“只要功夫深，鐵杵磨成針”是一句耳熟能詳?shù)闹V語，比喻只要有毅力，肯下功夫，多么難的事也能做成功。這從側(cè)面也說明在人們認知中“鐵”是一種堅硬耐磨的材質(zhì)。今天我們來了解一種比鐵更耐磨的材料——耐磨陶瓷。

傳統(tǒng)耐磨材料的弊端

事實上，一直以來“鐵”質(zhì)材料是一種常見的耐磨材料，尤其像錳鋼、白口鑄鐵、合金鋼等是幾種廣泛應(yīng)用的耐磨材料。但這些材料存在一定的弊端，例如奧氏體錳鋼具有良好的韌性，但是加工較困難；普通白口鑄鐵和低合金白口鑄鐵有較好的硬度和耐磨性，但脆性較大，只能承受較小的載荷；盡管中合金白口鑄鐵和高合金白口鑄鐵克服了脆性大的缺點，但生產(chǎn)成本較高。

磨損、腐蝕和斷裂是設(shè)備零部件失效的主要原因，廣泛發(fā)生于冶金、建筑、電力、機械等領(lǐng)域，而其中磨損問題對零部件的影響最為嚴重。尤其對于運輸設(shè)備來說，約80%零件的失效原因是材料磨損，此時那些傳統(tǒng)耐磨材料已難以滿足惡劣工況下的使用要求。

耐磨陶瓷襯板

在20世紀八十年代，漸漸的出現(xiàn)了一些如硼化物、碳化物以及氮化物之類的耐磨的陶瓷材料，隨后各國都投入大量的資源開始了研究。隨著研究的不斷深入，新型耐磨陶瓷材料以其優(yōu)良的性能使之在工業(yè)設(shè)備及管道上的應(yīng)用越來越廣泛，通過對普通金屬材料的替代，使設(shè)備的使用壽命、連續(xù)生產(chǎn)能力等方面都有了極大的提高。

耐磨陶瓷性能及特點

陶瓷材料能在耐磨領(lǐng)域占有一席之地，主要具有以下幾個方面的主要性能和特點:

（1）硬度大、強度高；

（2）耐磨性能好，使用壽命長。經(jīng)測定，其耐磨性相當于錳鋼的180倍，高鉻鑄鋼的118倍；

（3）抗沖擊性強；

（4）耐高溫。粘接牢固、耐熱性能好；

（5）重量輕。耐磨陶瓷密度約為3.6g/cm3，僅為鋼鐵的一半，可大大減輕設(shè)備負荷；

（6）使用范圍廣，適應(yīng)性強。凡火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、冶煉廠、礦山及水泥廠等企業(yè)的制粉、選煤、輸料系統(tǒng)、排灰、除塵系統(tǒng)等一切磨損大的機械設(shè)備上，都可以根據(jù)不同的需求選擇不同類型的陶瓷材料。

耐磨陶瓷的分類

按材質(zhì)分類，常見的耐磨陶瓷材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷。

（1）氧化物耐磨陶瓷

在制造耐磨零部件的材料中，氧化鋁陶瓷是耐磨陶瓷材料的典型代表。氧化鋁陶瓷因其高硬度和優(yōu)異的化學穩(wěn)定性及耐磨特性，廣泛應(yīng)用于冶金，石油化工，航空航天等領(lǐng)域。但是，氧化鋁陶瓷的斷裂韌性和抗熱震性較差影響了其在工業(yè)領(lǐng)域尤其是對材料機械性能要求較高的領(lǐng)域中的應(yīng)用。在氧化鋁陶瓷中引入一定量其他化合物可以有效提高其韌性，從而進一步提高其耐磨性，故而以氧化鋁為基體的復(fù)相陶瓷是現(xiàn)今研究發(fā)展的一大方向。

常見氧化物性能

（2）氮化物耐磨陶瓷

氮化物陶瓷起步較晚，自20世紀70年代才開始迅猛發(fā)展，幾乎都是通過人工合成的，除了具有高強度、高硬度的特點，還具有優(yōu)良的電學和熱學性能。歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，氮化硅、氮化鋁、氮化硼等氮化物陶瓷作為高強度機械部件、耐腐蝕部件、以及耐磨部件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、機械、冶金等領(lǐng)域。

（3）碳化物耐磨陶瓷

碳化物陶瓷由于具有高硬度、高強度和高耐磨性等特點，被廣泛應(yīng)用于耐腐蝕、耐磨損的高溫環(huán)境中，常見的有碳化硅、碳化硼等高耐磨陶瓷。碳化硅具有彈性模量高、強度硬度高、熱導率高、抗熱震性好、耐磨損和耐腐蝕等優(yōu)良性能，并且價格低廉。這些優(yōu)良性能使得碳化硅陶瓷可以應(yīng)用在許多金屬或有機高分子耐磨材料不能勝任的工作環(huán)境中，例如，用于工況條件比較差的密封環(huán)；高速研磨或拋光的研磨盤；用于軍工業(yè)中的裝甲防護裝置和防彈材料等等，在耐磨領(lǐng)域中展示著重要的應(yīng)用前景。

碳化硼陶瓷的化學性質(zhì)十分穩(wěn)定，其硬度僅次于金剛石和CBN，這使其成為很好的耐磨或減摩材料，在磨料、軸承、密封環(huán)和切削刀具等方面有廣闊的應(yīng)用前景。但B4C陶瓷的摩擦學性能受溫度、負載、摩擦速度及摩擦副材料的影響較大，所以在實際應(yīng)用中要充分考慮工況和環(huán)境因素。

耐磨陶瓷的應(yīng)用

1、結(jié)構(gòu)件

耐磨陶瓷在航空航天中的應(yīng)用研究主要集中在火箭噴嘴的耐熱材料，太空飛船的隔熱瓦等。武裝直升機在設(shè)計中重點強調(diào)戰(zhàn)場生存力，在座椅和直升機的關(guān)鍵部位采用陶瓷復(fù)合材料輕質(zhì)裝甲材料，涉及到的耐磨陶瓷主要是氧化鋁陶瓷和碳化硼陶瓷。

陶瓷軸承是在機械加工、航空航天產(chǎn)業(yè)中使用較為廣泛的一種產(chǎn)品，具有耐高溫、耐寒、耐磨、耐腐蝕、抗磁電絕緣、高轉(zhuǎn)速等特性。陶瓷軸承針對航空航天工業(yè)中惡劣環(huán)境下的調(diào)整、重載、低溫、無潤滑工況而開發(fā)，是新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合。

陶瓷球

2、研磨介質(zhì)

金屬研磨體存在著很大的缺點和弊端。首先就是質(zhì)量重，極大地增加了磨機的工作負荷，造成很多的能量消耗。另外金屬材質(zhì)的耐磨性并不是很可觀。陶瓷研磨體因具備高強度、高硬度、強耐磨性及優(yōu)良的物理化學穩(wěn)定性，在很多領(lǐng)域成為了研磨介質(zhì)的首選。

3、涂層
耐磨陶瓷的應(yīng)用多以耐磨陶瓷片、耐磨陶瓷內(nèi)襯等形式為主，隨著施工工藝的進步，耐磨陶瓷涂層也逐步走入了人們的視野。耐磨陶瓷涂層是以熱噴涂工藝，在需保護物體表面形成耐磨陶瓷顆粒覆蓋層，以達到對物體的保護目的。耐磨陶瓷涂層的應(yīng)用方式靈活，加工性能好、應(yīng)用領(lǐng)域非常廣。耐磨陶瓷涂層可主要應(yīng)用于：
（1）熱障涂層；（2）抗高溫黏著磨損涂層；（3）耐磨損耐腐蝕涂層；（4）功能涂層。
耐磨陶瓷涂層在電子器件方面也有應(yīng)用，超導耐磨陶瓷涂層可以用于磁屏蔽、微波元件、各類傳輸器、量子電子器件的表面處理。此外，耐磨陶瓷涂層還能應(yīng)用于高溫電絕緣產(chǎn)品、陶瓷片電容器的表面處理等。

參考來源：

[1]吳洋.陶瓷材料耐磨機理研究進展

[2]魏金棟等.耐磨陶瓷涂層制備方法的研究進展

[3]陳宏.耐磨陶瓷現(xiàn)狀及發(fā)展

[4]張文毓.耐磨陶瓷涂層研究現(xiàn)狀與應(yīng)用

[5]孫夢珂.剛玉基耐磨復(fù)相陶瓷的研究