近年来，各种陶瓷制备的喷嘴、阀门、密封件、刀具、拉线轮等器件已经在工业生产中获得广泛的应用。在很多这些应用中，都对陶瓷的耐磨性有很高的要求。陶瓷的耐磨性与什么相关呢？我们今天就来聊聊这个话题。

　　我们从陶瓷的基本力学性能、微观结构以及应用条件三个方面来看。

　　先从陶瓷的性能上看。一般认为，与陶瓷耐磨性比较相关的是硬度和韧性。其中，比较早引起关注的硬度，越硬的陶瓷耐磨性似乎越好。因为硬度越高，塑性形变越低，这很符合常识。但后来很快就发现，这种想法过于简单。陶瓷耐磨性的高低的确受其硬度影响，但二者之间却远远不是线性关系。除了硬度，陶瓷的耐磨性还受其它性能的影响，其中比较重要的是断裂韧性。一个典型的例子就是氧化铝陶瓷和TZP陶瓷。前者的硬度高而后者的韧性高，而很多实验表明，后者的耐磨性一般情况下更好一些。不过和硬度一样，我们也不能说断裂韧性越高耐磨性就一定越好。因为有人在研究SiC-Al2O3纳米复相陶瓷时发现，当氧化铝基体处于亚微米尺寸时，耐磨性与断裂韧性之间没有明显的一一对应关系。除了硬度和韧性，有人发现，陶瓷的弹性模量可能也与耐磨性有关，磨损率会随弹性模具和硬度的比值的增大而增大。

　　再从微观结构上看。虽然影响陶瓷耐磨性的因素也很多，其中比较主要是晶粒尺寸。很多研究都表明，陶瓷的晶粒尺寸较细时，其耐磨性一般都比较好。比如，有人研究发现，当TZP的晶粒尺寸从 1.5 μm 减小到0.18 μm 时，其耐磨性能提高了 8 倍。有人认为这可能是因为当晶粒较小时，材料表面主要是塑性变形和部分穿晶断裂，产生轻微的磨损较轻；而当晶粒较大时则主要为沿晶断裂，大晶粒整体拔出，磨损严重。对于复相陶瓷，这一规律也同样合适。比如，有人在研究SiC-Al2O3纳米复相陶瓷时发现，Al2O3基体处于亚微米尺寸时的耐磨性能好于微米尺寸时；还有人发现，当 Al2O3基体晶粒尺寸相同的条件下，添加的 SiC 纳米颗粒越小，材料的耐磨性能越好。不过，也有研究发现，如果SiC-Al2O3复相陶瓷中的 SiC 晶粒为微米级，那么随着 SiC 晶粒尺寸的减小，耐磨性能反而变差。这说明这一规律并不总是正确。

　　除了晶粒尺寸，第二相的组成也对耐磨性会有明显影响。其作用有三，一是增韧作用。比如上述SiC-Al2O3纳米复相陶瓷，其耐磨性明显高于单相 Al2O3 陶瓷；二是自润滑作用。比如在 Al2O3 陶瓷基体中引入石墨、CaF2、PbWO4、MoS2、BN等第二相固体润滑剂，能有效降低材料的摩擦因数，提高材料的摩擦学性能；三是产生化学反应。比如有人在 Al2O3 陶瓷基体中引入 TiB2 颗粒，在高速摩擦时，TiB2 与氧气发生化学反应生成弹性模量较低的 TiO2，提高刀具的耐磨性。

　　不同大小晶粒的氧化铝陶瓷的磨损情况

　　陶瓷中的气孔、晶界对其耐磨性也有影响。有研究表明，气孔容易造成应力集中、加速裂纹的扩展、在摩擦力的作用下，气孔之间可能会彼此连接起来形成裂纹源，加速材料的磨损，从而大大降低陶瓷制品的耐磨性能。在高荷载的条件下，气孔的影响更加明显。而当晶界上存在玻璃相时，由于其强度较低，在磨擦时往往会造成沿晶断裂，引起整颗晶粒的拔出，造成严重磨损。此时，如果采用特种烧结技术如热压等对陶瓷进行处理，就更容易获得密度高、气孔率低、晶界结合力高的制品，有利于耐磨性能的提高。

　　除了结构和性能，陶瓷的耐磨性其实还受环境的影响，包括摩擦方式、对摩材料、界面介质、环境气氛、载荷、速度、温度及时间等。在不同的环境条件下，其磨损机制可能会发生明显改变，由此也会影响到其耐磨性。比如，有人在研究氧化铝陶瓷的磨损时发现，在低的载荷和滑动速度下，晶粒表面只存在轻微的损伤，但不存在位错和微裂纹。此时样品的磨损轻微；随载荷和滑动速度的增加，摩擦表面会出现犁沟和位错，并逐渐产生裂纹和晶粒脱落磨损由轻微磨损过渡到严重磨损。还有研究发现，氧化铝陶瓷在室温下抗磨擦性能较好，而随着温度升高和磨擦速度增大，其磨损会明显增加。但如果进一步将温度提高（>800℃），其摩擦磨损却又会出现显著下降。这是因为，在高温下氧化铝表面会形成一个特殊的纳米结构的表面层，磨损机制受塑性形变和再结晶控制所致。（更多资讯请李卫科普哦！）