耐磨陶瓷材料廣泛用于研磨拋光材料、耐磨涂層、管道或設備內襯、設備結構件等等領域，其耐磨性能的好壞直接決定了機械設備及零件等的安全使用年限。常見的耐磨陶瓷材料有金剛石、氧化鋯、立方氮化硼、氮化硅、碳化硼、碳化硅、各種剛玉等等。

　　為(wei)了獲取(qu)耐(nai)磨(mo)性(xing)能(neng)更為(wei)優(you)異的(de)(de)耐(nai)磨(mo)陶(tao)瓷材(cai)(cai)料(liao)(liao)，許多(duo)學者對陶(tao)瓷材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)磨(mo)損機理及(ji)影(ying)響陶(tao)瓷耐(nai)磨(mo)性(xing)能(neng)的(de)(de)因素做了研究，并提出(chu)來了許多(duo)觀點及(ji)結(jie)論。總的(de)(de)來說，影(ying)響陶(tao)瓷耐(nai)磨(mo)性(xing)能(neng)額因素有(you)兩方面：1、材(cai)(cai)料(liao)(liao)本(ben)身(shen)(shen)的(de)(de)組織結(jie)構；2、外部因素如載荷、溫(wen)度(du)以(yi)及(ji)氣氛等。 本(ben)文將(jiang)從材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)自身(shen)(shen)結(jie)構出(chu)發，對耐(nai)磨(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)耐(nai)磨(mo)的(de)(de)影(ying)響因素進(jin)行簡析。

　　一、力學性能對陶瓷耐磨性能的影響

　　在早期研究(jiu)陶瓷(ci)(ci)(ci)材料的(de)耐磨(mo)性(xing)能時，人們(men)認為陶瓷(ci)(ci)(ci)材料的(de)硬度(du)跟磨(mo)損性(xing)能有很(hen)大的(de)關(guan)系，后來發現，陶瓷(ci)(ci)(ci)的(de)硬度(du)和(he)磨(mo)損的(de)關(guan)系并不(bu)是(shi)那么的(de)明顯(xian)，例如氧化鋁陶瓷(ci)(ci)(ci)的(de)硬度(du)要高于TZP氧化鋯陶瓷(ci)(ci)(ci)，但(dan)耐磨(mo)性(xing)能并不(bu)一定(ding)高于TZP陶瓷(ci)(ci)(ci)。

　　硬度雖然在一定程度上能夠反應晶界的結合強度，但磨損最終是由于材料脫離磨損表面而形成的，因此陶瓷材料的硬度不再作為衡量磨損的一個預見性指標。

TZP氧(yang)化鋯陶(tao)瓷研磨介質--耐沖擊、低磨耗

　　也有研究報道(dao)，陶(tao)瓷材(cai)料的(de)(de)脆性(xing)直接影響磨損(sun)率。有研究表明，隨著材(cai)料斷裂韌性(xing)的(de)(de)和硬度的(de)(de)提高，陶(tao)瓷的(de)(de)磨損(sun)率逐漸的(de)(de)降低，耐磨性(xing)越好(hao)。

　　二、陶瓷的顯微結構對耐磨性能的影響

　　通(tong)常情況下，材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)結(jie)(jie)構(gou)往(wang)往(wang)會對材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)宏(hong)觀(guan)性能有著極大(da)(da)的(de)(de)(de)影(ying)響。陶瓷(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)是晶粒和晶間組(zu)成的(de)(de)(de)燒結(jie)(jie)體，其顯微(wei)結(jie)(jie)構(gou)往(wang)往(wang)決(jue)定著其宏(hong)觀(guan)性能。有許多研究表明，陶瓷(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)耐磨性能與(yu)晶粒的(de)(de)(de)大(da)(da)小(xiao)，晶界相的(de)(de)(de)組(zu)成，晶界上(shang)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)分(fen)布，氣孔等(deng)等(deng)顯微(wei)結(jie)(jie)構(gou)有著極大(da)(da)的(de)(de)(de)聯系。

　　1、晶粒的尺寸對陶瓷耐磨性能的影響

　　工業上(shang)，金屬材料(liao)可(ke)以(yi)通過(guo)細化(hua)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)的方式來(lai)使其(qi)力學性能提高，這就(jiu)是所謂的細晶(jing)(jing)(jing)強化(hua)。其(qi)原理主要(yao)在于晶(jing)(jing)(jing)粒(li)的粒(li)徑(jing)越(yue)小，晶(jing)(jing)(jing)界(jie)的面積也就(jiu)越(yue)大，晶(jing)(jing)(jing)界(jie)的分(fen)布也就(jiu)會越(yue)曲折(zhe)，可(ke)以(yi)有效的增(zeng)加裂紋擴展的路徑(jing)，有利(li)于分(fen)散材料(liao)內部(bu)的應(ying)力集(ji)中現象。人們通過(guo)研究發(fa)現，晶(jing)(jing)(jing)粒(li)細化(hua)對陶(tao)瓷材料(liao)的耐磨性能也有這一(yi)定(ding)的影響(xiang)。

　　學者們對氧化鋁及氧化鋯的耐磨性進行研究中發現，較小晶粒以是塑性變形和部分的穿晶斷裂為主，磨損較少；較大晶粒則以材料內部沿晶斷裂，甚至大晶粒從材料內部拔出的方式發生較大的的磨損。而大尺寸的晶粒的拔出，將對陶瓷表面造成較大的缺陷，使材料的容易造成應力集中,產生裂紋擴展,而使材料發生低應力脆性斷裂。

材(cai)料的斷(duan)口形(xing)貌(mao)可(ke)通過SEM進行分析(xi)

示例圖沿晶斷（右側(ce)居多），也有穿晶斷（左側(ce)居多）

　　2、氣孔(kong)率對陶瓷(ci)耐(nai)磨性能的影響

　　氣(qi)孔(kong)對(dui)陶(tao)瓷(ci)的(de)性(xing)(xing)能(neng)有(you)著很重(zhong)要的(de)影(ying)(ying)響，氣(qi)孔(kong)相當(dang)于一(yi)種缺陷的(de)存在，它(ta)會(hui)造成(cheng)應力的(de)集(ji)中， 加速(su)裂(lie)紋(wen)的(de)擴展，降低(di)晶粒之(zhi)間的(de)結(jie)合(he)強(qiang)度，嚴重(zhong)影(ying)(ying)響陶(tao)瓷(ci)制品(pin)的(de)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)。在摩擦力的(de)作用下(xia)氣(qi)孔(kong)之(zhi)間可能(neng)會(hui)彼此連接(jie)起來形成(cheng)裂(lie)紋(wen)源，加速(su)材(cai)料的(de)磨損(sun)。

　　此外，有研究發現在不同的載荷下，陶瓷的磨損率并不一樣，在低載荷時氣孔不會造成裂紋的擴展；而在高載荷的情況下，氣孔變得不穩定，會在氣孔處形成裂紋及擴展裂紋，導致制品磨損率極高，抗磨損突變能力變弱。

帶有氣孔的板狀剛玉(yu)SEM圖

　　3、晶界相以及(ji)晶間雜質的(de)影(ying)響

　　陶(tao)瓷是(shi)由晶(jing)粒，晶(jing)界相(xiang)和(he)氣(qi)孔等組成(cheng)，在(zai)(zai)燒結的(de)過程中(zhong)，加(jia)入(ru)到陶(tao)瓷當中(zhong)的(de)一(yi)些添加(jia)劑和(he)一(yi)些雜質成(cheng)分主要是(shi)以“第二(er)相(xiang)”或者“玻(bo)璃相(xiang)”的(de)形式(shi)存(cun)在(zai)(zai)于(yu)晶(jing)界上，他(ta)們的(de)存(cun)在(zai)(zai)會對晶(jing)粒之間的(de)結合強(qiang)度造成(cheng)一(yi)定的(de)影響。在(zai)(zai)陶(tao)瓷摩擦(ca)磨(mo)損(sun)的(de)過程中(zhong)，裂(lie)(lie)紋(wen)很容易(yi)在(zai)(zai)晶(jing)界處產生。較(jiao)低的(de)晶(jing)界結合強(qiang)度會造成(cheng)在(zai)(zai)磨(mo)損(sun)過程中(zhong)的(de)沿晶(jing)斷裂(lie)(lie)，引起整片晶(jing)粒的(de)拔出，造成(cheng)嚴重磨(mo)損(sun)。

　　多晶陶瓷的添加劑一般會以玻璃相的形式存在于陶瓷晶界上，在摩擦的過程，產生的高溫會降低玻璃的粘度，從而引發塑性變形，若鄰近的晶界的應力不能相適應則會引發晶界處的裂紋，引發嚴重磨損。

　　如果適量的添加劑可以在晶界處形成第二相，則往往是有利于材料的耐磨性能的，例如就氧化鋁陶瓷而言，由于晶粒在各向異性生長時會在晶界處產生殘余的應力，當加入稀土添加劑Sm2O3時，可有效的促進了晶界上第二相六鋁酸鈣的形成，降低了晶界處玻璃相的含量，有效的緩解由于熱膨脹系數不同而造成的晶界處的應力集中，增強了晶界結合強度，使得陶瓷的耐磨性能得到提高。

　　參考文獻

　　1、陶(tao)瓷材料耐磨機(ji)理研究進展(zhan)，佛山歐神諾陶(tao)瓷股份有限公司，吳洋。