耐磨陶瓷材料廣泛應(yīng)用于研磨拋光材料、耐磨涂層、管道或設(shè)備內(nèi)襯、結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域，其耐磨性能直接決定機械設(shè)備和零件的安全使用壽命。 常見的耐磨陶瓷材料有氧化鋯、氧化鋁、立方氮化硼、氮化硅、碳化硼、碳化硅等。

        為了獲得耐磨性能更好的耐磨陶瓷材料，許多學(xué)者對陶瓷材料的磨損機理及影響陶瓷耐磨性能的因素進行了研究。 一般來說，陶瓷的耐磨性受兩個因素影響，一是材料本身的結(jié)構(gòu)，二是載荷、溫度、氣氛等外界因素。
 

        在早期對陶瓷材料耐磨性能的研究中，認為陶瓷材料的硬度與耐磨性能密切相關(guān)。 后來發(fā)現(xiàn)，陶瓷的硬度和磨損之間的關(guān)系并不是那么明顯。 例如，氧化鋁陶瓷的硬度高于TZP氧化鋯陶瓷，但耐磨性不一定高于TZP陶瓷。

        雖然硬度在一定程度上可以反映晶界的結(jié)合強度，但磨損最終是由于材料脫離磨損面而形成的，因此陶瓷材料的硬度不再作為衡量磨損的預(yù)測指標。 有研究表明，隨著材料斷裂韌性和硬度的提高，陶瓷的磨損率逐漸降低，耐磨性更好。

 

        一般來說，材料的微觀結(jié)構(gòu)往往對材料的宏觀性能有很大的影響。 陶瓷材料是由晶粒和晶間組成的燒結(jié)體，其微觀結(jié)構(gòu)往往決定其宏觀性能。 許多研究表明，陶瓷材料的耐磨性與晶粒尺寸、晶界相組成、晶界應(yīng)力分布、氣孔等微觀結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。
 

 

        在工業(yè)上，金屬材料可以通過細化晶粒來提高其力學(xué)性能，稱為細晶強化。 主要原理是晶粒尺寸越小，晶界面積越大，晶界分布越呈鋸齒狀，可有效增加裂紋擴展路徑，有利于分散材料中的應(yīng)力集中。 發(fā)現(xiàn)晶粒細化對陶瓷材料的耐磨性有一定的影響。

 

        氣孔率對陶瓷的性能有非常重要的影響。 氣孔相當(dāng)于缺陷的存在，會引起應(yīng)力集中，加速裂紋擴展，降低晶粒間的結(jié)合強度，從而嚴重影響陶瓷的力學(xué)性能。 在摩擦作用下，孔隙可能相互連接形成裂紋源，加速材料磨損。
 

 

        陶瓷由晶粒、晶界相和氣孔組成。 在燒結(jié)過程中，一些添加到陶瓷中的添加劑和雜質(zhì)主要以“第二相”或“玻璃相”的形式存在于晶界，它們的存在會影響晶粒間的結(jié)合強度。 在陶瓷摩擦磨損過程中，晶界處極易產(chǎn)生裂紋。 晶界結(jié)合強度低，在磨損過程中會造成沿晶粒的斷裂，導(dǎo)致整個晶粒被拉出，造成嚴重的磨損。

        多晶陶瓷的添加劑通常以玻璃相的形式存在于晶界上。 在摩擦過程中，產(chǎn)生的高溫降低了玻璃的粘度，導(dǎo)致塑性變形。 如果相鄰晶界的應(yīng)力不合適，就會在晶界處產(chǎn)生裂紋，造成嚴重的磨損。

        如果適量的添加劑能在晶界形成第二相，通常有利于材料的耐磨性。 例如，在氧化鋁中加入氧化鋯制成氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷，又稱ZTA陶瓷。 由于T-ZrO2應(yīng)力誘發(fā)臨界應(yīng)力的增加有利于陶瓷材料斷裂韌性和強度的提高，氧化鋯和氧化鋁可以抑制晶粒長大，在微觀結(jié)構(gòu)上達到微晶化的效果，從而進一步 提高耐磨性。