Nadelen van traditionele slijtvaste materialen
Sterker nog, ijzerhoudende materialen worden al lange tijd veelvuldig gebruikt als slijtvast materiaal, met mangaanstaal, wit gietijzer en gelegeerd staal als enkele veelgebruikte varianten. Deze materialen hebben echter wel bepaalde nadelen. Zo heeft austenitisch mangaanstaal een uitstekende taaiheid, maar is het lastig te bewerken. Wit gietijzer en laaggelegeerd wit gietijzer bieden een goede hardheid en slijtvastheid, maar zijn erg bros, waardoor ze alleen geschikt zijn voor toepassingen met lichte belastingen. Hoewel middelgelegeerd en hooggelegeerd wit gietijzer het probleem van de hoge brosheid hebben overwonnen, zijn de productiekosten hiervan aanzienlijk hoger.
Slijtage, corrosie en breuken zijn de voornaamste oorzaken van defecten aan apparatuuronderdelen, die veelvuldig voorkomen in sectoren zoals de metaalindustrie, de bouw, de elektriciteitssector en de machinebouw. Van deze factoren heeft slijtage de ernstigste impact op onderdelen. Vooral bij transportmiddelen is materiaalslijtage verantwoordelijk voor ongeveer 80% van de defecten, waarbij traditionele slijtvaste materialen niet langer voldoen aan de eisen onder zware werkomstandigheden.
In de jaren tachtig kwamen er geleidelijk aan verschillende slijtvaste keramische materialen op de markt, zoals boriden, carbiden en nitriden. Hierna investeerden landen wereldwijd aanzienlijke middelen in relevant onderzoek. Dankzij dit diepgaande onderzoek worden deze nieuwe slijtvaste keramische materialen steeds vaker toegepast in industriële apparatuur en pijpleidingen vanwege hun uitstekende prestaties. Door de vervanging van conventionele metalen materialen hebben ze de levensduur en de continue bedrijfscapaciteit van apparatuur aanzienlijk verbeterd.
Eigenschappen en kenmerken van slijtvast industrieel keramiek
Industriële keramische materialen hebben een prominente positie verworven in de slijtvaste sector, voornamelijk dankzij de volgende belangrijke eigenschappen en kenmerken:
(1) Hoge hardheid en sterkte;
(2) Uitstekende slijtvastheid en lange levensduur. Uit tests is gebleken dat de slijtvastheid 180 keer zo hoog is als die van mangaanstaal en 118 keer zo hoog als die van hoogchroom gietstaal.
(3) Hoge slagvastheid;
(4) Hoge temperatuurbestendigheid. Stevige hechting en uitstekende hittebestendigheid;
(5) Lichtgewicht. De dichtheid van slijtvast keramiek is ongeveer 3,6 g/cm³, slechts de helft van die van staal en ijzer, wat de belasting van de apparatuur aanzienlijk kan verminderen.
(6) Breed toepassingsgebied en sterke aanpasbaarheid. Industriële keramische materialen van verschillende typen kunnen worden geselecteerd op basis van specifieke eisen voor alle slijtagegevoelige mechanische apparatuur in systemen zoals verpulveren, kolenvoorbereiding, materiaaltransport, asafvoer en stofverwijdering, die op grote schaal worden gebruikt in bedrijven zoals thermische centrales, staalfabrieken, smelterijen, mijnen en cementfabrieken.
Classificatie van slijtvast industrieel keramiek
Geklassificeerd naar materiaal, omvatten veelvoorkomende slijtvaste industriële keramische materialen hoofdzakelijk oxidekeramiek, carbidekeramiek en nitridekeramiek.
(1) Oxide slijtvast industrieel keramiek
Van de materialen die gebruikt worden voor de productie van slijtvaste componenten, is aluminiumoxidekeramiek een typisch voorbeeld van slijtvast industrieel keramisch materiaal. Dankzij de hoge hardheid, uitstekende chemische stabiliteit en uitzonderlijke slijtvastheid wordt aluminiumoxidekeramiek veelvuldig gebruikt in sectoren zoals de metallurgie, petrochemie en lucht- en ruimtevaart. De relatief lage breuktaaiheid en slechte thermische schokbestendigheid hebben de toepassingen in de industrie echter beperkt, met name in sectoren met strenge eisen aan de mechanische eigenschappen van materialen. Door een bepaalde hoeveelheid andere verbindingen aan aluminiumoxidekeramiek toe te voegen, kan de taaiheid effectief worden verhoogd, waardoor de slijtvastheid verder verbetert. Om deze reden is composietkeramiek met een aluminiumoxidematrix momenteel een belangrijk onderzoeks- en ontwikkelingsgebied.
(2) Slijtvast nitridekeramiek
Nitridekeramiek kende een relatief late start en ontwikkelde zich pas snel in de jaren 70. Vrijwel alle soorten worden geproduceerd via kunstmatige synthese. Naast een hoge sterkte en hardheid, vertonen ze ook uitstekende elektrische en thermische eigenschappen. Na decennia van ontwikkeling worden nitridekeramieksoorten zoals siliciumnitride, aluminiumnitride en boornitride op grote schaal gebruikt als zeer sterke mechanische componenten, corrosiebestendige onderdelen en slijtvaste onderdelen in sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, machinebouw en metallurgie.
(3) Carbide slijtvast keramiek
Boriumcarbidekeramiek vertoont extreem stabiele chemische eigenschappen en de hardheid ervan is na die van diamant en kubisch boornitride (CBN) de hoogste. Dit maakt het uitstekende slijtvaste en wrijvingsverminderende materialen met brede toepassingsmogelijkheden in schuurmiddelen, lagers, afdichtingsringen en snijgereedschappen. De tribologische eigenschappen van B₄C-keramiek worden echter sterk beïnvloed door temperatuur, belasting, wrijvingssnelheid en de materialen van de wrijvingsparen. Daarom moeten de werkomstandigheden en omgevingsfactoren volledig in overweging worden genomen bij praktische toepassingen.
