Использование новых износостойких керамических материалов в промышленном оборудовании и трубопроводах становится все более распространенным из-за их отличных характеристик.Заменив обычные металлические материалы, срок службы и непрерывный производственный потенциал оборудования значительно улучшились.износостойкие керамические компоненты в области инженерной керамики как внутри страны, так и на международном уровне в основном изготавливаются из материалов, таких как алюминий, циркония, карбид кремния и нитрид кремния.

Среди них, алюминиевая керамика имеет хорошую износостойкость, коррозионную стойкость, механические свойства, отличную производственную способность и очень доступные цены.Они вполне подходят для промышленных применений и стали одним из наиболее часто используемых износостойких материалов в этой областиИх можно увидеть везде в диких и неконтролируемых ситуациях, таких как системы дробления и обработки руды, системы измельчения сырья и скоростной резки.

                                          Секрет износостойкости алюминиевой керамики

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, а керамические материалы с высокой твердостью и прочностью на перелом имеют более низкий уровень износа.Ученые из разных стран провели обширные исследования по улучшению твердости и крепости к трещинам керамических материалов, которые можно проанализировать в следующих аспектах:

1 Керамический размер зерна
Существует два типа алюминиевых керамических материалов: однофазная керамика и многофазная керамика (т. е. добавление второй фазы в матрицу).В области исследований корреляции между размером зерна и трибологическими свойствами керамики, исследователи в основном исследовали влияние размера зерна матричной фазы (или второй фазы) на трибологические свойства керамики.

Рой и др. 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, и микрорасколы на границе зерна субмикронной керамики были значительно меньше, чем у грубозернистой алюминиевой керамики.Исследовали влияние различных размеров зерен матрицы алюминия на производительность износа, где размер зерен матрицы алюминия варьировался от 0,8 до 4 мкм, в то время как вторая фаза SiC была наномасштабной.Исследования показали, что износостойкость матрицы алюминия в субмикронных размерах лучше, чем у нанокомпозитной керамики с микрометровым размером зерна; когда матричные зерна находятся в субмикронном масштабе, между износостойкостью и прочностью на перелом нет значительной связи,в то время как скорость износа алюминиевой композитной керамики с матрицей в микрометровом масштабе уменьшается с увеличением твердости.
Очевидно, из приведенных выше примеров можно увидеть, что переработка зерен может эффективно помочь улучшить однородность структуры материала,включая увеличение плотности материала и уменьшение дефектов материала.

2 Материал второй фазы
В области исследований трибологических свойств многофазной глинозема, компонентное соединение, которое образует композитные материалы путем добавления различных вторых фаз, частиц (или усов),является также основным способом улучшения трибологических (или режущих) свойств алюминиевой керамики.включая механизм самосмазки второй фазы, второй фазы границы зерна усиливающего эффекта, и второй фазы механизма трения химической реакции.
● Механизм самосмазки второй фазы.Введение графита в керамическую матрицу Al2O3 CaF2、PbWO4、MoS2、BN、Вторая фаза твердых смазочных материалов, таких как мягкие металлы, может эффективно снизить коэффициент трения материаловВ композитную керамическую матрицу Al2O3/TiC было введено 10% твердого смазочного вещества CaF2,и CaF2 экструдировали и покрывали поверхностью трения, чтобы сформировать самосмазывающуюся пленкуСамосмазывающаяся пленка может эффективно предотвратить сцепление между материалом и парой трения, уменьшить коэффициент трения и играть роль самосмазки.
Вторая фаза эффекта усиления границы зерна. Введение второй фазы (главным образом частиц и усов) в глинозема керамической матрицы,используя разницу в коэффициенте теплового расширения между диспергированными частицами и матричным материалом, генерирует остаточное напряжение во время процесса охлаждения приготовления материала, достигая эффекта укрепления границ зерна.они не только должны преодолеть врожденную энергию границы зерна матричного материала, но также дополнительная энергия, принесенная остаточным нагрузкой на сжатие, тем самым увеличивая сопротивление распространению трещин.

С другой стороны, из-за меньшего коэффициента теплового расширения частиц второй фазы по сравнению с матрицей, во время охлаждения материала произойдут эффекты объема,что приводит к микротрещинам вокруг частиц второй фазы, вызывая отклонение трещин и потребляя больше энергии для распространения трещин; Кроме того, частицы второй фазы, как правило, имеют приблизительно сферическую форму, что пассивирует наконечник трещин,снижение концентрации напряжения и предотвращение распространения трещин, тем самым улучшая трение материала.
Второй фазы механизм трения химической реакции. 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, создавая смазочную пленку и уменьшая коэффициент трения материала, тем самым улучшая трения материала.
Введение частиц TiB2 в керамическую матрицу Al2O3 для приготовления керамических режущих инструментов Al2O3/TiB2,Было обнаружено во время резки экспериментов с 45 # охлажденной стали, что когда скорость резки больше 120 м / мин, то есть температура резки превышает 800 °C, TiB2 в композитных керамических режущих инструментах Al2O3/TiB2 реагирует с кислородом для получения TiO2 и B2O3.Из-за гораздо более низкого модуля эластичности и твердости TiO2 по сравнению с матричным материалом, режущая прочность инструмента уменьшается, что приводит к снижению коэффициента трения материала, уменьшению износа клейкого инструмента и улучшению износостойкости инструмента.

3 Трибологический механизм
При различных сценариях применения механизмы трения, проявляемые алюминиевой керамикой, на самом деле различны.поэтому различные методы усиления должны быть объединены, чтобы соответственно адаптировать лечение.
Механизм износа керамических режущих инструментов Al2O3/TiB2 при низкоскоростной сухой резке характеризуется износом клея и абразивным износом; при высокоскоростной сухой резкемеханизм износа инструмента проявляется в виде окислительного износаРеакционная пленка, создаваемая на поверхности инструмента в результате трения химических реакций, играет роль твердой смазки, улучшая износостойкость инструмента.С увеличением содержания TiB2 и скорости резки, повышается эффективность фильма реакции против трения и износа.
Трибологические свойства керамических режущих материалов на основе Al2O3 связаны с типом добавки, а их износостойкость в порядке убывания: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N), Al2O3/TiC;а трибологические свойства материала связаны с его твердостью (H), эластичным модулем (E) и прочностью на перелом (KIC).Скорость износа W увеличивается с увеличением E/H и уменьшается с увеличением KIC; Механизм износа керамических материалов инструментов Al2O3/TiC в основном является адгезивным износом, в то время как механизм износа керамических материалов инструментов Al2O3/Ti (C, N) и Al2O3/SiCw в основном является абразивным износом.

                                                             Применение износостойкой керамики из алюминия

1 Применение в системах транспортировки материалов и угля
Износ оборудования систем транспортировки угля и материалов в основном обусловлен силой удара и трением, а износными частями являются разделительные баффлы, тис и угольный шлагбаум.Эти части очень склонны к износу и даже изнашиваниюКогда электростанции и цементные заводы используют облицованные марганцевые стальные плиты, время использования обычно составляет около 6 месяцев, и они склонны к прилипанию угля и блокировке порошка;Хотя использование сверхвысокой молекулярной массы полиэтиленовых листов не легко блокировать, их устойчивость к ударам и износостойкость не так хороши, как у металлических пластин из марганца,Особенно, когда частицы угольного порошка и цемента сжимаются и отпадают в соединении между облицовочной пластиной и стальной пластиной.Использование износостойкой керамики из алюминия значительно улучшит срок службы, принесет значительные улучшения безопасности производства и экономические выгоды.
2 Применение в фрезерной системе
Износ системы производства угольного порошка на угольных электростанциях в основном вызван столкновением угольного порошка и износ от удара.Высокоскоростной поток воздуха порошка угля вызывает сильное износ на выходе угольной мельницы, входный и выходный проход грубого и тонкого порошкоотделителя, а также первичный воздухопроводный локоть оборудования для порошков.То же явление наблюдается в изгибе воздуховодов системы отбора порошка цементного завода.Использование износостойкой алюминиевой керамики положительно повлияет на фактическое производство.
3 Применение в системах пепла и шлака
В электростанциях, которые используют гидравлические системы удаления пепла и сброса шлаков, впускные и выпускные трубы, такие как пепельные насосы, пепельные канавы и сосуды, сильно изношены.После использования износостойкой алюминиевой керамики, срок службы длинный и износостойкость хорошая, решая такие проблемы, как тяжелые задачи механического обслуживания и плохая окружающая среда.
4 В качестве измельчающего средства
Из-за его высокой твердости, умеренной плотности, износостойкости, коррозионной стойкости и низкой цены,Алюминиевые шлифовальные шарики широко используются в шлифовании и переработке сырья в таких отраслях промышленности, как цемент.Они являются высококачественной средой для шлифования.эффективность износа алюминиевых шлифовальных шаров на 20% - 40% выше, чем у натурального кремнезагора и гальковС сокращением ресурсов высококачественных природных шаровых камней и высоким уровнем износа обычных керамических шаров, все больше и больше производителей будут использовать шары для шлифования из алюминия.

5 Добыча нефти и газа
Аллюминиевая износостойкая керамика может адаптироваться к суровым условиям, особенно тем, которые имеют содержание алюминия более 97% (по массе), которые могут использоваться в буровом оборудовании для нефти и природного газа.Типичные применения включают в себя насадки, сиденья клапанов, регулирующие устройства, аксессуары насосов, и даже аксессуары сверла, которые могут вибрировать в среде высокого давления, в нефти и грязевого раствора,и иногда работают в присутствии кислот и солей, с более строгими требованиями к износостойкости и коррозионной стойкости.