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耐磨陶瓷涂料特性及作用机理
2015年05月28日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:3283
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一、耐磨陶瓷涂料作用机理

 

影响无机材料强度的因素是多方面的。材料强度的本质是内部质点间的结合力,在晶体结构稳定的情况下,控制材料强度的主要参数有三个,即弹性模量E、断裂表面能尺和裂纹尺寸C。其中E是非结构敏感的参数,只和材料的性能有关;R与微观结构有关,主要与材料的晶界能、结合性和缺陷有关;裂纹尺寸C是一个控制强度的主要参数。因此要提高材料的强度和韧性,应该主要从消除缺陷和改善界面、阻止裂纹扩展入手。以上就是耐磨陶瓷涂料应用的基础理论依据。

 

二、耐磨陶瓷涂料概念及特性

 

通常来说,耐磨陶瓷涂料是一种非金属胶凝材料,它耐腐蚀、高稳定性的非金属原料经严格的工艺配比和先进的无机聚合技术制成的一种粉状陶瓷材料。采用人工或机械方式涂抹在设备内衬或表面,经过一系列的化学反应,在常温下几天内即可达到陶瓷的结合强度和硬度,故名耐磨陶瓷涂料。耐磨陶瓷涂料具有如下几项重要特性:

1、陶瓷耐磨涂料具有很高的机械强度和刚度。它的密度大,无大的宏观缺陷,可有效抵御物料的冲击力和剪切应力。

2、陶瓷耐磨料具有优良的韧性和抗震性。由于它采用无定向刚纤维和定向网状增强措施,通过耦合进一步改善韧性,所以断裂韧性强。由于离子键和其共价键为强结合键,键能比较高,低温对其影响很小,而且它的振动频率极高,常温难以对其构成威胁,不会产生热震损毁。

3、耐磨陶瓷涂料一般采用双重补强甚至是多种补强措施,有效地改善了材料性能。而且陶瓷材料低的膨胀系数等,使其体积稳定,不可能产生裂缝,因而整体性好。

4、染耐磨陶瓷涂料为无机非金属材料,主要成份为硅酸盐,和地球岩石圈成份相近,不会造成土质恶化和重金属离子污染,不会影响生态环境,是一种绿色环保型的产品。

 

三、耐磨陶瓷涂料设计制造的主要技术思路简介

 

在设计、生产耐磨陶瓷材料时,目前主要依据下文简述的几个技术方向去选择原材料和设计加工工艺:

1、涂料应选择弹性模量高的原料,提高材料硬度和耐磨性。弹性模量E是一个重要的材料常数,是原子间结合强度的标志,实际上是原子间结合力曲线上任何点的曲线斜率。共价键、离子键结合的晶体,由于结合力较强,通常有较高的弹性模量。因此要想获得高强耐磨材料,应该选择离子和共价化合物,如氧化物、氮化物、碳化物及硼化物。例如:刚玉、碳化硅、碳化钛、硼化钛和硼化锆等粉体材料,被广泛地应用于耐磨陶瓷涂料中。          

2、涂料应该形成微晶、高密度的微观结构。为了消除缺陷,提高晶体的完整性,细、密、匀、纯是当前陶瓷发展的一个重要方向,近年来出现了许多微晶、高密度、高纯的陶瓷材料,如热压氮化硅陶瓷,密度接近理论值,几乎不含气孔,有极高的机械强度和耐磨性,是传统陶瓷所无法比拟的。特别是近些年出现的各种纤维和晶须,具有完整的晶体结构,几乎无缺陷,强度可以提高一个数量级。   

3、采用微细颗粒增强衬体的机械强度。当在陶瓷材料中加入高强颗粒时,材料抵抗应力诱发的裂纹扩张会得到明显的抑制。裂纹在应力的作用下发生扩展遇到颗粒时,由于颗粒极高的强度和小的膨胀系数,裂纹被“钉”扎住,要继续扩展必须要求更大的能量去穿透颗粒或发生裂纹偏转,增加界面面积,从而增加能量的消耗,提高材料的强度和韧性。加入颗粒后,材料的弹性模量和剪切模量都有所增加,材料的强度和耐磨性得到显著地提高,可以增加耐磨材料的使用寿命,降低生产成本。

4、化学强化材料的强度和韧性。为了提高耐磨陶瓷涂料养护期的强度和促进结合剂的水化进程,需要在材料的表面涂抹养护剂。养护剂是一种化学涂料,它采用离子交换的方式,使表面的摩尔体积比内部的大,由于表面体积膨胀大受到内部材料的限制,就产生两向状态的压应力,从而提高材料的屈服强度和断裂韧性。化学强化是现代材料发展的一个重要方向,具有很强的可操作性,而且非常有效。

 

小结:在各种粉体生产线上(特别是非金属矿物粉体生产线)有诸多设备和管道内部长期受到物料或高浓度含尘气体的冲刷。例如磨机出口风管、选粉机、球磨机溜槽、下料斗、各种阀门内腔、闸板及输送管道等等。耐磨陶瓷涂料有极好的耐磨性能,是立磨、辊压机、选粉机、粉体管道阀门和粉料输送管道内衬的理想材料。


(粉体圈 作者:梧桐)

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