Quais cerâmicas possuem a maior dureza? – Um guia para selecionar cerâmicas resistentes ao desgaste de grau industrial

Os materiais metálicos tradicionais falham rapidamente quando expostos à erosão, pressão extrema ou meios altamente abrasivos. As cerâmicas de alta dureza tornaram-se importantes para as modernizações industriais. Mas qual cerâmica é realmente a mais dura? Quais são as diferenças entre cerâmicas com diferentes níveis de dureza? Este artigo fornecerá uma análise da classificação de dureza e da aplicação das principais cerâmicas avançadas. O artigo ajudará você a escolher os materiais cerâmicos resistentes ao desgaste mais adequados às suas necessidades.

Principais métricas para medir a dureza da cerâmica

No campo da cerâmica avançada, referimo-nos principalmente a dois valores.

O primeiro é Dureza Vickers (HV).Este é o padrão mais preciso do setor. É medido usando um penetrador de diamante de precisão. Um valor mais alto significa que o material tem maior capacidade de resistir à deformação plástica localizada.

Outro é Dureza de Mohs.A escala de Mohs é relativamente simples, variando de 1 a 10. O diamante possui a dureza mais alta, no nível 10. A dureza de Mohs de cerâmicas industriais de alto desempenho geralmente se concentra no nível 9 ou superior.

Comparação de cerâmicas industriais representativas de alta dureza

Alumina, nitreto de silício, carboneto de silício e carboneto de boro constituem o primeiro nível de materiais de alta dureza. A tabela abaixo resume a dureza desses materiais cerâmicos.

Cerâmica de alumina: Solução econômica e resistente ao desgaste

Dureza Vickers: 15 – 18 GPa

Dureza de Mohs: 9.0

Embora ocupe uma posição inferior entre as cerâmicas avançadas, a alumina ainda possui uma dureza muito superior à do aço temperado.

Resistente ao desgaste alumina forros Essa dureza pode ser utilizada para lidar com a erosão em baixa velocidade causada por carvão pulverizado em usinas termelétricas ou minérios em minas. Ela também pode proteger equipamentos de aço contra o desgaste. Núcleos de válvulas de cerâmica de alumina Garantir também que não haja arranhões durante o atrito frequente de abertura e fechamento, mantendo uma vedação hermética.

No entanto, ao enfrentar forte erosão causada por partículas mais duras, como o quartzo, a taxa de desgaste do Al₂O₃ aumenta significativamente.

Cerâmica de nitreto de silício com desempenho bem equilibrado

Dureza Vickers: 18 – 22 GPa

Dureza de Mohs: 9.0

O nitreto de silício possui maior dureza que a alumina. Apresenta alta dureza e resistência ao impacto. Ao contrário de outras cerâmicas, o Si₃N₄ Não é propenso a lascar.

Esferas de rolamento de alta velocidade Aproveita sua alta dureza para reduzir a deformação durante o atrito de rolamento. Além disso, sua superfície de alta dureza pode esmagar pequenas impurezas no lubrificante sem sofrer danos.

Embora sua dureza seja superior, sua resistência a riscos superficiais é menor do que a do carboneto de silício em ambientes de corte de alta pressão extrema ou jateamento de areia.

Cerâmicas de carboneto de silício para Desgaste severo Condições

Dureza Vickers: 22 – 28 GPa

Dureza de Mohs: 9.5

Entre as cerâmicas não óxidas, o carboneto de silício possui dureza superada apenas pela do carboneto de boro. Ele resiste eficazmente ao corte e ao desgaste da grande maioria das substâncias naturais. Mesmo em altas temperaturas de 1400 °C, sua dureza praticamente não se degrada. Para o aço 90% em ambientes extremos, o carboneto de silício é a solução ideal.

SiC halto-ppressão nbicos São especificamente projetadas para lidar com jatos de fluidos contendo partículas sólidas duras, como em jateamento de areia ou dessulfurização. Somente o carboneto de silício pode garantir que o orifício do bico não seja erodido rapidamente. Mecânico sreal rings A alta dureza do SiC garante que as superfícies de contato permaneçam planas como um espelho, mesmo sob rotação em alta velocidade, resultando em vazamento zero.

No entanto, a dureza extrema acarreta fragilidade extrema. Devido à sua dureza extrema, o custo e a dificuldade do pós-processamento de precisão são muito maiores do que os da alumina.

Cerâmica de carboneto de boro com Dureza extrema: Escolha Especializada

Dureza Vickers: 30 – 35 GPa

Dureza de Mohs: 9.7

O carboneto de boro também é chamado de "Diamante Negro". Sua dureza na natureza é a segunda maior, perdendo apenas para o diamante e o nitreto de boro cúbico. Além disso, possui baixa densidade, o que o torna leve.

Balístico armor púltimas Utiliza sua extrema dureza. Pode estilhaçar instantaneamente projéteis de alta velocidade ao contato e absorver sua energia. Usado como um abrasivo, Ele aproveita a diferença de dureza para processar e polir outras ligas duras ou cerâmicas.

Sua dureza excessiva resulta em custos de processamento extremamente elevados. Consequentemente, o BN é normalmente utilizado apenas em áreas especializadas que exigem os limites absolutos de redução de peso e dureza.

Por que deveria? bÉ preciso ter cautela com materiais de alta dureza?

Os materiais cerâmicos possuem alta dureza devido às suas fortes ligações covalentes internas. Essa estrutura dificulta o deslocamento de seus átomos. No entanto, isso também significa que o material carece de ductilidade. Materiais com maior dureza são geralmente mais sensíveis a impactos. Você deve evitar ao máximo submeter esses materiais cerâmicos a choques físicos.

Além disso, quanto maior a dureza da cerâmica, maior o custo do pós-processamento e do acabamento. A usinagem de SiC requer ferramentas de diamante caras e impõe exigências extremamente elevadas aos equipamentos e processos técnicos do fabricante.

Como escolher a solução certa com base nas necessidades de dureza?

Para otimizar os custos de produção e prolongar a vida útil dos equipamentos, recomendamos a seleção de materiais cerâmicos com base em suas necessidades específicas de engenharia.

Desgaste leve & Com restrições orçamentárias: A primeira opção deve ser 92/95/99. Alumina cerâmica.

Operação em alta velocidade & Ambientes de impacto: Nitreto de silício. Sua resistência ajuda a evitar que as peças lasquem ou rachem.

Erosão extrema & Corrosão em Altas Temperaturas: Cerâmica de carbeto de silício. Sua vida útil extremamente longa reduz o custo total de propriedade.

Dureza máxima, independentemente do custo: Escolher Carbeto de boro.

A dureza é a característica mais fascinante das cerâmicas avançadas. A escolha da cerâmica ideal para as condições de trabalho adequadas pode proporcionar o máximo valor. Portanto, selecionar a cerâmica correta é um passo fundamental para melhorar a qualidade e a eficiência da sua indústria.

Se você estiver enfrentando problemas de desgaste ou precisar de materiais de alta dureza, não hesite em nos consultar. Novos Materiais Há 14 anos, nossa empresa está profundamente envolvida na pesquisa e desenvolvimento e na produção de materiais cerâmicos avançados. Somos especializados no processamento personalizado de materiais de alto desempenho. Carbeto de silício e peças de nitreto de silício. Nossos engenheiros fornecerão suporte completo e gratuito durante todo o processo, desde a seleção do material até o serviço pós-venda.

Referência

[1] Clinton, DJ, & Morrell, R. (1987). Teste de dureza de materiais cerâmicos. Química e física de materiais, 17(5), 461-473.

[2] Ghorbal, GB, Tricoteaux, A., Thuault, A., Louis, G., & Chicot, D. (2017). Comparação da dureza convencional Knoop e Vickers de materiais cerâmicos. Revista da Sociedade Europeia de Cerâmica, 37(6), 2531-2535.

[3] Hampshire, S. (2007). Cerâmicas de nitreto de silício – revisão da estrutura, processamento e propriedades. Revista de realizações em engenharia de materiais e manufatura, 24(1), 43-50.

[4] Kato, K., & Adachi, K. (2002). Desgaste de cerâmicas avançadas. Vestir, 253(11-12), 1097-1104.

[5] Soltys, LM, Mironyuk, IF, Mykytyn, IM, Hnylytsia, ID, & Turovska, LV (2023). Síntese e propriedades do carboneto de silício. Física e Química do Estado Sólido, 24(1), 5-16.