Nowe materiały ceramiczne odporne na zużycie są coraz częściej stosowane w urządzeniach przemysłowych i rurociągach ze względu na ich doskonałą wydajność.Zastępując zwykłe materiały metalowe, żywotność i ciągła zdolność produkcyjna urządzeń znacznie się poprawiły.Komponenty ceramiczne odporne na zużycie w dziedzinie ceramiki inżynieryjnej zarówno w kraju, jak i na świecie są w większości wykonane z materiałów takich jak alumina, cyrkonium, węglik krzemowy i azotryn krzemowy.

Wśród nich ceramika aluminowa ma dobrą odporność na zużycie, odporność na korozję, właściwości mechaniczne, doskonałą zdolność produkcyjną i jest bardzo przystępna cenowo.Są one bardzo odpowiednie do zastosowań przemysłowych i stały się jednym z najczęściej stosowanych materiałów odpornych na zużycie w tej dziedzinieMożna je zobaczyć wszędzie w dzikich i niekontrolowanych sytuacjach, takich jak systemy kruszenia i przetwarzania rud, systemy szlifowania surowców i szybkie cięcie.

                                          Sekret odporności ceramiki aluminowej na zużycie

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, a materiały ceramiczne o wysokiej twardości i wytrzymałości na pęknięcia mają mniejszy wskaźnik zużycia.Naukowcy z różnych krajów przeprowadzili szerokie badania nad poprawą twardości i odporności na złamanie materiałów ceramicznych, które można przeanalizować w następujących aspektach:

1 Wielkość ziarna ceramicznego
Istnieją dwa rodzaje ceramicznych materiałów aluminowych: jednofazowa ceramika i wielofazowa ceramika (tj. dodanie drugiej fazy do macierzy).W dziedzinie badań na temat korelacji między wielkością ziarna a właściwościami tribologicznymi ceramiki, badacze badali głównie wpływ wielkości ziarna fazy macierzystej (lub drugiej fazy) na właściwości tribologiczne ceramiki.

Roy et al. 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, a mikrowarstwa wyciągania ziarna i mikrowarstwa granicy ziarna ceramiki submikronowej były znacznie mniejsze niż w przypadku ceramiki aluminiowej o grubych ziarnach.badano wpływ różnych rozmiarów ziaren matrycy tlenowej na wydajność zużycia, gdzie wielkość ziarna matrycy tlenku glinu wahała się od 0,8 do 4 μm, podczas gdy druga faza SiC była w nanoskali.Badania wykazały, że odporność na zużycie matrycy aluminowej w wielkości submikron jest lepsza niż w nanokompozytowej ceramiki o wielkości ziarna mikrometrowej; gdy ziarna macierzy są w skali submikronowej, nie ma znaczącego związku między odpornością na zużycie a wytrzymałością na złamanie,natomiast stopień zużycia aluminiowej kompozytowej ceramiki z matrycą w skali mikrometrowej maleje wraz ze wzrostem twardości.
Oczywiście z powyższych przykładów widać, że rafinowanie ziaren może skutecznie przyczynić się do poprawy jednolitości struktury materiału,w tym zwiększenie gęstości materiału i zmniejszenie wad materiału.

2 Materiał drugiej fazy
W dziedzinie badań dotyczących właściwości tribologicznych wielofazowej ceramiki aluminowej, kompozycja składników, która tworzy materiały złożone poprzez dodanie różnych drugich faz, cząstek (lub wąsów),jest również głównym sposobem poprawy właściwości tribologicznych (lub cięcia) ceramiki aluminowej.włącznie z mechanizmem samoczmywania drugiej fazy, drugiej fazy efektu wzmacniania granicy ziarna i drugiej fazy mechanizmem reakcji chemicznej tarcia.
● Mechanizm samosmarowania drugiej fazy: wprowadzenie grafitu do ceramicznej matrycy Al2O3 CaF2、PbWO4、MoS2、BN、Drugi fazowe smary stałe, takie jak metale miękkie, mogą skutecznie zmniejszyć współczynnik tarcia materiałów, poprawiając w ten sposób ich właściwości tribologiczne. Do kompozytowej matrycy ceramicznej Al2O3/TiC wprowadzono 10% smaru CaF2,i CaF2 został wytłuszczony i powleczony na powierzchni tarcia w celu utworzenia samoczmożnej foliiFilm samoczmocujący może skutecznie zapobiegać przyczepności między materiałem a parą tarcia, zmniejszać współczynnik tarcia i odgrywać rolę samoczmocującą.
Wprowadzenie drugiej fazy (głównie cząstek i wąsów) do matrycy ceramiki aluminowej,wykorzystując różnicę współczynnika rozszerzenia termicznego między cząstkami rozproszonymi a materiałem macierzystego, wytwarza pozostałe naprężenie podczas procesu chłodzenia przygotowania materiału, osiągając efekt wzmocnienia granic ziarna.nie tylko muszą pokonać nieodłączną energię graniczną ziarna materiału macierzysty, ale także dodatkową energię przywożoną przez pozostałe naprężenie ciśnieniowe, zwiększając tym samym odporność na rozprzestrzenianie się pęknięć.

Z drugiej strony, ze względu na mniejszy współczynnik rozszerzenia cieplnego cząstek drugiej fazy w porównaniu z matrycą, podczas chłodzenia materiału wystąpią efekty objętościowe,powodujące mikropęknięcia wokół cząstek drugiej fazy, indukując odchylenie pęknięć i zużywając więcej energii do rozprzestrzeniania się pęknięć; ponadto cząstki drugiej fazy mają zazwyczaj kształt w przybliżeniu kulisty, co pasywuje końcówkę pęknięć,zmniejszenie stężenia naprężenia i zapobieganie rozprzestrzenianiu się pęknięć, poprawiając w ten sposób właściwości tarcia materiału.
Mechanizm reakcji chemicznej w drugiej fazie. 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, tworząc folie smarową i zmniejszając współczynnik tarcia materiału, a tym samym poprawiając właściwości tarcia materiału.
Wprowadzenie cząstek TiB2 do macierzy ceramicznej Al2O3 w celu przygotowania narzędzi do cięcia kompozytowej ceramiki Al2O3/TiB2,W czasie eksperymentów z cięciem stali wytrzymałej 45 # stwierdzono, że gdy prędkość cięcia jest większa niż 120 m/min, tj. temperatura cięcia jest większa niż 800 °C, TiB2 w kompozytowych narzędziach ceramicznych do cięcia Al2O3/TiB2 reaguje z tlenem w celu wytworzenia TiO2 i B2O3.Ze względu na znacznie niższy moduł elastyczności i twardość TiO2 w porównaniu z materiałem macierzystym, siła cięcia narzędzia jest zmniejszona, co powoduje zmniejszenie współczynnika tarcia materiału, zmniejszenie zużycia kleju narzędzia i poprawienie odporności na zużycie narzędzia.

3 Mechanizm tribologiczny
W różnych scenariuszach zastosowań mechanizmy tarcia wykazywane przez ceramikę aluminiową są w rzeczywistości różne,Dlatego należy połączyć różne metody wzmacniania, aby odpowiednio dostosować leczenie..
Mechanizm zużycia narzędzi ceramicznych do cięcia Al2O3/TiB2 podczas niskoprężnego cięcia na sucho charakteryzuje się zużyciem kleju i zużyciem ścierającym.mechanizm zużycia narzędzia przejawia się jako zużycie oksydacyjneFilm reakcyjny wytwarzany na powierzchni narzędzia w wyniku reakcji chemicznych w wyniku tarcia odgrywa rolę solidnego smaru, zwiększając odporność narzędzia na zużycie.Wraz ze wzrostem zawartości TiB2 i prędkością cięcia, wzmocniony jest efekt przeciwtarcia i antyzmarszczkowy folii reakcyjnej.
Właściwości tribologiczne ceramicznych materiałów do cięcia na bazie Al2O3 zależą od rodzaju dodatku, a ich odporność na zużycie jest w porządku malejącym: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N), Al2O3/TiC;a właściwości tribologiczne materiału zależą od jego twardości (H), modułu elastyczności (E) i wytrzymałości na złamanie (KIC).Wskaźnik zużycia W wzrasta wraz ze wzrostem E/H i maleje wraz ze wzrostem WIC; Mechanizm zużycia ceramicznych materiałów narzędziowych Al2O3/TiC jest głównie zużyciem klejącym, podczas gdy mechanizm zużycia ceramicznych materiałów narzędziowych Al2O3/Ti (C, N) i Al2O3/SiCw jest głównie zużyciem ścierającym.

                                                             Wykorzystanie ceramiki odpornej na zużycie z tlenku glinu

1 Stosowanie w systemach transportu materiałów i węgla
zużycie sprzętu w systemach transportu węgla i materiałów jest głównie spowodowane siłą uderzeniową i tarciem, a częściami zużycia są rozdzielacze, szpilki i szpilki węglowe.Te części są bardzo podatne na zużycie, a nawet zużycieW przypadku elektrowni energetycznych i cementów wykorzystujących wyłożone płyty stalowe z manganu czas użytkowania wynosi zazwyczaj około 6 miesięcy i są podatne na przyklejanie węgla i zablokowanie proszku;Chociaż użycie ultra wysokiej masy cząsteczkowej arkuszy polietylenowych nie jest łatwe do zablokowania, ich odporność na uderzenia i zużycie nie jest tak dobra jak w przypadku płyt stalowych z manganu,zwłaszcza w przypadku, gdy cząstki proszku węglowego i cementu są wciskane i spadają w połączeniu między płytą wyściółkową a płytą stalowąWykorzystanie ceramiki aluminowej odpornej na zużycie znacznie poprawi żywotność, znacznie poprawi bezpieczeństwo produkcji i przyniesie korzyści ekonomiczne.
2 Stosowanie w systemie frezowania
Zaniedbanie systemu produkcji proszku węglowego w elektrowniach węglowych jest głównie spowodowane kolizją proszku węglowego i zużyciem z powodu uderzenia.Szybki przepływ powietrza w pyłku węglowym powoduje poważne zużycie wylotu węglowego, wprowadzenie i wyjście grubo i drobnego separatora proszku oraz pierwotny łokieć kanału powietrza sproszkowania.To samo zjawisko występuje w zakręcie kanału powietrza w systemie selekcji proszku cementu.Użycie ceramiki aluminowej odpornej na zużycie będzie miało pozytywny wpływ na rzeczywistą produkcję.
3 Stosowanie w systemach popiołu i złomu
W elektrowniach wykorzystujących hydrauliczne systemy usuwania popiołów i zrzutów ścieków, rury wejściowe i wyjściowe, takie jak pompy popiołowe, rowy popiołowe i dysze, są poważnie zużyte.Po zastosowaniu ceramiki aluminiowej odpornej na zużycie, żywotność jest długa i odporność na zużycie jest dobra, rozwiązując problemy takie jak ciężkie zadania konserwacji mechanicznej i złe środowisko.
4 Jako środek do szlifowania
Ze względu na wysoką twardość, umiarkowaną gęstość, odporność na zużycie, odporność na korozję i niską cenę,kulki szlifujące aluminowe są szeroko stosowane w szlifowaniu i przetwarzaniu surowców w gałęziach przemysłu, takich jak cementW branży ceramiki budowlanej są to wysokiej jakości materiały szlifujące, w tym materiały elektryczne, materiały magnetyczne, powłoki i farby.wydajność zużycia kul szlifowych aluminiowych jest o 20% do 40% wyższa niż w przypadku naturalnego krzemienia i kamieniWraz ze zmniejszeniem ilości wysokiej jakości naturalnych kamieni kulkowych i wysokim współczynnikiem zużycia zwykłych kul ceramicznych, coraz więcej producentów będzie coraz częściej stosować kule szlifujące z aluminy.

5 Wydobycie ropy i gazu
Ceramika aluminowa odporna na zużycie może przystosować się do trudnych warunków, zwłaszcza tych, w których zawartość aluminu przekracza 97% (w masie), co może być stosowane w sprzęcie wiertniczym do wydobycia ropy naftowej i gazu ziemnego.Typowe zastosowania obejmują dysze, siedzenia zaworów, urządzenia regulacyjne, akcesoria do pomp, a nawet akcesoria do wiertarki, które mogą wibrować w środowiskach o wysokim ciśnieniu, w ropie naftowej i błocie,i czasami pracują w obecności kwasów i soli, z bardziej rygorystycznymi wymaganiami dotyczącymi odporności na zużycie i korozję.