Tribological Tayloring of Ceramic Composites

With respect to their excellent material properties ceramics are of interest as candidate materials for tribological applications. The friction and wear behaviour of ceramics is often superior to that of metallic materials. Furthermore, an essential improvement of tribological performance will be possible by tailoring of ceramics in the process of powder preparation and sintering technique. Silicon Carbide (SiC) shows interesting friction and wear behaviour at room temperature, even under unlubricated running conditions but is very sensitive against effects of environmental humidity and shows high friction and high wear in the absence of water vapour. The tribological performance of SiC can be improved considerably by adding substantial amounts of TiC and TiB2 to the microstructure thus creating ceramic particulate composite materials. Various composites in the quasi ternary system SiC-TiC-TiB2 were prepared by a ceramic manufacturing process including sintering temperatures up to 2180 °C. Comparative tribo tests were performed under unlubricated oscillating sliding motion in dry, normal, and moist air and under water lubrication with SiC balls and Al2O3 balls as counter bodies. The friction is affected by the relative humidity (RH) but barely at all by the composition of the composites. The wear resistance of the composites was found to be improved considerably by addition of TiB2 in the range from 20 to 60 %. The highest wear resistance of the system wear was found when Al2O3 was used as counter body material. Tribologisches masschneidern von keramischen Kompositen Angesichts ihrer hervorragenden Materialeigenschaften gelten Keramiken als potentielle Materialien fur tribologische Anwendungen. Das Reibungs- und Verschleisverhalten von Keramiken ist haufig besser als das metallischer Werkstoffe. Zudem lassen sich die tribologischen Eigenschaften durch eine entsprechende Anpassung des Pulverherstellungs- und –sinterverfahrens deutlich verbessern. Siliziumkarbid (SiC) verfugt bei Raumtemperatur auch unter ungeschmierten Kontaktbedingungen uber ein interessantes Reibungs- und Verschleisverhalten, reagiert allerdings auserst empfindlich auf Umgebungsfeuchtigkeit. Ist kein Wasserdampf vorhanden, sind Reibung und Verschleis hoch. Die tribologischen Eigenschaften von SiC konnen durch Zugabe betrachtlicher Mengen TiC und TiB2, wodurch ein keramischer Teilchenverbund entsteht, deutlich verbessert werden. Verschiedene Komposite im quasiternaren System SiC-TiC-TiB2 wurden mit Hilfe eines keramischen Produktionsverfahrens bei Sintertemperaturen von bis zu 2180 °C hergestellt. Vergleichende tribologische Versuche wurden unter ungeschmierter oszillierender Gleitbeanspruchung in trockener, normaler und feuchter Luft sowie unter Wasserschmierung mit SiC und Al2O3-Kugeln als Gegenkorper durchgefuhrt. Die Reibung wird von der relativen Feuchtigkeit, aber kaum von der Zusammensetzung der Komposite beeinflusst. Der Verschleiswiderstand der Komposite wurde durch Zugabe von TiB2 im Bereich von 20 und 60 % deutlich verbessert. Am hochsten war der Verschleiswiderstand bei der Verwendung von Al2O3 als Gegenkorpermaterial.