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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(qiáng)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(qiáng)度的主要參數(shù)。材料強(qiáng)度的本質(zhì)是內(nèi)部質(zhì)點間的結(jié)合力,，影響無機(jī)材料強(qiáng)度的因素是多方面的,。為了使無機(jī)材料的實際強(qiáng)度提高到理論強(qiáng)度，北京志盛威華耐磨涂料研發(fā)專家人員進(jìn)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(qiáng)度和韌性，應(yīng)主要從消除缺陷和改善界面,、阻止裂紋擴(kuò)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(qiáng)度的標(biāo)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(qiáng),，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(qiáng)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(xì),、密,、勻、純是當(dāng)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(jī)械強(qiáng)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(qiáng)度可以提高一個數(shù)量級,。因此,，在設(shè)計超強(qiáng)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(xì)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(qiáng)和金屬網(wǎng)增強(qiáng)雙重補強(qiáng)機(jī)制,。為了提高材料的耐磨性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,，大力提高超強(qiáng)耐磨材料的使用壽命，增強(qiáng)材抖抵抗礦渣的高速機(jī)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(qiáng)措施，改善材料的結(jié)構(gòu),、優(yōu)化其性能,。纖維增強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)一步提高材料的韌性。鋼纖維增強(qiáng)的物理學(xué)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(jī)制,，改善了耐磨材料的變形機(jī)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(xì)顆粒增強(qiáng)襯體的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)在陶瓷材料中加入高強(qiáng)顆粒時,，材料抵抗應(yīng)力誘發(fā)的裂紋擴(kuò)張會得到明顯的抑制,。裂紋在應(yīng)力的作用下發(fā)生擴(kuò)展遇到顆粒時，由于顆粒極高的強(qiáng)度和小的膨脹系數(shù),，裂紋被“釘”扎住,，要繼續(xù)擴(kuò)展必須要求更大的能量去穿透顆粒或發(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(qiáng)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(qiáng)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(xué)強(qiáng)化材料的強(qiáng)度和韌性,。為了提高耐磨陶瓷涂料養(yǎng)護(hù)期的強(qiáng)度和促進(jìn)結(jié)合劑的水化進(jìn)程，需要在材料的表面涂抹養(yǎng)護(hù)劑,。必須設(shè)計新的養(yǎng)護(hù)劑,，該養(yǎng)護(hù)劑是一種化學(xué)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(qiáng)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(kuò)散和帶電離子的影響,，壓力層厚度受到限制,。化學(xué)強(qiáng)化是現(xiàn)代材料發(fā)展的一個重要方向,，具有很強(qiáng)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(qiáng)的結(jié)合強(qiáng)度,，產(chǎn)品耐磨性很高,，比傳統(tǒng)的水泥結(jié)合強(qiáng)度要高出許多，采用了高強(qiáng)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(xué)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(qiáng)混凝土的配方，在嚴(yán)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)材料在中溫階段的揮發(fā)和分解造成的強(qiáng)度降低和水泥脫水產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的強(qiáng)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(qiáng)度,，提高中溫強(qiáng)度以保持陶
; z2 @2 L1 ]; U+ k瓷涂料在各個溫度的性能和耐磨性,，再和高強(qiáng)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(jìn)口的耐磨陶瓷涂料,，磨損量遠(yuǎn)低于進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)耐磨陶瓷涂料進(jìn)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(qiáng)度、抗折強(qiáng)度,、燒后線變化率,、磨損量等技術(shù)指標(biāo)。共中磨損量的測定采用美國耐磨性實驗標(biāo)準(zhǔn)ASTMC704．一94,，由于試驗條件的限制,，沒有完全按照標(biāo)準(zhǔn)，而是作了適當(dāng)?shù)男拚�,，其結(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(biāo)準(zhǔn),，有極好的耐磨性能，完全可以取代進(jìn)口的耐磨陶瓷涂料,，是水泥行業(yè)立磨,、輥壓機(jī)、選粉機(jī),、粉體管道閥門和粉料輸送管道內(nèi)襯的理想材料,。超強(qiáng)耐磨陶瓷涂料優(yōu)良的力學(xué)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(yán)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(qiáng)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(biāo)，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(xué)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(biāo)。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(jī)、選粉機(jī),、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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)，有極好的耐磨性能,，完全可以取代進(jìn)口的耐磨陶瓷涂料,，是水泥行業(yè)立磨、輥壓機(jī),、選粉機(jī),、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(xué)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(yán)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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