OBRABNA OBSTOJNOST KERAMIKE
Milan Ambrožič
Institut "Jožef Stefan", Jamova 39, Ljubljana
POVZETEK
Obstojnost keramike proti obrabi med vsakdanjo uporabo je poleg drugih mehanskih lastnosti - trdote, togosti, tlačne in natezne trdnosti ter žilavosti - velikega pomena. Obstaja sicer povezava med obrabno obstojnostjo in nekaterimi drugimi mehanskimi lastnostmi, kot je trdota, vendar ta povezava ni vedno enolična in razvidna, saj so za obrabo keramike pomembni tudi mnogi drugi dejavniki, kot so koeficient trenja med stičnimi površinami, morebitne kemijske reakcije zaradi močno povišane temperature in nastanek "triboplasti". Zato je treba obrabno obstojnost kvantitativno opredeliti in jo izmeriti v ponovljivih razmerah.
Wear resistance of ceramic materials
ABSTRACT
Wear resistance of ceramics in the every-day use is of great importance, besides other mechanical properties, such as hardness, stiffness, compressive and tensile strength and toughness. There is some connection between wear resistance and other mechanical properties, such as hardness; this connection is however not always one-to-one correlated or obvious since several other factors are relevant, e.g. coefficient of friction between the contact surfaces, possible chemical reactions due to highly increased temperature, and the formation of tribofilm. Therefore, it is necessary to define the wear resistance quantitatively and measure it in the reproducible circumstances.
1 UVOD
Strukturna keramika se je zelo uveljavila in marsikje vsaj delno nadomestila kovine. Posebej pomembni področji njene uporabe sta inženirska keramika (keramika kot sestavni del naprav) in biokeramika (protetična keramika), kjer mora imeti material odlične mehanske lastnosti: veliko trdnost in trdoto ter čim boljšo žilavost. Kjer pa je njena površina izpostavljena vsakodnevnemu trenju z drugimi stičnimi površinami, npr. v sklepnih keramičnih protezah (umetni kolki, kolena) in pri zobni protetiki, mora imeti tudi dobro obstojnost proti obrabi.
Zato je treba obrabno obstojnost kvantitativno opredeliti in jo meriti v čim bolj ponovljivih razmerah. Obraba materiala pri drgnjenju ob enak ali drugačen material je seveda tem večja, čim večja je sila trenja med površinama, ta sila pa narašča s pravokotno silo, ki tišči podlagi eno ob drugo. Obraba narašča tudi s časom drgnjenja oziroma relativnim premikom med stičnima površinama. Tako je smiselno opredeliti "faktor obrabe" k kot
k =
^V
F s
(1)
kjer j^ A V zmanjšanje volumna materiala oz. preskusnega vzorca (vzeto kot pozitivna količina) zaradi obrabe, Fn je pravokotna (normalna) sila med stičnima
površinama, s pa je razdalja, ki jo pri trenju naredi ena površina relativno glede na drugo. Fizikalna enota za faktor k je npr. mm3/J in je skladna s pričakovanjem, da je zmanjšanje volumna materiala sorazmerno z delom sile (ali z vloženo energijo). Namreč, za trganje medatomskih vezi v materialu je potrebna energija, število potrganih vezi pa je sorazmerno tako z volumnom odnesenega materiala kot z energijo. Zavedati pa se moramo, da ta sorazmernost velja le do določene mere, saj so prisotni različni mehanizmi odnašanja materiala s površine.
Po drugi strani je sila trenja Ftr med stičnima površinama bolj merodajna od normalne sile Fn, saj je delo sile trenja, ki je vzporedna z relativnim gibanjem obeh površin, različno od nič, medtem ko je delo normalne sile nič. Sila trenja je sicer sorazmerna z normalno silo, vendar pa je odvisna tudi od koeficienta trenja kt,: Ft, = ktrFn. Tako je lahko pri isti normalni sili Fn in pri sicer enaki keramiki hitrost obrabe zelo različna, če imamo različne koeficiente trenja med stičnima površinama, npr. zaradi oblivanja površin z vodo. Zato se morda zdi bolj smiselna zamenjava normalne sile s silo trenja v enačbi (1). Delo sile trenja F,, ■ s lahko neposredno izmerimo, če je elektromotor, ki pri obrabnem preskusu vrti vzorce glede na drsno podlago (ali nasprotno), opremljen s prikazovalnikom njegove moči, ki jo pomnožimo s časom trajanja preskusa. Vendar če je pri neki aplikaciji koeficient trenja vedno enak, je normalna sila vedno sorazmerna s silo trenja, tako daje enačba (1) povsem uporabna.
Z vrstičnim elektronskim mikroskopom (SEM) in drugimi mikroskopskimi tehnikami lahko pregledamo površine po obrabnem preskusu in sklepamo o mehanizmih obrabe. Na primer, ugotovimo lahko, ali pri določenih pogojih nastane intenzivno trganje celih kristalnih zrn iz materiala, s čimer se močno poveča obraba.
2 ZGLEDI MERITEV OBRABNE OBSTOJNOSTI IZ LITERATURE
Tu se omejim na opis obrabne obstojnosti dveh najpomembnejših inženirskih in biomedicinskih keramičnih materialov: aluminijevega in cirkonijeve-ga oksida (Al2O3 in ZrOz) in njunih kompozitov. Kar se tiče protetičnih materialov, se je Al2O3 uveljavil predvsem za kolčne proteze (v manjši meri v zobni protetiki), ZrO2 pa za zobne nadomestke in le delno za umetne sklepe. V obeh primerih je zelo pomembna
obrabna obstojnost, zato je bilo narejenih veliko raziskav vedenja obeh kerami~nih materialov pri obrabnih preskusih.(1-11) Za vedenje teh materialov pri trenju in obrabi se je uveljavilo tudi ime "tribološke lastnosti materialov". Ime izhaja iz tega, ker pri stiku in relativnem gibanju razmeroma gladkih površin dveh trdih materialov nastane med njima še tretja plast, na kratko triboplast, in sicer iz aglomeriranih odkrušenih del~kov z ene ali obeh kerami~nih povr-šin.(6) Nastanek triboplasti na eni ali na obeh sti~nih površinah trdih keramik je zapletena kombinacija tla~nih napetosti, faznih transformacij, kemijskih reakcij zaradi povišanih temperatur ob trenju, kom-paktifikacije odkruškov (ang. debris) in adhezije na prvotno kerami~no površino.
Triboplast spremeni hitrost obrabe ene ali obeh površin, med drugim zato, ker se zaradi nje spremeni koeficient trenja med površinama.(3,7,9) Kemijsko in fazno sestavo triboplasti ter njeno hrapavost, ki seveda mo~no vpliva na koeficient trenja, lahko preu~imo z vrsti~nim in presevnim elektronskim mikroskopom (SEM in TEM), rentgensko spektroskopijo, mikroskopom na atomsko silo (AFM), ramansko spektroskopijo, opti~nim mikroskopom - profilometrom itd.(1-10) Koeficient trenja zaradi triboplasti je v osnovi lahko ve~ji ali manjši kot pri za~etnih kerami~nih površinah, odvisno od pogojev preskusa. Poskusi kažejo, da se po za~etnem spreminjanju (po dolo~enem ~asu preskusa oz. relativnem premiku med sti~nima površinama) koeficient uravnoteži pri stalni vrednosti, kar kaže na to, da ga zares dolo~a nastala triboplast.(6,7,11)
Cirkonijev oksid za proteti~no uporabo je predvsem v polikristalni obliki z umetno stabilizacijo tetragonalne strukture, kar navadno dosežemo z molskim deležem nekaj odstotkov dodanega itrijevega oksida (Y2O3). V navadi je kratka oznaka Y-TZP (yttria - tetragonal zirconia polycrystals). Tetrago-nalna modifikacija ZrO2 je pravzaprav metastabilna, saj ima pri sobni temperaturi globalni minimum proste energije monoklinska struktura. Zato je za meta-stabilni Y-TZP zna~ilna lokalna transformacija v monoklinsko strukturo (t ^ m) tam, kjer lokalna mehanska napetost v materialu doseže kriti~no vrednost.
To je po eni strani dobro za mehansko žilavost ZrO2, ki se zaradi možnosti transformacije ^ m efektivno pove~a.12 Mehanizem tega tako imenovanega transformacijskega oja~anja ZrO2 je v tem, da ima monoklinska struktura ve~jo prostornino od tetragonalne, ker pa se v polikristalni obliki transformirana kristalna zrna ne morejo neovirano razširiti, povzro~i transformacija lokalne tla~ne napetosti v materialu. Tla~ne napetosti lahko direktno zaustavijo širjenje kriti~ne razpoke skozi snov ali vsaj absorbirajo del energije za njeno širjenje. Posledica tla~nih napetosti so tudi mikrorazpoke, ki tudi
absorbirajo del energije velike, kriti~ne razpoke pri njeni lokalni interakciji z njimi.
Zaradi teh mehanizmov je zna~ilna lomna žilavost KC (merjena v nenavadnih enotah MPa ■ m1'2 = mega-paskal krat koren iz metra) za ZrO2 2-krat ali 3-krat ve~ja kot za Al2O3: KC~ 6 MPa ■ m1'2. Ravno lomna žilavost je inherentna lastnost materiala in ne trdnost (merjena v megapaskalih), ki je odvisna tudi od velikosti najve~jih defektov v materialu. Enota za lomno žilavost Kc izhaja iz tega, ker je trdnost materiala sorazmerna s KC in obratno sorazmerna s korenom velikosti najve~jih defektov. Po drugi strani pa se zaradi nastanka mikrorazpok na površini Y-TZP pri transformaciji t^ m zaradi napetosti pri trenju površin lahko precej poslabša obrabna obstojnost materiala. Zato so za~eli že takoj, ko se je pokazala možnost uporabe Y-TZP v protetiki, preu~evati vpliv omenjene transformacije na njegove tribološke lastnosti.(1-2)
Treba je najti kompromis med lomno žilavostjo in obrabno obstojnostjo ZrO2, razen tega pa rezultati raziskav kažejo na neenoli~no povezanost med tema veli~inama, odvisno tudi od drugih pogojev obrabnih preskusov, ki med drugim dolo~ajo, kateri so poglavitni mehanizmi obrabe. Medtem ko so Fischer in sodelavci ugotovili pove~anje obrabne obstojnosti z ve~jo žilavostjo,(2) je bila ugotovitev Basuja in sodelavcev ravno nasprotna.(7)
Aluminijev oksid ima sicer manjšo lomno žilavost kot cirkonijev oksid, ima pa ve~jo trdoto in navadno tudi ve~jo obrabno obstojnost, tj. manjši faktor obrabe pri enakih ali podobnih preskusnih pogojih. Danes marsikdo uporablja merilo, da je material dobro obrabno obstojen, ~e ima faktor obrabe po ena~bi (1) manjši od vrednosti 10-15 m3/J.(8,10)
Krell in Klaffke sta primerjala obrabo Al2O3, tetragonalnega ZrO2 (z molskim deležem Y2O3 3 %) in kompozita Al2O3/TiC (TiC je titanov karbid).(3) Pri tem je imela keramika Al2O3 razli~ne povpre~ne velikosti zrn, od 0,4 pm do 3 pm, odvisno od majhne koli~ine dodatkov, npr. MgO, ki imajo bistven vpliv na potek sintranja. Velikost zrn sta, kot je to v navadi, izmerila iz SEM-slik. Ob ravne površine vzorcev omenjenih materialov sta drgnila krogle iz Al2O3 s premerom 10 mm. Obrabni preskusi so potekali v komori s kontrolirano temperaturo in vlažnostjo zraka. Drgnjenje kroglic Al2O3 ob vzorce je bilo oscilacijsko z amplitudo (polovi~nim hodom) 0,2 mm in frekvenco 20 Hz; število ciklov je bilo 100 000 ob normalni sili 10 N. Poskus sta naredila pri sobni temperaturi, brez omakanja površin pri suhem zraku (relativna vlažnost 4 %) in vlažnem zraku (50-odstotna vlažnost), pa še tako, da sta kapnila malo destilirane vode med sti~ni površini. Zmanjšanje volumna vzorcev zaradi obrabe sta izmerila z opti~nim mikroskopom, z opazovanjem dimenzij sledi obrabe na vzorcih. Med preskusom sta
merila tudi koeficient sile trenja. Faktor obrabe sta izračunala po enačbi (1). Poleg obrabne obstojnosti materialov sta izmerila tudi njihov Youngov modul (meritev resonančne frekvence), trdoto in lomno žilavost (iz odtisov Vickersove piramide) in drugo.
Za Al2O3 sta ugotovila, da se z zmanjšanjem kristalnih zrn zmanjša faktor obrabe, torej poveča obrabna obstojnost. Nadalje, vlažen zrak ali tekoča voda med stičnima površinama zmanjšata koeficient trenja, kar v glavnem vodi do zmanjšanja faktorja obrabe. Faktorja obrabe Al2O3 in kompozita Al2O3/TiC sta podobna, obraba ZrO2 pa je večja, ker pokažejo SEM-slike večjo površinsko razpokanost obrabne površine ZrO2 v primerjavi s prvima dvema keramikama. Za boljšo obrabno obstojnost Al2O3 pri manjših zrnih so zelo pomembne mehanske lastnosti mej med kristalnimi zrni, kar se kaže npr. v razmerju števila poti razpok po sredi zrn ali med njimi.
Z delčnimi homogenimi ali plastnatimi kompoziti Al2O3/ZrO2 lahko združimo prednosti obeh keramičnih komponent za doseganje večje zanesljivosti umetnih sklepov.(5,9) Novak in sodelovaci so razvili simetrične plastnate kompozite Al2O3/ZrO2 (ZrO2 stabiliziran z Y2O3) s tremi do sedmimi plastmi, tako da sta zunanji plasti iz Al2O3, delež ZrO2 pa se v notranjih plasteh povečuje. S tem so kombinirali veliko trdoto in obrabno obstojnost zunanjih plasti z veliko žilavostjo in upogibno trdnostjo notranjih plasti. Takšna sestava, kjer imajo notranje plasti večji prostorninski delež ZrO2 kot zunanje, pa ima še eno posledico. Koeficient temperaturnega raztezanja ZrO2 je večji kot pri Al2O3, zato bi se notranje plasti pri ohlajanju od temperature sintranja do sobne temperature bolj skrčile kot zunanje, če bi bile proste. Ker pa so plasti povezane in se vse enako skrčijo, nastanejo v notranjih plasteh natezne preostale termične napetosti, v zunanjih plasteh pa tlačne. Le-te so za optimalne sestave plastnatih kompozitov v zunanjih dveh Al2O3-plasteh enake več 100 MPa (negativne!). Zunanje tlačne napetosti še povečajo efektivno upogibno trdnost kompozita,(13) povečajo pa tudi obrabno obstojnost zunanjih površin.(9)
Obrabne preskuse kompozitov so Novakova in sodelavci izvedli na napravi TE77, Phoenix Tribology Ltd., Newbury, Anglija, in sicer z drsnim trenjem kompozitnih valjastih vzorcev (premer 36 mm, debelina 5 mm, ravne plasti razvrščene po debelini) ob 10-milimetrske kroglice iz Al2O3, pri tem pa so bili vzorci potopljeni v destilirano vodo. Vzorci so bili pritrjeni v epoksi-smoli v nosilcu, gibanje kroglice Al2O3 pa je bilo enodimenzionalno drsno nihanje s hodom 7 mm in frekvenco 1 Hz. Normalna sila je bila Fn = 50 N, trajanje preskusov t = 2 h, kar je pomenilo relativno drsno razdaljo ^ ~ 100 m. Naprava je sproti merila silo trenja in z njo koeficient trenja. Sledi
obrabe in obrabni volumen v vzorcih so izmerili z optičnim mikroskopom in profilometrom. Napetosti v posameznih plasteh so analizirali z rentgensko analizo (XRD) in nevtronsko difrakcijo. Tribo-pasti so preučili s SEM. Ugotovili so, da tlačne zunanje napetosti zmanjšajo število razpok v zunanjih plasteh, zmanjšajo količino odkruškov in s tem tudi debelino tribo-plasti, naredijo triboplast gladkejšo, s tem pa zmanjšajo koeficient trenja in dodatno povečajo obrabno obstojnost.
Novakova in sodelavci so izdelali tudi prototipno glavico kolčne proteze na osnovi plastnatega kompo-zita Al2O3/ZrO2. Pri izdelavi takšnih kompozitov in njihovih izdelkov pa je treba biti previden: prevelik prostorninski delež ZrO2 v notranjih plasteh sicer poveča velikost ugodnih tlačnih napetosti v zunanjih plasteh, a poveča tudi natezne napetosti v notranjih plasteh, ki lahko povzročijo tunelske razpoke, le-te pa seveda močno zmanjšajo upogibno trdnost kompo-zita.(14) Eksperiment in račun sta pokazala, da je varna meja okrog 20 % prostorninskega deleža ZrO2 v najbolj notranji plasti.
Ker se aluminijev oksid uporablja tudi v zobni protetiki, čeprav manj kot cirkonijev oksid, so Kalin in sodelavci raziskali obrabo sintetičnega hidroksiapatita (HA) pri drgnjenju ob aluminijev oksid.6 Hidro-ksiapatit je namreč glavni sestavni del zobne sklenine, izdelava in priprava vzorcev iz umetnega HA pa je enostavnejša. Uporabili so mešanico Ceratite (NGK, Spark Plug Co. Ltd., Nagoya, Japonska), ki je vseboval 70 % masnega deleža pravega hidroksiapatita, Ca10(PO4)6(OH)2, in 30 ^-trikalcij fosfata (TCP). Za keramiko Al2O3 so vzeli vrsto In-Ceram (Vita Zahnfabrik, Bad Säckingen, Nemčija), ki se na splošno uporablja v zobni protetiki in vsebuje tudi infiltrirano lantan-aluminosilikatno steklo (le-to se nahaja na mejah med kristalnimi zrni Al2O3). Pri obrabnih preskusih so drgnili HA-palčke dimenzij 5 mm X 5 mm x 15 mm z zaobljeno stično površino ob valje Al2O3, in sicer v destilirani vodi. Parametri obrabe so bili: drsna hitrost v = 2,5 mm/s, sila Fn = 10 N, 20 N ali 30 N, drsna razdalja od 5 = 3 m do 20 m. Za merjenje obrabnega volumna so uporabili optični profilometer, za pregledovanje triboplasti in delčkov odkruškov (pobranih iz vode) pa mikroskopijo SEM, TEM in AFM.
Ugotovili so, da se površina Al2O3 skoraj nič ne obrablja in da k njeni obrabi prispeva le steklasta faza, na površini pa se ne tvori triboplast. Faktor obrabe HA je 1,1 ■ 10-5 mm3/J = 1,1 ■ 10-14 m3/J, in ta vrednost se uravnovesi nekako po 3 m drsne razdalje, podobno kot koeficient trenja, ki so ga sproti merili. Triboplast na obrabljenih površinah HA vsebuje različne strukture, njeni glavni elementi pa so kalcij, fosfor in kisik.
Liu in sodelavci so ugotovili, da dodatek 6 % (pro-storninski delež) diopsida, MgCa(SiO3) 2 precej izboljša triboloske lastnosti keramike Al2O3. Obrabne preskuse so izvedli z rotacijskim drgnjenjem koluta iz ogljikovega jekla HRC 38-45 z notranjim radijem 35 mm in zunanjim radijem 50 mm ob kvadraste vzorce dimenzij 5 mm x 8 mm x 16 mm. Normalno silo so spreminjali od 50 N do 200 N, rotacijsko frekvenco jeklenega koluta pa od 40 r/min do 160 r/min. Silo in koeficient trenja so izmerili z meritvijo navora na kolut med vrtenjem, zmanjšanje prostornine vzorcev pa z optičnim profilometrom.
Med drugim so potrdili splošno znano dejstvo, da pri večjih silah Fn nastane bolj izrazito puljenje celih zrn, s čimer se močno poveča obraba. Zmanjšanje prostornine pa ni preprosto sorazmerno s silo Fn pri nespremenjenih drugih pogojih, saj je med drugim tudi koeficient trenja odvisen od Fn. Njihova najpomembnejša ugotovitev pa je verjetno ta, da se faktor obrabe k = 1015 m3/J za čisti Al2O3 pri danih pogojih preskusa zmanjša na desetino vrednosti pri 12-odstotnem deležu diopsida.
3 MERITEV OBRABNE OBSOJNOSTI KORUNDNE KERAMIKE NA ODSEKU ZA INŽENIRSKO KERAMIKO
Ker na Odseku za inženirsko keramiko (K6) na Institutu "Jožef Stefan" nimamo komercialne naprave za merjenje obrabne obstojnosti keramike, smo se zatekli k improvizaciji. Zaradi sodelovanja z industrijo (AET, Tolmin) nas je zanimala obrabna obstojnost aluminijevega oksida Al2O3. Obrabne preskuse lahko naredimo kar na napravi za poliranje keramičnih vzorcev, če poskrbimo za ponovljive pogoje preskušanja. Značilni postopek izdelave keramičnih valjastih vzorcev (tablet) je naslednji: vhodne prahove najprej meljemo z artritorskim mlinom 1 h v izopropanolu. Nato jih enoosno stisnemo v valjastem kalupu s silo 4900 N, nato pa izostatsko stisnemo pri sobni temperaturi (CIP = cold isostatic pressing) pri tlaku 740 MPa. Vzorce sintramo 3 h pri temperaturi 1640 °C v zraku pri normalnem tlaku. Pripravili smo vzorce premera okrog 16,5 mm in višine okrog 4,5 mm, jih prilepili z lepilom Wax (tališče pri okrog 95 °C) po tri na nosilec, jih spolirali na več polirnih ploščah, nazadnje pa še z diamantno pasto z delci velikosti 3 pm. Potem smo vzorce odlepili, jih očistili z ultrazvokom v acetonu, jih stehtali in ponovno prilepili na nosilec.
Naredili smo 5-minutni obrabni preskus pri stalni normalni sili in frekvenci vrtenja spodnje polirne plošče in nastavka za nosilec z vzorci (slika 1). Vzorce smo drgnili ob smirkov papir, na katerega smo zlivali suspenzijo deonizirane vode in diamantne paste s povprečno velikostjo zrn 45 pm. Nazadnje smo vzorce odlepili, očistili in spet stehtali. Masa vsakega vzorca pred poliranjem in obrabnimi preskusi je bila okrog 3,5 g, zmanjšanje njegove mase pa nekaj stotink grama, kar smo lahko brez težav izmerili na laboratorijski tehtnici. Nismo uporabili enačbe (1) za faktor obrabe, ker nismo poznali sile Fn, razen tega, daje bila zaradi posebnega mehanizma vpetja noslica vzorcev stalna. Ker so bili vsi pogoji za vse vzorce enaki, nam je zadostovala primerjava zmanjšanja njihove prostornine. Izračunali smo prostorninsko obrabo na enoto časa:
w =
dV
dt
Am Pt
(2)
Slika 1: Fotografija nosilca s tremi belimi keramičnimi vzorci (a) in polirne naprave z nosilcem med prvo stopnjo obrabnih preskusov, s predhodnim poliranjem vzorcev na eni od treh polirnih plošč (b). Pri poliranju in obrabnem preskusu se vrtita spodnja plošča in nosilec z vzorci.
kjer j^ Am zmanjšanje mase med preskusom^ gostota, izmerjena po Arhimedovi metodi, t = 5 min pa čas preskusa.
Izmerili smo obrabno obstojnost osem vrst keramike Al2O3 z raznimi dodatki, katerih sestavo - masne deleže prikazuje tabela 1. Keramiko z oznakami od 1 do 7 smo izdelali sami ali pa v podjetju AET iz Tolmina, s katerim sodelujemo pri optimizaciji Al2O3-keramike, medtem ko je keramika z oznako 8 iz
nemškega podjetja Martinswerk in smo jo vključili v študij obrabne obstojnosti zaradi primerjave. Keramike 5-7 imajo enako sestavo, vendar je bilo nekaj razlik v postopku njihove izdelave. Za preverjanje ponovljivosti rezultatov smo za vsako vrsto keramike naredili po dva preskusa s po tremi vzorci. V zadnjem stolpcu tabele 1 je podana teoretična gostota keramike, izračunana na osnovi znanih gostot njenih sestavin. Dejanska gostota, izmerjena po Arhimedovi metodi, je manjša od teoretične, ker ima keramika poroznost med 3 % in 5 % (tabela 2).
Tabela 1: Sestava keramičnih vzorcev Al2O3 (v masnih deležih (%)) in njihova teoretična gostota
Oznaka	Al2O3 (%)	Steatit (%)	Drugo	Pteo (g/cm3)
1	97	3	-	3,93
2	94,08	3,92	ZrSiO4 : 2	3,92
3	94,08	5,92	-	3,875
4	94,08	3,92	AlTiO3 : 2	3,98
5	96	4	-	3,91
6	96	4	-	3,91
7	96	4	-	3,91
8	96	-	SiO2 : 1.9 CaO : 1.3 MgO : 0.8	3,93
Slika 2: Površina Al2O3-keramike z oznako 1 po 5-minutnem obrabnem preskusu. SEM-mikroskop Jeol JSM-5800, povečava 1000-kratna, pospeševalna napetost elektronov 15 kV
Razen obrabne obstojnosti in relativne gostote različnih vrst keramike smo izmerili tudi njeno trdoto Hv z Vickersovim odtisom pri normalni sili 49 N in povprečno velikost zrn d iz SEM-slik poliranih in termično jedkanih vzorcev. Rezultati so prikazani v tabeli 2.
Keramiko z oznako 6, ki ima 4 % steatita, navadno pripravljajo v podjetju AET.
SEM-posnetek na sliki 2 prikazuje značilno površino keramike Al2O3 po obrabnem preskusu. Vidimo lahko raze na posameznih zrnih in velike votline, ki so znak puljenja celih zrn s površine.
4	SKLEP
Iz tabele 2 so tudi z upoštevanjem standardne deviacije razvidne razlike v hitrosti obrabe w različnih keramik. Očiten je vpliv deleža steatita (primerjava keramik 1, 3 in 6): z zmanjšanjem deleža steatita se poveča obrabna obstojnost (manjši w). Steatit se namreč nahaja med kristalnimi zrni čistega Al2O3 in verjetno oslabi meje kristalnih zrn. Ni pa videti za te tri keramike korelacije med obrabno obstojnostjo in drugimi veličinami v tabeli 2, kot je trdota. Če pa primerjamo keramike 5-7 z enako sestavo, a nekoliko različno pripravo, ugotovimo, da ima keramika 6 največja kristalna zrna in najmanjšo obrabo. To je v nasprotju z rezultati Roya, Krella in sodelavcev, ki so ugotovili manjšo obrabo za keramiko s submikro-metrskimi kristalnimi zrni v primerjavi s keramiko z večjimi zrni. Vendar so že Roy in sodelavci glede na svoje vire opozorili, da so si rezultati odvisnosti obrabne obstojnosti keramike od povprečne velikosti njihovih kristalnih zrn za nadmikrometrska zrna v literaturi nasprotujoči.'11' Rezultati so res močno odvisni tudi od pogojev in izvedbe obrabnih preskusov.
5	LITERATURA
1Birkby I., Harrison P., Stevens R., J. Eur. Ceram. Soc. 5, (1989) 37-45
2Fischer T., Anderson M. P., Jahanmir S., J. Am. Ceram. Soc. 72 (2), (1989) 252-257
3Krell, D. Klaffke, J. Am. Ceram. Soc. 79 (5), (1996) 1139-1146
Tabela 2: Rezultati meritev relativne gostote, velikosti kristalnih zrn, trdote in hitrosti obrabe po enačbi (2). Poleg povprečnih vrednosti so podane tudi standardne deviacije teh veličin.
Oznaka	Posebnost	p/pth	d	Hv	w
		(%)	(Mm)	(GPa)	(mm3/min)
1	manj steatita	96,65 ± 0,58	5,65 ± 3,31	12,2 ± 0,5	1,58 ± 0,26
2	ZrSiO4	95,03 ± 0,57	7,28 ± 3,74	10,05 ± 0,35	2,44 ± 0,26
3	več steatita	94,77 ± 0,67	4,65 ± 2,45	9,9 ± 0,65	2,72 ± 0,14
4	AlTiO3	95,72 ± 0,36	11,13 ± 6,07	10,25 ± 0,4	1,91 ± 0,20
5	ni mletja	95,80 ± 0,38	3,67 ± 1,93	12,35 ± 0,45	3,30 ± 0,31
6	-	95,14 ± 0,45	6,35 ± 3,11	11,6 ± 0,6	1,79 ± 0,17
7	ni mletja, CIP	95,64 ± 0,40	3,83 ± 2,30	12,9 ± 0,5	2,45 ± 0,07
8	Martinswerke	97,24 ± 0,40	-	12,9 ± 0,4	2,15 ± 0,15
4Gee M. G., Jennett N. M., Wear 193 (2), (1996) 133-145	1"Liu C., Zhang J., Sun J., Zhang X., J. Eur. Ceram. Soc., v tisku (2007)
5Morita Y., Nakata K., Ikeuchi K., Wear 254 (1-2), (2003) 147-153	11Singha Roy R., Guchhait H., Chanda A., Basu D., J. Eur. Ceram. Soc.,
6Kalin M., Hockey B., Jahanmir S., J. Mater. Res. 18 (1), (2003) 27-36	v tisku (2007)
7Basu B., Vleugels J., Van der Biest O., J. Eur. Ceram^. Soc. 24 (7),	12Lange F. F., J. Mater. Sci. 17 (1), (1982) 225-262
(2004)2031-2040	13Ambroži~ M., Kosma~ T., J. Amer. Ceram. Soc. 90 (5), (2007)
8Kerkwijk B., Garcia M., van Zyl W. E., Winnubst L., Mulder E. J.,	1545-1550
Schipper D. J., Verweij H, Wear 256, (2004) 182-189	14Berani~ Klop~i~ S., Ambroži~ M., Kosma~ T., Novak S., J. Eur.
9Novak S., Kalin M., Lukas P., Anne G., Vleugels J., Van der Biest O.,	Ceram. Soc. 27, (2007) 1333-1337 J. Eur. Ceram. Soc. 27 (1), (2007) 151-156