当前位置:首页 > 粉体资讯 > 粉体入门 > 正文
工程陶瓷材料的都有哪些应用?
2023年03月02日 发布 分类:粉体入门 点击量:78
觉得文章不错?分享到:

长期以来,陶瓷留给人们的最深印象就是“硬而脆”,“硬”的直接体现就是加工困难,在此方面,经过半个多世纪该领域科技工作者的艰苦努力,加工效率和加工成本都有显著改善。对“脆”而言,现在的陶瓷材料也与几十年前不能同日而语了。今天,以高性能碳化硅氮化硅,部分增韧氧化锆以及各种增韧陶瓷、陶瓷基复合材料为代表的新型陶瓷的快速发展,特别是陶瓷基复合材料(CMC),基本克服了一般陶瓷的脆性,其力学性能逐渐与硬质合金材料接近。

工程陶瓷的用途也日益广泛,不仅工业运用越来越普遍,甚至用到了过去根本无法想象的固体火箭发动机的内衬、喷管等关键部件上。因此不仅改变了人们对陶瓷的传统认识,而且正在不断地向人们充分展示作为新一代工程材料得天独厚的优势,使其成为未来工业领域的重要结构材料。

在发动机中的应用

随后着汽车排放问题和石油危机迫使人们寻求节约汽车燃料消耗的方法。因此,许多国家已把工程陶瓷材料应用于发动机作为重要的工程目标,并取得了很好的经济效益。先后开始陶瓷发动机的研制与开发工作,目前众多陶瓷发动机零件已产业化。

陶瓷发动机

陶瓷发动机

日本NHK公司研制的气压烧结氮化硅增压陶瓷转子,其主要优点是惯性小,加速响应性能得到改善。日本的陶瓷涡轮转子主要用于国内轿车,现在大约有1/4釆用增压技术的轿车都已装上了陶瓷转子。美国的陶瓷转子主要应用于重型卡车发动机中,其不但能加快响应,而且可以减少烟雾和微粒排放。

到目前为止,陶瓷的活塞化形式主要有两种方式:一是釆用陶瓷镶块,二是采用陶瓷涂层。陶瓷活塞销可减小往复惯量,又因其变形小可减少销孔的应力。由于陶瓷的硬度高,陶瓷活塞销与金属基复合材料的连杆和活塞一起使用时,可因其优良的摩擦性能而提高活塞的耐磨性。

陶瓷气门可以解决高温热载荷下的气门烧损问题,且由于密度小可使配气机构正常工作转速上限提高,从而可提高发动机的充气系数和功率。

陶瓷电热塞是第三代发动机电热塞,其起动性能和点火稳定性比金属电热塞优越,在日本已使用多年。第三代电热塞是发热体全部用导电陶瓷制造的全陶瓷电热塞。使用可靠性更加提高,现已大量生产。

陶瓷挺柱是日产柴油机车公司研究开发的关键零件,并从1993年开始在系列产品上正式应用。该挺柱由三部分组成:气氛烧结氮化硅陶瓷圆片、活性焊接层和刚性挺柱。这种结构要求陶瓷片直接焊在钢制挺柱上,由于陶瓷的线膨胀系数比钢小得多,因而必须选择适当成分的合金钢,并利用其马氏体相变来减少收缩时与陶瓷间的差异。

在轴承中的应用

工业生产陶瓷轴承具备耐热、耐寒、抗磁电绝缘、抗磨损、抗腐蚀、无油自润滑、高转速等特点,除开用以金属粉末冶金、纺织、水利等领域用机械,医疗仪器、汽车等,还可用以运作情况相对恶劣的特有环境,比如海下运作、矿业、石化业等机械。

陶瓷轴承可分为全陶瓷轴承和混合陶瓷轴承。全陶瓷轴承是指轴承全部是由陶瓷材料构成,而混合陶瓷轴承是指轴承中的一部分(如滚动体、外圈、内圈等)是由陶瓷材料制成,其余由传统的钢材制成。其中混合陶瓷轴承使用得更为普遍。根据使用环境、工况等因素,综合确定陶瓷材料种类。大多数陶瓷轴承为氮化硅,少数条件下使用氧化锆和碳化硅。

混合陶瓷轴承

混合陶瓷轴承

陶瓷轴承的应用领域日益广泛,但在工业领域中成功应用的还是陶瓷球轴承。目前,应用较多的为氮化硅陶瓷球轴承。它的优点是:极限转速高、精度保持性好、启动力矩小、刚度高、干运转性好、寿命长,非常适合于在高速、高温以及腐蚀、辐射条件下保持高精度、长时间运转,主要用于数控机床和高速精密机械中,如高速电主轴轴承、机床主轴轴承、牙钻轴承、仪器仪表用轴承,计算机硬盘驱动器轴承等。

在冶金和化工行业中的应用

氧化物陶瓷如氧化铝和氧化锆等的特点是化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温度高等。特别是氧化锆陶瓷耐热性好,质量热容和热导率小,可作为连续铸锭的耐高温材料,也适用于做电炉发热体和炉膛耐火材料。

化工行业用的陶瓷材料以氧化铝、莫来石为主,具有优异的耐腐蚀性能,广泛使用于石油化工、制药、冶炼、化纤等行业中。卡车和轻型车辆用的各种罐装的催化转换器的基板、化工上用的催化器和催化器支撑体,其中最具商业潜力的无机陶瓷膜市场近年来高速增长。

在切削刀具行业中的应用

目前,陶瓷刀具主要是氧化铝基、氮化硅基等两种类型。

1、氧化铝基陶瓷刀具

氧化铝基陶瓷刀具有较高的耐磨性能以及切削刀刃的稳定性,特别适用于高速切削,充分发挥其热硬性的特长。对于多相氧化铝复合刀具材料的研究已经涉及各种氧化物、氮化物、碳化物和硼化物陶瓷,并且在材料性能和应用方面都取得了较大的进展。在氧化铝中添加氧化锆利用其相变增韧机制,可进一步提高氧化铝陶瓷刀具材料断裂韧性和强度。

氧化铝基陶瓷刀具

2、氮化硅基陶瓷刀具

与氧化铝陶瓷刀具相比,氮化硅陶瓷刀具可以进行高速切削,耐磨性能更好,特别是在车削灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等方面的效果更为显著;其次,抗冲击性能优越,特别适宜于半精车、精车以及半精铤和精饨。其后开发的氮化硅/碳化钛复合陶瓷刀具,由于碳化硅的引入又进一步提高了刀具材料的硬度和耐磨性。与硬质合金刀具相比耐用度可提高几十倍,切削速度可提高近10倍。近年开发的晶须增韧氮化硅陶瓷刀具,在氮化硅基体中加入一定量的碳化硅晶须可以有效地提高陶瓷刀具的断裂强度。

氮化硅陶瓷刀具

氮化硅陶瓷刀具


粉体圈 整理

了解优质装备供应商,请联系客服18666974612(微信同号)

相关标签:
相关内容:
 

粉体求购:

设备求购:

寻求帮助:

合作投稿:

粉体技术:

关注粉体圈

了解粉体资讯