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發(fā)表于 2013-12-24 12:55:28
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從彈性模量等參數(shù)入手解析耐磨涂料的綜合耐磨性能 （志盛威華-艾工） 從對材料變形及斷裂的分析可知，在晶體結構穩(wěn)定的情況下,，控制材料強度的主要參數(shù)有三個,，即彈性模量E、斷裂表面能和裂紋尺寸C,。其中E是非結構敏感的參數(shù),，只和材料的性能有關；R與微觀結構有關,，主要與材料的晶界能,、結合性和缺陷有關；裂紋尺寸C是一個控制強度的主要參數(shù),。材料強度的本質是內(nèi)部質點間的結合力,，影響無機材料強度的因素是多方面的。為了使無機材料的實際強度提高到理論強度,，北京志盛威華耐磨涂料研發(fā)專家人員進行了長期的大量的研究,，作了無數(shù)次試驗。因此要提高材料的強度和韌性,，應主要從消除缺陷和改善界面,、阻止裂紋擴展人手。 一,、選擇彈性模量高的原料,，提高材料硬度和耐磨性。彈性模量E是一個重要的材料常數(shù),，是原子間結合強度的標志,，實際上是原子間結合力曲線上任何點的曲線斜率。共價鍵,、離子鍵結合的晶體，由于結合力較強,，通常有較高的彈性模量,。分子鍵結合力較弱，因此彈性模量也較小,。而且彈性模量還和原子間距離有關,。從上述可以知道，要想獲得高強耐磨材料,，應該選擇離子和共價化合物,，如氧化物、氮化物、碳化物及硼化物和剛玉,、板狀剛玉,、致密剛玉、碳化硅,、碳化鈦,、硼化鈦。硼化鋯等常被用做磨料,，廣泛地應用于磨具行業(yè),。 二、應該形成微晶,、高密度的微觀結構,。為了消除缺陷，提高晶體的完整性,，細,、密、勻,、純是當前陶瓷發(fā)展的一個重要方向,，近年來出現(xiàn)了許多微晶、高密度,、高純的陶瓷材料,，如熱壓氮化硅陶瓷，密度接近理論值,，幾乎不含氣孔,，有極高的機械強度和耐磨性，是傳統(tǒng)陶瓷所無法比擬的,。特別是近些年出現(xiàn)的各種纖維和晶須,，具有完整的晶體結構，幾乎無缺陷,，強度可以提高一個數(shù)量級,。因此，在設計超強耐磨陶瓷涂料時,，應該充分考慮材料的結構,，盡量控制氣孔的含量，提高澆注密度,，細化原料的晶體發(fā)育,，形成微晶結構，增加晶體的完整性,。 三,、采用鋼纖維增強和金屬網(wǎng)增強雙重補強機制。為了提高材料的耐磨性和結構強度，大力提高超強耐磨材料的使用壽命,，增強材抖抵抗礦渣的高速機械沖擊對材料造成的沖刷和磨損,，減少材料在長期應力條件下疲勞造成的破壞，應該采取增強措施,，改善材料的結構,、優(yōu)化其性能。纖維增強有效果明顯,，操作簡單,，成本低廉的特點，已經(jīng)在材料設計中被廣泛采用,。而金屬網(wǎng)增強和增韌,，也在水泥行業(yè)中大面積使用，兩種方法復合會進一步提高材料的韌性,。鋼纖維增強的物理學原理告訴我們,，隨著鉚纖維的加入，材料的韌性會顯著增加,，原因是引入了塑性機制,，改善了耐磨材料的變形機制，有效地提高了材料抵抗應力疲勞造成的剝落和掉塊,，從而提高了材料的韌性,。 四、采用微細顆粒增強襯體的機械強度,。當在陶瓷材料中加入高強顆粒時,，材料抵抗應力誘發(fā)的裂紋擴張會得到明顯的抑制。裂紋在應力的作用下發(fā)生擴展遇到顆粒時,，由于顆粒極高的強度和小的膨脹系數(shù),，裂紋被“釘”扎住，要繼續(xù)擴展必須要求更大的能量去穿透顆�,；虬l(fā)生裂紋偏轉,，增加界面面積，從而增加能量的消耗,，提高材料的強度和韌性,。加入顆粒后，材料的彈性模量和剪切模量都有所增加,，材料的強度和耐磨性得到顯著地提高，可以增加耐磨材料的使用壽命,，降低生產(chǎn)成本,。 五、化學強化材料的強度和韌性。為了提高耐磨陶瓷涂料養(yǎng)護期的強度和促進結合劑的水化進程,，需要在材料的表面涂抹養(yǎng)護劑,。必須設計新的養(yǎng)護劑，該養(yǎng)護劑是一種化學涂料,，它采用離子交換的方式,，使表面的摩爾體積比內(nèi)部的大，由于表面體積膨脹大受到內(nèi)部材料的限制,，就產(chǎn)生兩向狀態(tài)的壓應力,，從而提高材料的屈服強度和斷裂韌性。通常是用一種大的離子置換小的離子,，由于這種置換受擴散和帶電離子的影響,，壓力層厚度受到限制�,；瘜W強化是現(xiàn)代材料發(fā)展的一個重要方向,，具有很強的可操作性，而且非常有效,。 六,、內(nèi)襯要選擇優(yōu)良的結合劑提高結合性能。北京志盛威華公司的耐磨防水涂料,，具有很強的結合強度,，產(chǎn)品耐磨性很高，比傳統(tǒng)的水泥結合強度要高出許多,，采用了高強混凝土的設計理念,，加入了超級塑化劑，極大地改善了混凝土的流變學特性,，加水量僅為5％,。因此依據(jù)MDF和高性能混凝土的設計思路，參照特種高強混凝土的配方,，在嚴格控制顆粒級配的同時,，控制粉料的粒度組成和各種微粉的比例，同時摻入復合高效減水劑,，優(yōu)化混凝土的流變性和提高結合性能,。而且為了提高混凝土的強度和耐磨性，盡量減少水泥和硬度小的粉料的數(shù)量,，加入部分高分子材料,，并配合交聯(lián)劑，使結合強度增加數(shù)倍,，耐磨性顯著提高,。為了優(yōu)化陶瓷涂料的中溫性能,，克服有機材料在中溫階段的揮發(fā)和分解造成的強度降低和水泥脫水產(chǎn)生晶型轉化導致的強度衰減，可在陶瓷涂料中加入部分納米微粉,，利用它們極高的表面能和水化形成的膠凝產(chǎn)生強度,，提高中溫強度以保持陶5 K7 w1 D, C2 d4 R" I+ x1 a: ^
瓷涂料在各個溫度的性能和耐磨性，再和高強碳化物,、硼化物配合使用,，壽命會大幅度提高。經(jīng)磨損實驗測試,，性能優(yōu)于進口的耐磨陶瓷涂料,，磨損量遠低于進口材料。 志盛威華ZS-911耐磨涂料的耐磨性試驗結果： 根據(jù)超強耐磨材料的理論設計,，可以選擇致密剛玉,、碳化硅、碳化硼,、�,？瞎栉⒎邸⒕郾┧嶂蛷秃蠝p水劑制備剛玉基和碳化硅基兩種超強耐磨陶瓷涂料進行試驗,。為了體現(xiàn)可對比性,，北京志盛威華的的耐磨涂料、國外知名公司陶瓷耐磨涂料作為對比樣品,，分別檢測了制品的顯氣孔率,、體積密度、耐壓強度,、抗折強度,、燒后線變化率、磨損量等技術指標,。共中磨損量的測定采用美國耐磨性實驗標準ASTMC704．一94,，由于試驗條件的限制，沒有完全按照標準,，而是作了適當?shù)男拚�,，其結果可以大致說明幾種材料的耐磨性能。試驗中控制了微粉的加入量和加水量,，試驗工藝完全相同,。 新工藝的兩種耐磨陶瓷涂料比同材質的耐磨陶瓷涂料有明顯的優(yōu)越性。超過了國外知名產(chǎn)品實物標準,，有極好的耐磨性能,，完全可以取代進口的耐磨陶瓷涂料，是水泥行業(yè)立磨,、輥壓機,、選粉機,、粉體管道閥門和粉料輸送管道內(nèi)襯的理想材料,。超強耐磨陶瓷涂料優(yōu)良的力學性能和耐磨指數(shù)使它也可以應用于電廠循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯,，經(jīng)受嚴酷的高溫和高速熱態(tài)含塵氣流的沖刷和磨損，有效提高爐襯的使用壽命,。 ZS-911耐磨涂料與相關材料的硬度比較,。 為了便于說明超強耐磨陶瓷涂料的材料設計思路，現(xiàn)列舉和水泥有關材料的硬度指標,，以明確設計的理論依據(jù),，使客戶可以很清楚地看到產(chǎn)品的優(yōu)越性和了解新產(chǎn)品，從而有力地推動這種材料在生產(chǎn)中的應用,，使之發(fā)揮其應有的效力,。硬度是材料的一種重要的力學性能，但在實際應用中,，由于測量方法不同,，測到的硬度所代表的材料性能也不同。陶瓷及礦物材料常用的劃痕硬度叫做莫氏硬度,，它只表示硬度由小到大的順序,。一般將莫氏硬度分為lO級，后來因為出現(xiàn)了一些人工合成的硬度大的材料,，又將莫氏硬度分為15級,。硬度試驗常用靜載壓人法，有布氏硬度,、維氏硬度和洛氏硬度,。維氏硬度適用于較硬材料如陶瓷的硬度測試。其方法為,，用金剛石四角錐在樣塊上施加靜壓力,，通過測定壓痕四邊形的對角長度，經(jīng)過計算得到材料的硬度指標,。角錐的角度為136,。；施加的壓力W為1～100kgf,。計算公式為：Hv=1．84W/d,。剛玉、碳化硅,、碳化硼等可以有效地抵擋礦渣和水泥的磨損,，而高分子聚合物和石英不具有耐磨性，不適于用做立磨,、輥壓機,、選粉機,、粉體管道閥門和輸送管道的內(nèi)襯材料，鑄鋼可以用做耐磨襯體,，但耐磨效果值得商榷,。 總之超強耐磨涂料的開發(fā)總是要建立在完整地理論基礎上的。目前志盛威華的ZS-911耐磨陶瓷涂料超過了國外知名產(chǎn)品實物標準,，有極好的耐磨性能,，完全可以取代進口的耐磨陶瓷涂料，是水泥行業(yè)立磨,、輥壓機,、選粉機、粉體管道閥門和粉料輸送管道內(nèi)襯的理想材料,。ZS-911耐磨涂料優(yōu)良的力學性能和耐磨指數(shù)可以應用于水泥行業(yè)余熱發(fā)電系統(tǒng)以及電廠循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯,，經(jīng)受嚴酷的高溫和高速熱態(tài)含塵氣流的沖刷和磨損，大大提高設備運轉周期,。 （艾工010-5118-5868） |
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