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初识陶瓷耐磨材料碳化硅(一)

所属分类:公司新闻    发布时间: 2021-11-09    作者:admin
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目前常用的耐磨材料主要有金属耐磨材料、高分子耐磨材料、陶瓷耐磨材料等。金属耐磨材料具有较高的强度、较高的硬度、较高的韧性和较高的耐磨损性等一系列优异的特性,经历了高锰钢、普通白口铸铁、镍硬铸铁到高铬铸铁的几个阶段。到目前为止,性能.优异的有耐磨钢、耐磨铸铁两大类。其中耐磨钢除了传统的奥氏体锰钢及改性高锰钢、中锰钢以外,根据碳含量的不同又通常分为中碳、中高碳、高碳合金耐磨钢;根据合金元素含量的不同又分为低合金、中合金及高合金耐磨钢;根据组织结构的不同又分为奥氏体、贝氏体、马氏体耐磨钢。耐磨铸铁中的普通白口铸铁、低碳白口铸铁已基本面临淘汰,已发展到了低合金白口铸铁和高合金白口铸铁两大类但金属耐磨材料在高温环境下易氧化、耐酸碱性较差、重量笨重、价格较高的缺点使其在苛刻环境下的使用受到了限制。高分子耐磨材料具有较低的密度、优良的力学性能、优良的减摩、耐磨、自润滑性能,可以提高摩擦零部件的可靠性和耐久性。其作用原理是利用其低摩擦系数使之润滑,减少相互间摩擦阻力。其类别主要包括耐磨尼龙、聚氨酯、高分子聚乙烯衬板、聚胺脂衬板、含油尼龙衬板、稀土尼龙衬板、A3衬板等。但高分子耐磨材料的主要缺点是存在吸水性差、尺寸稳定差、热变形温度低导致使用温度低、干摩擦时有较高的摩擦因数等缺点,限制了广泛的应用。




陶瓷耐磨材料具有高温抗氧化性、耐酸碱、耐腐蚀、硬度高等一系列在高温方面使用金属和高分子耐磨材料所不具有的优势,在生产应用当中得到了广泛的推广。通常包括刚玉、碳化硅、金刚石等。刚玉,与碳化硅相比关键的一点是硬度没有碳化硅高。刚玉耐磨陶瓷材料广泛应用于炼钢铁厂的除尘管道、混合料料仓、混合圆筒等;火电厂磨煤和除灰系统中的粗、中、细粉旋风分离器、一次煤粉所用的风管、弯头、烟道、排粉机蜗壳、球磨机出口零部件、除灰排渣系统等;水泥厂所用的选粉机、溜槽、风机等;港口码头所用的卸船机、装船机、料斗上等各种工业设备。刚玉耐磨陶瓷的制备技术相对比较成熟,应用也比较广泛。但是,缺点是制备过程通常是液相烧结或者固相烧结,特别是在制备大部件和复杂形状制品时,由于制品本身质量较大再加上液相的存在往往导致其在高温烧结过程中容易发生变形,或者在固相烧结中体积收缩引起制品局部产生较大裂纹或变形,这就在很大程度上限制了其应用。金刚石,是自然界.硬的物质,硬度 10,..硬度是石英的 1000 倍,刚玉的 150倍。承受力.大,平均每平方毫米可承受 10 吨的压力。抗磨性.强,耐强酸强碱腐蚀。主要应用于切削刀具、钻头、抛光砂纸、拉丝模具、和其它特殊仪器原件等。高温下容易产生氧化和碳化而降低其硬度和耐磨性,且与碳化硅相比,价格较高,限制了它的应用范围。碳化硅具有高弹性模量、高强度、高硬度、高热导、低热膨胀、高抗热震性、耐磨损和耐腐蚀等一系列优良性能,并且价格低廉。碳化硅陶瓷所具备的这些优良性能使其可以应用在金属耐磨材料或高分子耐磨材料不能胜任的场所,在耐磨领域中展示着重要的应用前景。

碳化硅耐磨材料的结构与性能自从美国人阿奇逊在1891年偶然发现SiC材料以来,SiC已成为人们广泛利用的非氧化物陶瓷材料。SiC是以共价键为主的共价化合物,由于硅与碳两元素在形成SiC晶体时,SiC原子中S→P电子的迁移导致能量稳定的sp3杂化排列,从而形成具有金刚石结构的SiC。因此它的基本单位为四面体。所有SiC均由SiC四面体堆积而成,所不同的是平行结合还是反平行结合。SiC大概有100种变体,如а-SiC、β-SiC、4H-SiC、15R-SiC和6H-SiC等,所有这些变形体结构又可分为立方晶系、六方晶系、和菱形晶系。其中а-SiC、β-SiC.为常见。а-SiC是高温稳定型,β-SiC是低温稳定型。当温度低于1873K时,SiC以β-SiC的形式存在。当高于1873K时,β-SiC就会渐渐变成а-SiC的各种多型体。碳化硅陶瓷的晶体结构决定了碳化硅有耐高温(2200K 以上)、高弹性模量、抗渣能力强、耐冲刷性能、高热导、低热膨胀、耐磨损、优异的热稳定性、抗氧化性较强并具有较高的高温强度。如果从效益方面来进行分析,碳化硅用作机械密封圈来使用,是刚玉、WC -Co 类材料寿命的 3-5 倍,碳钢材料的 20-40 倍。若作为冲蚀磨损机械衬板使用,寿命是刚玉陶瓷的 4-7 倍。已经在石油、化工、机械、核能等领域大显身手,在电子、电气、航空航天等高新技术行业也备受青睐。因此日益受到人们的重视。