上することで実現されます。
