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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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)敏感的參數(shù),，只和材料的性能有關(guān)；R與微觀結(jié)構(gòu)有關(guān),，主要與材料的晶界能,、結(jié)合性和缺陷有關(guān)；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(zhì)是內(nèi)部質(zhì)點間的結(jié)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(yīng)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(jié)合強度的標志,，實際上是原子間結(jié)合力曲線上任何點的曲線斜率。共價鍵,、離子鍵結(jié)合的晶體,，由于結(jié)合力較強，通常有較高的彈性模量,。分子鍵結(jié)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(guān),。從上述可以知道,，要想獲得高強耐磨材料，應(yīng)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(yīng)用于磨具行業(yè),。 二、應(yīng)該形成微晶,、高密度的微觀結(jié)構(gòu),。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(jié)構(gòu),，幾乎無缺陷，強度可以提高一個數(shù)量級,。因此,，在設(shè)計超強耐磨陶瓷涂料時，應(yīng)該充分考慮材料的結(jié)構(gòu),，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(jié)構(gòu),，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(jié)構(gòu)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(yīng)力條件下疲勞造成的破壞，應(yīng)該采取增強措施,，改善材料的結(jié)構(gòu),、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(shè)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(fù)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(yīng)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(yīng)力誘發(fā)的裂紋擴張會得到明顯的抑制。裂紋在應(yīng)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(zhuǎn),，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(jié)合劑的水化進程,，需要在材料的表面涂抹養(yǎng)護劑,。必須設(shè)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(yīng)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。化學強化是現(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(jié)合劑提高結(jié)合性能,。北京志盛威華公司的耐磨防水涂料，具有很強的結(jié)合強度,，產(chǎn)品耐磨性很高,，比傳統(tǒng)的水泥結(jié)合強度要高出許多，采用了高強混凝土的設(shè)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(shè)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(fù)合高效減水劑，優(yōu)化混凝土的流變性和提高結(jié)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(jié)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(zhuǎn)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& }' R7 `7 A) q8 U* P6 |
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(jié)果： 根據(jù)超強耐磨材料的理論設(shè)計,，可以選擇致密剛玉、碳化硅,、碳化硼、�,？瞎栉⒎�,、聚丙烯酸脂和復(fù)合減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(shù)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)男拚浣Y(jié)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(zhì)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(yīng)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(guān)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(shè)計思路,，現(xiàn)列舉和水泥有關(guān)材料的硬度指標,，以明確設(shè)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(yīng)用,，使之發(fā)揮其應(yīng)有的效力,。硬度是材料的一種重要的力學性能,，但在實際應(yīng)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(chǔ)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(yīng)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(shè)備運轉(zhuǎn)周期。 （艾工010-5118-5868） |
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