Die Anwendung neuer verschleißbeständiger Keramikmaterialien in Industrieanlagen und Rohrleitungen nimmt aufgrund ihrer hervorragenden Leistung immer weiter zu.Durch Ersetzen von gewöhnlichen Metallmaterialien, die Lebensdauer und die kontinuierliche Produktionskapazität der Geräte erheblich verbessert.In der heutigen Zeit sind verschleißbeständige keramische Bauteile im Bereich der Ingenieurkeramik sowohl im In- als auch im Ausland hauptsächlich aus Materialien wie Aluminiumoxid, Zirkonium, Siliziumkarbid,und Siliziumnitrid.

Unter ihnen sind Aluminiumkeramiken mit guter Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, mechanischen Eigenschaften, hervorragender Produktionskapazität und sehr erschwinglich.Sie eignen sich sehr gut für industrielle Anwendungen und sind zu einem der am häufigsten verwendeten verschleißfesten Materialien in diesem Bereich gewordenSie sind überall in freien und ungezügelten Situationen zu sehen, wie z. B. bei Erzbrenn- und Verarbeitungssystemen, Rohstoffschleifsystemen und Hochgeschwindigkeitsschnitten.

Das Geheimnis der Verschleißfestigkeit von Aluminiumseramiken

Evans has conducted a systematic study on the factors affecting the wear rate of ceramic materials and found that the hardness and fracture toughness of ceramic materials are the key factors affecting their wear rate, und keramische Materialien mit hoher Härte und Bruchfestigkeit haben eine geringere Verschleißrate.Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern haben umfangreiche Untersuchungen zur Verbesserung der Härte und Bruchfestigkeit von Keramikmaterialien durchgeführt, die in folgenden Aspekten analysiert werden können:

1 Keramikkorngröße

Es gibt zwei Arten von Aluminiumkeramikmaterialien: Einphasenkeramik und Mehrphasenkeramik (d. h. Hinzufügen einer zweiten Phase zur Matrix).Im Bereich der Forschung über den Zusammenhang zwischen Korngröße und tribologischen Eigenschaften von Keramik, untersuchten die Forscher hauptsächlich den Einfluß der Korngröße der Matrixphase (oder zweiten Phase) auf die tribologischen Eigenschaften der Keramik.

Roy u. a. studied the friction and wear performance of submicron and micrometer scale single-phase alumina ceramics in biological environments and found that the wear rate of submicron ceramics in bovine serum albumin environment was much lower than that of micrometer scale ceramics, und die Mikrokrecke bei Submikronkeramik waren signifikant geringer als bei Grobkörner-Aluminiumkeramik.Sedlacek et al. untersuchten die Wirkung verschiedener Aluminiummatrixkorngrößen auf die Verschleißleistung, wobei die Aluminiummatrixkorngrößen zwischen 0,8 und 4μDie Variation zwischen m und der zweiten Phase SiC ist auf der Nanoskala.Untersuchungen haben gezeigt, dass die Verschleißfestigkeit von Aluminiumoxidmatrizen in Submikrongröße besser ist als die von Nano-Kompositkeramik mit Mikrometerkorngröße;Wenn die Matrixkörner auf der Submikronskala liegen, gibt es keinen signifikanten Zusammenhang zwischen Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit.während die Verschleißrate von Aluminium-Verbundkeramik mit einer Matrix im Mikrometermaßstab mit zunehmender Härte abnimmt.

Aus den vorstehenden Beispielen geht offensichtlich hervor, daß die Veredelung von Körnern wirksam zur Verbesserung der Einheitlichkeit der Materialstruktur beitragen kann.einschließlich der Erhöhung der Materialdichte und der Verringerung von Materialfehlern.

2 Material der zweiten Phase

Auf dem Gebiet der Forschung über die tribologischen Eigenschaften von Aluminiumoxid-Mehrphasenkeramik, Komponentenverbindung, die durch Hinzufügen verschiedener zweiter Phasen, Partikel (oder Wimpern) zusammengesetzte Materialien bildet,ist auch der wichtigste Weg, um die tribologischen (oder schneidenden) Eigenschaften von Aluminiumkeramik zu verbessern.Nach verschiedenen Einflussmechanismen kann es in verschiedene Arten unterteilt werden, darunter den zweitephasigen selbstschmierenden Mechanismus, den zweitephasigen Korngrenzverstärkungseffekt,und der Reaktionsmechanismus der zweiten Reibungsphase.

● Selbstschmiermechanismus zweiter Phase.Einführung von festen Schmierstoffen der zweiten Phase wie Graphit, CaF2, PbWO4, MoS2, BN,und weiche Metalle in die keramische Matrix Al2O3 können den Reibungskoeffizienten des Materials effektiv reduzieren und seine tribologischen Eigenschaften verbessern.In die Al2O3/TiC-Verbundkeramikmatrix wurde 10% CaF2-Festschmiermittel eingeführt, und CaF2 wurde extrudiert und auf die Reiboberfläche beschichtet, um einen selbstschmierenden Film zu bilden.Die selbstschmierende Folie kann die Haftung zwischen dem Material und dem Reibungspaar wirksam verhindern, reduziert den Reibungskoeffizienten und spielt eine selbstschmierende Rolle.

Die zweite Phase ist der Korngrenzeffekt.Einführung einer zweiten Phase (hauptsächlich Partikel und Schnurrlinge) in die Aluminiumkeramikmatrix,Verwendung der Differenz im thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dispergierten Partikeln und dem Matrixmaterial, erzeugt während des Kühlprozesses der Materialzubereitung Restspannungen, wodurch der Effekt der Stärkung der Korngrenzen erreicht wird.Sie müssen nicht nur die inhärente Korngrenzenergie des Matrixmaterials überwinden., aber auch die zusätzliche Energie, die durch die verbleibende Druckbelastung erzeugt wird, wodurch der Rissverbreitungswiderstand erhöht wird.

Aufgrund des geringeren thermischen Expansionskoeffizienten der Teilchen der zweiten Phase im Vergleich zur Matrix treten während der Materialkühlung Volumenwirkungen auf.Das führt zu Mikrorissen um die Teilchen der zweiten Phase., was eine Rissdeflexion induziert und mehr Energie für die Rissverbreitung verbraucht;Darüber hinaus sind die Teilchen der zweiten Phase im Allgemeinen annähernd kugelförmig, was die Rissspitze passiviert, die Spannungskonzentration reduziert und die Ausbreitung von Rissen verhindert.Auf diese Weise werden die Reibungseigenschaften des Materials verbessert.

Der zweite Reaktionsmechanismus der Reibung.The mechanism of the second phase frictional chemical reaction refers to the chemical reaction between the second phase doped in the Al2O3 matrix and the gas in the air (mainly oxygen) or with the friction pair material during friction, wodurch ein Schmierstofffilm entsteht und der Reibungskoeffizient des Materials verringert wird, wodurch die Reibungsmerkmale des Materials verbessert werden.

Einführung von TiB2-Partikeln in eine Al2O3-Keramikmatrix zur Herstellung von Al2O3/TiB2-Verbundwerkzeugen für das KeramikschneidenEs wurde bei Schnittversuchen mit 45# gehärtetem Stahl festgestellt, daß bei einer Schnittgeschwindigkeit von mehr als 120 m/min, d. h. bei einer Schneidtemperatur von mehr als 800 °C, reagiert TiB2 in Al2O3/TiB2 zusammengesetzten keramischen Schneidwerkzeugen mit Sauerstoff und erzeugt TiO2 und B2O3.Aufgrund des viel geringeren Elastizitätsmoduls und der viel geringeren Härte von TiO2 im Vergleich zum Matrixmaterial, wird die Scherfestigkeit des Werkzeugs verringert, was zu einer Verringerung des Reibungskoeffizienten des Materials führt, wodurch der Klebstoffverschleiß des Werkzeugs verringert und die Verschleißfestigkeit des Werkzeugs verbessert wird.

3 Tribologischer Mechanismus

Die Reibungsmechanismen von Aluminiumkeramik sind in verschiedenen Anwendungsfällen unterschiedlich.Daher sollten verschiedene Stärkungsmethoden kombiniert werden, um die Behandlung entsprechend anzupassen..

Der Verschleißmechanismus von Al2O3/TiB2-Keramikschneidwerkzeugen beim Niedriggeschwindigkeitstrockenschneiden ist durch Klebstoffverschleiß und Schleifverschleiß gekennzeichnet.Beim Hochgeschwindigkeitstrockenschneiden zeigt sich der Verschleißmechanismus des Werkzeugs als Oxidationsverschleiß.Die Reaktionsfolie, die durch Reibungschemikalien auf der Werkzeugoberfläche entsteht, spielt eine feste Schmierfunktion.Mit zunehmendem TiB2-Gehalt und mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit wird die Reaktionsfolie stärker reibungs- und verschleißfest.

Die tribologischen Eigenschaften von keramischen Werkzeugmaterialien auf Al2O3-Basis hängen mit der Art der Zusatzstoffe zusammen und ihre Verschleißfestigkeit ist in absteigender Reihenfolge: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N) und Al2O3/TiC;Die Reibungseigenschaften des Materials hängen mit seiner Härte (H), seinem Elastizitätsmodul (E) und seiner Bruchfestigkeit (KIC) zusammen.Die Verschleißrate W steigt mit zunehmender E/H und sinkt mit zunehmender KIC;Der Verschleißmechanismus von keramischen Werkzeugmaterialien aus Al2O3/TiC ist hauptsächlich durch Klebstoffverschleiß bedingt, während der Verschleißmechanismus von keramischen Werkzeugmaterialien aus Al2O3/Ti (C, N) und Al2O3/SiCw hauptsächlich durch Schleifverschleiß bedingt ist.

Die Anwendung von verschleißbeständiger Aluminiumoxidkeramik

1 Anwendung in Material- und Kohlentransportsystemen

Der Verschleiß der Ausrüstung von Kohle- und Materialtransportsystemen wird hauptsächlich durch Aufprallkraft und Reibung verursacht, wobei die Verschleißteile Trennschrauben, Tees und Kohle-Rutsche sind.Diese Teile sind extrem anfällig für Verschleiß und sogar Verschleiß.Bei Kraftwerken und Zementwerken, in denen ausgekleidete Manganstahlplatten verwendet werden, beträgt die Nutzungsdauer im Allgemeinen etwa 6 Monate, und sie sind anfällig für Kohleanstick und Pulverblockade.Obwohl die Verwendung von Polyethylenblechen mit sehr hohem Molekülgewicht nicht leicht zu blockieren ist, sind ihre Stoß- und Verschleißfestigkeit nicht so gut wie die von Manganstahlblechen.Vor allem, wenn Kohlenpulver und Zementpartikel in die Verbindung zwischen der Auskleidung und der Stahlplatte gepresst und abfallen..Der Einsatz von verschleißbeständiger Aluminiumoxidkeramik wird die Lebensdauer erheblich verbessern, die Sicherheit der Produktion und die wirtschaftlichen Vorteile erheblich verbessern.

2 Anwendung im Frässystem

Der Verschleiß der Kohlenpulverproduktionsanlage in Kohlekraftwerken wird hauptsächlich durch Kollisionen von Kohlenpulver und Schlagverschleiß verursacht.Der hohe Luftstrom von Kohlenpulver verursacht einen starken Verschleiß des Kohlemühlenausgangs, des Eingangs und des Ausgangs des groben und feinen Pulvertrenners sowie des primären Luftkanals des Pulvergeräts.Das gleiche Phänomen tritt in der Luftkanalbiegung des Pulverwahlsystems der Zementanlage auf.Die Verwendung von verschleißbeständigen Aluminiumkeramiken wird sich positiv auf die tatsächliche Produktion auswirken.

3 Anwendung in Asche- und Schlackensystemen

In Kraftwerken, die hydraulische Ascheentfernung und Schlackeentladungssysteme verwenden, sind die Ein- und Auslassrohren wie Aschepumpen, Aschengräben und Düsen stark abgenutzt.Nach Verwendung von verschleißfestem Aluminium, die Lebensdauer ist lang und die Verschleißfestigkeit gut, wodurch Probleme wie schwere mechanische Wartungsaufgaben und schlechte Umwelt gelöst werden.

4 Als Schleifmedium

Aufgrund seiner hohen Härte, moderaten Dichte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und des niedrigen PreisesAluminium-Schleifkugeln werden häufig beim Schleifen und Verarbeiten von Rohstoffen in Industriezweigen wie Zement verwendetSie sind ein hochwertiges Schleifmedium.In der Baukeramik ist die Verschleißwirksamkeit von Aluminiumoxid-Schleifkugeln um 20% bis 40% höher als bei natürlichen Feuersteinen und Kieselsteinen.Mit der Reduzierung der Ressourcen für hochwertige natürliche Kugelsteine und der hohen Verschleißrate von gewöhnlichen Keramikkugeln werden von immer mehr Herstellern Aluminium-Schleifkugeln zunehmend verwendet.

5 Öl- und Gasgewinnung

Aluminiumoxid-abnutzungsbeständige Keramik kann sich an raue Umgebungen anpassen, insbesondere an Keramik mit einem Aluminiumoxidgehalt von mehr als 97% (gemessen an der Masse), die in Bohrgeräten für Öl und Erdgas verwendet werden kann.Typische Anwendungen sind Düsen, Ventilsitze, Regelgeräte, Pumpenzubehör und sogar Bohrgerätzubehör, die in Hochdruckumgebungen, in Erdöl- und Schlammmörteln,und manchmal in Gegenwart von Säuren und Salzen arbeiten, mit strengeren Anforderungen an die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit.