Brevier TECHNISCHE KERAMIK

 

      Eigenschaften Technischer Keramik

 

 


   

5.7.6.2 Verschleißschutz

Keramische Werkstoffe werden in hoch beanspruchten Tribosystemen wegen ihrer Verschleißfestigkeit eingesetzt. Voraussetzungen hierfür sind neben der hohen Härte Eigenschaften, wie hohe Steifigkeit (E-Modul), hohe Druckfestigkeit und hohe Bruchfestigkeit. Dies geht bei Keramik allerdings zulasten der Bruchzähigkeit. Weitere positive Eigenschaften der Keramik für den Einsatz in Tribosystemen sind ihre niedrige Dichte, geringe Wärmedehnung, Temperaturfestigkeit und Korrosionsfestigkeit.

Während bei Adhäsion und tribochemischer Reaktion das Verschleißverhalten weitgehend durch die chemischen und thermochemischen Eigenschaften der Schutzwerkstoffe bestimmt wird, beeinflussen bei den Verschleißmechanismen Adhäsion und Oberflächenzerrüttung die physikalischen Kennwerte Härte und Bruchzähigkeit die Verschleißfestigkeit. Dies wird in Bild 102 schematisch dargestellt.



Bild 102: Abhängigkeit des Verschleißwiderstands RV von Härte und Bruchzähigkeit, ermittelt in einem definierten Modellsystem


Die höchsten Verschleißwiderstände lassen sich demnach erreichen, wenn die optimale Kombination von Härte und Bruchzähigkeit im Verschleißschutzwerkstoff erreicht wird.



Bild 103: Verschleiß-Tieflage/Hochlage-Beziehung


Liegt reiner Abrasivverschleiß vor, kann die Verschleiß-Tieflage/Hochlage-Beziehung bei der Wahl des Grundkörpers hilfreich sein. Sie beruht auf der bekannten Mohsschen Härteskala: ein härteres Material ritzt ein weicheres Material.




Bild 104: Einfluss der Härte auf den Verschleißwiderstand RV, bezogen auf den Verschleißwiderstand von Aluminiumoxid RV AlO


Bei keramischen Werkstoffen hat, wegen deren hoher Härte, Abrasion als Verschleißmechanismus nur untergeordnete Bedeutung.
Ebenso neigt Keramik wegen der hohen Gitterbindungskräfte (ionische und kovalente Bindung) nicht zu Kaltverschweißungen, wie sie bei Metallen auftreten. Adhäsion als Verschleißmechanismus ist weitgehend zu vernachlässigen.
Ebenso sind tribochemische Reaktionen beim Einsatz von Keramik relativ selten (treten immer auf, sind relativ klein). In geschlossenen Tribosystemen sind sie – vor allem bei Festkörper- und Mischreibung – nicht auszuschließen.
Dagegen ist Oberflächenzerrüttung sowohl in geschlossenen wie auch in offenen Tribosystemen der Hauptverschleißmechanismus bei den sprödkeramischen Werkstoffen.
Hervorgerufen wird diese durch hohe Beanspruchung mit hoher Normalkraft oder hoher kinetischer Energie. Beispielsweise folgt der Schrägstrahlverschleiß weitgehend der Funktion WV = ½ mv2 · sin½ mit = Auftreffwinkel. In Fördersystemen, z. B. Rohrbögen, Rohrweichen, Rohrverengungen und Düsen, mit Winkeln bis 30° hat sich deshalb Aluminiumoxid sehr gut bewährt, während bei großen Winkeln Gummi optimal ist.



Bild 105: Einfluss des Auftreffwinkels auf den Verschleißwiderstand RV, bezogen auf den maximalen Verschleißwiderstand


 

 
 
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