【原创】少花钱就把事给办了,氧化铝做耐磨陶瓷,值!


来源:中国粉体网   山川

[导读]  氧化铝陶瓷具有较好的耐磨性、耐蚀性和机械性能、极好的生产能力,最重要的是,氧化铝陶瓷拥有相对较低的价格,更高的性价比使其在实际运用中更具有竞争力,因此它已经成为了应用最广泛的耐磨陶瓷材料。

中国粉体网讯  新型耐磨陶瓷材料以其优良的性能使之在工业设备及管道上的应用越来越广泛,通过对普通金属材料的替代,使设备的使用寿命、连续生产能力等方面都有了极大的提高。现在国内外工程陶瓷领域的耐磨陶瓷部件多为氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等材质。


(耐磨氧化铝陶瓷,来源:萍乡禾田新材料有限公司)


其中氧化铝陶瓷具有较好的耐磨性、耐蚀性和机械性能、极好的生产能力,最重要的是,氧化铝陶瓷拥有相对较低的价格,更高的性价比使其在实际运用中更具有竞争力,因此它已经成为了应用最广泛的耐磨陶瓷材料。


1、磨损机理


氧化铝陶瓷的磨损机理分为脆性断裂磨损和塑性形变磨损,前者的磨损特点为沿晶断裂的晶粒脱落,后者的磨损特点为穿晶断裂的微观切削,前者的磨损率比后者大得多,人们希望陶瓷的磨损为塑性形变磨损。陶瓷的内部因素对陶瓷塑性形变磨损机理具有重要的影响。氧化铝瓷球是一种摩擦磨损构件,其磨损率受内部因素和外部因素的影响,其中内部因素影响较大。


2、影响耐磨性的因素


氧化铝陶瓷的耐磨性与自身的材料的力学性能、显微结构的协同作用有着密切的关系,即与其内部因素(弹性模量、硬度、断裂韧性、晶粒尺寸、晶界和孔隙率)有关,近年来人们对此进行了大量的研究。陶瓷的韧性和晶粒尺寸是目前研究最多,与耐磨性关系最为密切的内部因素,韧性对氧化铝陶瓷的摩擦磨损影响极大。由于晶粒越小,陶瓷的耐磨性越好,所以耐磨陶瓷正朝微晶化方向发展。但纳米氧化铝陶瓷造价很高,难以在工程应用领域推广使用,所以氧化铝陶瓷耐磨材料的研究重点在几个μm的晶粒尺寸范围内有所突破和发展。



(耐磨氧化铝衬片,来源:淄博启明星新材料股份有限公司)


3、耐磨性的提高


α-Al2O3原料


(1)颗粒的形貌


陶瓷是由压制坯体经高温烧制而成的。坯体由颗粒压制而成,所以陶瓷的烧结不仅是颗粒之间的烧结行为,更重要的是坯体的烧结行为。


表面粗糙的颗粒,比表面积或表面能相对大,所以其烧结驱动力大,易烧结,烧结密度大,孔洞小而少。表面光滑的粒状颗粒,此颗粒比表面积或表面能比较小,因此其烧结驱动力较小,不易烧结,陶瓷的烧结密度比较低,空洞大而多。


(2)颗粒的大小


当晶粒比较细小时,磨损机理主要是发生塑性变形和部分穿晶断裂,产生轻微磨损;晶粒比较粗大时,磨损机理主要是发生晶界断裂,产生严重磨损。所以,晶粒越小,陶瓷的耐磨性越好。因此,应尽可能使用颗粒尺寸小的α-Al2O3原料,以便减小陶瓷的晶粒度。


助烧剂


合适的助烧剂降低烧结温度,改善陶瓷的显微结构,提高力学性能,进而提高瓷球的耐磨性。助烧剂的品质包括数量、物相组成、化学组成和细度等。助烧剂一般采用SiO2-CaO-MgO三元系统进行配方。应尽量避免使用在高温下放出气体和发生相变的助烧剂,以免产生新的缺陷,而影响产品的致密化和合格率,降低产品的竞争力。


成型


采用等静压成型技术,克服其它成型方法空心、分层、密度低和密度不均匀等缺陷。成型压力和保压时间影响生坯的密度、烧结收缩率。因此,要使用合适的原料和科学的成型工艺,确保生坯具有良好的烧结特性。


烧结制度


过高的烧结温度和过长的保温时间都会促进Al2O3晶体生长,液相量增加,这样不但强度下降,耐磨性也会减弱。当然温度太低、烧结密度降低,耐磨陶瓷的耐磨性下降。如果烧结温度不合适,即使Al2O3含量高,耐磨性也不一定好,关键取决于耐磨陶瓷的物相组成和显微结构。采用低温快烧技术,可获得显著的节能效益,同时可抑制氧化铝球的晶粒长大,有利于改善产品强度、韧性,从而提高耐磨陶瓷的耐磨性。


4、耐磨陶瓷的应用


在输料、输煤系统的应用


输煤、输料系统的设备磨损主要是以冲击力、摩擦力为主,磨损部位是分离器挡板、三通、落煤筒。这些部位极易磨损,甚至磨通。电厂及水泥厂采用内衬锰钢板时,使用时间一般为6个月左右,而且容易粘煤、粘粉堵塞;使用超高分子聚乙烯板,虽然不易堵塞,但抗冲击性及耐磨性又不如锰钢板,特别是衬板及钢板接合处有煤粉及水泥颗粒挤入脱落。采用氧化铝耐磨陶瓷会极大地提高使用寿命,给安全生产、经济效益带来显著提高。



(各种形状管道内衬,来源:山东兴和特种材料有限公司)


在制粉系统的应用


燃煤电厂制粉系统的磨损大都以煤粉碰撞,冲击磨损为主。高速煤粉气流对制粉设备的磨煤机出口、粗细粉分离器进出口、一次风管弯头等的磨损特别严重。水泥厂选粉系统风管弯头也有同样现象。通过使用耐磨氧化铝陶瓷,会对实际生产带来积极影响。


在灰渣系统的应用


采用水力除灰排渣系统的电厂,灰渣泵、灰渣沟、喷咀等出入口管段,是磨损严重处,采用耐磨氧化铝陶瓷后,使用时间长,耐磨性能好,解决了机修任务重、环境差等问题。


作为研磨介质


由于较高的硬度、适中的密度、耐磨、耐腐蚀、价格低的特点,氧化铝研磨球被广泛应用于水泥、矿物、陶瓷、电子材料、磁性材料、以及涂料、油漆等行业的原材料的粉磨和加工,是一种优质的研磨介质。在建筑陶瓷行业中,氧化铝研磨球的磨损效率比天然的燧石和鹅卵石提高20%~40%。随着优质天然球石资源的减少,普通瓷球磨损率高的特点,氧化铝研磨球将被越来越多的厂家所使用。


石油天然气开采


氧化铝耐磨陶瓷能够适应恶劣环境下的工作,尤其那些氧化铝含量为97%(质量)以上的陶瓷,能够用于石油和天燃气的钻探设备中。典型的应用是用于喷嘴、阀座、调节装置、泵配件,甚至钻头配件可以在高压环境下、在石油和泥砂浆中振动,有时在有酸和盐存在的情况下工作,对耐磨性及抗腐蚀性的要求更加严格。


参考来源:

[1]陈宏.耐磨陶瓷现状及发展

[2]秦麟卿等.耐磨氧化铝研磨球的生产和应用

[3]陈雷.氧化铝耐磨陶瓷在电厂、水泥厂的应用


(中国粉体网编辑整理/山川)

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作者:山川

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