Comment les matériaux céramiques techniques glissants sont-ils affinés ?

Les céramiques structurelles sont largement utilisées dans diverses conditions en raison de leur grande dureté, de leur résistance, de leur rigidité, de leur faible densité, de leur excellente stabilité chimique et de leurs excellentes propriétés mécaniques à haute température, et elles sont devenues l'un des meilleurs composants résistants à l'usure.

Toutefois, dans des conditions de frottement sec, le facteur de frottement et le taux d'usure sont plus élevés lorsque les matériaux céramiques sont associés à de la céramique ou à du métal. Les recherches montrent que le facteur de frottement est généralement compris entre 0,7 et 0,9, et qu'il est facile de le faire échouer en raison d'une usure importante. Par conséquent, la réalisation d'une lubrification efficace ou d'une autolubrification des matériaux céramiques est d'une grande importance pour l'extension de leurs applications techniques.

Technologie traditionnelle de lubrification des céramiques et autolubrification

À l'heure actuelle, les céramiques de structure courante utilisées dans l'ingénierie sont principalement lubrifiées par des liquides, des graisses et des lubrifiants. Toutefois, ces méthodes de lubrification traditionnelles présentent de nombreuses lacunes. Par exemple, les additifs contenus dans les lubrifiants n'interagissent pas avec la surface de la céramique et ne forment donc pas un film limite permettant un contact total ; la viscosité des lubrifiants existants diminue de manière exponentielle avec l'augmentation de la température, ce qui entraîne un contact direct avec les micro-corps convexes ; l'atténuation des propriétés du lubrifiant liquide se produit facilement à haute température ; l'utilisation de lubrifiants entraîne une certaine pollution de l'environnement.

L'étude des céramiques autolubrifiantes constitue un moyen important et efficace de résoudre le problème du facteur de friction élevé et du taux d'usure des matériaux céramiques.

Comment réaliser la fonction autolubrifiante des matériaux céramiques ?

À l'heure actuelle, les matériaux céramiques autolubrifiants peuvent être réalisés de trois manières.

1. La base d'un seul matériau est autolubrifiante

Certains matériaux céramiques eux-mêmes (paire auto-adaptée) peuvent produire un phénomène d'autolubrification dans certaines conditions. En général, la raison en est que la réaction tribologique se produit ou que les performances d'autolubrification sont réalisées sous l'action auxiliaire d'un milieu lubrifiant externe.

Par exemple, les céramiques d'alumine sont largement utilisées comme matériaux résistants à l'usure et de nombreux résultats de recherche sur leurs propriétés tribologiques à haute température ont été publiés. Les résultats de la recherche montrent qu'à 1000 ℃, l'alumine a diminué depuis l'appariement dans le processus d'usure par frottement, le frottement se produit sur la surface de la recristallisation dynamique et a formé une structure de grain fin. En outre, on constate que la formation d'un matériau vitreux, d'une structure cristalline fine et d'un matériau vitreux réduit la rugosité de l'interface de contact par frottement et améliore les propriétés tribologiques.

2. La réaction organique génère des substances lubrifiantes dans certaines conditions

Certains matériaux autolubrifiants utilisent les additifs des matériaux pour réagir entre eux dans certaines conditions ou réagir avec l'oxygène de l'air pour former des substances ayant une fonction lubrifiante, et faire glisser le film sur la surface de frottement pour atteindre l'objectif de lubrification. Les matériaux obtenus par cette méthode peuvent éviter l'effet négatif de l'ajout d'un lubrifiant solide sur les propriétés mécaniques des matériaux. Le film lubrifiant ne peut être produit que par la réaction chimique de frottement à la température élevée de la surface du matériau, de sorte que ce matériau céramique autolubrifiant possède une bonne capacité d'autolubrification en cas de frottement à haute température.

3. Le lubrifiant solide est directement ajouté à la matrice du matériau

Actuellement, la fonction autolubrifiante de la plupart des matériaux autolubrifiants est réalisée par l'ajout d'un certain nombre de lubrifiants solides à la matrice du matériau.

* Lubrifiants solides courants

Les lubrifiants solides courants comprennent le graphite, le HBN, le disulfure de molybdène (MoS2), le fluorure de graphite, le fluorure de calcium (CaF2), etc. Parmi eux, le HBN présente une meilleure stabilité à haute température et de meilleures performances de lubrification. Bien que le MoS2, le graphite et le HBN aient des structures en couches similaires, sous l'action de la friction, les cristaux des deux premiers se brisent facilement et les fines particules de cristal subissent facilement la réaction chimique avec les gaz environnants et se détériorent donc, ce qui entraîne de mauvaises performances de lubrification. Le HBN a une dureté élevée et n'est pas facilement cassé dans le processus de friction, tandis que les matériaux de lubrification HBN blancs ne causent pas de pollution semblable à celle du graphite.

* Étude des caractéristiques d'autolubrification des céramiques de nitrure de silicium

Les céramiques denitrure de sil icium ont un faible facteur de friction et une excellente capacité d'autolubrification, le facteur de friction se situant entre 0,02 et 0,35. Le coefficient de dilatation thermique du matériau est faible, similaire à celui du carbure de silicium (SiC), du zirconium et de la mullite. Les céramiques de nitrure de silicium ont une bonne conductivité thermique et une bonne résistance sismique.

* Étude sur les caractéristiques d'autolubrification des céramiques de zircone

Les céramiques dezircone présentent la meilleure stabilité thermique et les meilleures performances d'isolation thermique à haute température, et conviennent aux revêtements céramiques et aux matériaux résistants à l'usure à haute température. Mais l'inconvénient est que le facteur de friction est trop élevé, ce qui limite son application. Avec l'approfondissement de la recherche sur les matériaux céramiques à base de zircone, la recherche tribologique est particulièrement nécessaire. Grâce à la recherche sur les matériaux céramiques à base de zircone avec un lubrifiant solide, il devient possible de les utiliser comme matériaux de friction à haute température.