先进陶瓷应用①：粉体工程的耐磨陶瓷应用案例

发布时间 | 2022-08-01 11:49 分类 | 粉体应用技术点击量 | 807

干燥粉碎机分级机碳化硅砂磨机氮化硅氧化锆氧化铝电池材料

导读：粉体是生产过程中涉及到粉体的粉碎、分级、分离、混合、造粒、输送、储存、给料及计量等单元操作，这些过程中多个环节都需要耐磨解决方案。

粉体是生产过程中涉及到粉体的粉碎、分级、分离、混合、造粒、输送、储存、给料及计量等单元操作，这些过程中多个环节都需要耐磨解决方案。

先进陶瓷材料的结合键通常为离子键、共价键或离子-共价键混合键，这些键不但结合力高而且具有方向性。由此，高性能结构陶瓷具有高强、高韧、低密度、高硬和耐高温抗蠕变、耐磨损、耐腐蚀和化学稳定性好等优异的性能，已逐步成为尖端技术不可缺少的关键材料。在耐磨部件的研制中，人们已经逐渐认识到陶瓷耐磨部件的优点，已有不少金属部件被陶瓷部件取代并有良好的效果。

一、粉体工程的耐磨陶瓷应用案例

1、气流粉碎机分级轮

在超细粉体的加工领域，气流分级是获取窄分布、超细颗粒的重要的手段。而分级轮的设计和制造是分级机的核心工艺，分级轮通常有金属和陶瓷两种，对于一些对磁性污染敏感的材料必须采用陶瓷分级轮。陶瓷分级轮多为氧化锆和氧化铝材质的，当然还有部分企业也有在推广氮化硅陶瓷材料的。

▲分级是一种单元操作，它通过根据粉末材料的粒径分离粉末材料来改善粉末产品的特性，例如从材料中除去粗粉，只制造预定粒度或更小的粉末，或者调整粒度分布以提高粉末的流动性。

气流分级的工作原理是利用颗粒在气流中沉降速度（见沉降）差别进行的颗粒分级操作。夹带粉粒的气流通过降低流速、改变流向等方法，使粗粒沉降下来而将细粒带走，从而分离粗细粉粒。通过改变风量和分级转子速度可以很容易地调整粒度。这也允许操作员在操作期间更改产品尺寸。

▲气流分级原理示意及内部结构，粉末接触部分由陶瓷制成，是实现耐磨性和无金属污染的模型。适用于电池材料、电子材料等不喜欢金属污染的微粉碎。

2、气流磨、喷雾干燥器等喷嘴

喷嘴是燃烧器、喷砂器等的关键部件，通过喷嘴可将煤粉或砂粒以较高速度喷射出去，而喷嘴则承受着固体粒子的冲蚀磨损作用。由于固体粒子的流动速度很高，所以喷嘴的磨损也很严重，若喷煤燃烧，其还受到温度和烟气的腐蚀，若喷射液体浆料，其会受到液体介质的腐蚀，所以喷嘴的工作条件还是较恶劣的。

▲进料气体通过Venturi管（文丘里管，內壁收縮的短管）喷嘴，以大约50m/s的速度输送粉末进入盘形粉碎室

Y-PZT氧化锆陶瓷喷嘴用于6m³气流磨上，使用3个月，生产Al₂O₃细粉近百吨，其磨耗量约为高铝质喷嘴的14%。采用碳化硼陶瓷，因其硬度很高，所以其作为喷嘴使用时，具有较低的磨损率，约比Al₂O₃/（W，Ti）C陶瓷喷嘴的磨损率低4倍，相应的使用寿命比Al₂O₃/（W，Ti）C陶瓷喷嘴高4倍。

碳化硼陶瓷喷嘴在离心式喷雾干燥器使用，也取得了较好的使用效果，原用不锈钢喷嘴，仅能使用几十小时，而采用碳化硼喷嘴后，使用寿命可达半年，比原用的不锈钢提高了几十倍。

▲Y-PZT氧化锆陶瓷喷嘴及碳化硼陶瓷喷嘴

3、砂磨机配件：砂磨盘、转子、内筒

砂磨机整个研磨腔或配件采用全碳化硅或氧化锆陶瓷结构，基本杜绝了金属离子的污染，保证了物料的纯度。因陶瓷材料的高硬度、高耐磨性，使得砂磨机陶瓷配件磨损极小，有效的保证了所研磨物料的纯度。配合高性能的研磨介质，如氧化锆球，能有效的提高研磨和分散的效率。大大延长了设备的使用寿命和检修周期。当然，不管是什么物料做的转子，都会产生磨削下来的杂质，但陶瓷件由于其优异的耐磨性能，其产生的杂质含量比起传统的钢材以及聚氨酯来说非常低。

▲纳米砂磨机陶瓷配件中氧化锆是目前适用范围比较广的，也是应用在砂磨机内较成熟的陶瓷配件

4、输送管道

在矿山、电厂、化工及水泥等行业采用管道输送物料，有干粉输送，也有浆料输送，管道由此承受着物料的冲蚀磨损，以及料浆的腐蚀和气蚀作用，加速钢管的磨损失效，尤其是弯管，送灰弯管使用寿命最短60天，最长不过120天。为了提高钢管的使用寿命，人们开发了陶瓷-钢复合管，自蔓延刚玉陶瓷内衬耐磨管，耐磨、耐腐蚀、耐热，可广泛应用于电力、冶金、矿山、煤炭、化工等行业，是输送砂、石、煤粉、灰渣、铝液等研磨性颗粒物料和腐蚀性介质的理想耐磨管道。工业运行证明，其耐磨寿命是淬火钢的十倍甚至几十倍。

此外陶瓷复合管由于耐腐蚀、内表面光滑程度优于任何金属管道，运行阻力小，防结垢具有耐酸碱和耐海水腐蚀，并同时具有防垢功能。

▲POWTECH粉体展展出的耐磨陶瓷管道制品

5、研磨介质

随着工业技术的发展，三超--超细、超硬、超纯材料的研发及产业化成为新技术革命的一个重要方向，这就对超细粉体材料的研磨工艺提出了更高的要求。在介质磨设备中-球磨机、砂磨机，常常会使用大量陶瓷研磨介质，氧化锆、氧化铝、氮化硅等都是常见的研磨介质，陶瓷研磨体因具备高强度、高硬度，强耐磨性及优良的物理化学稳定性，在很多领域成为了研磨介质的首选，尤其是高纯粉体、低铁磁污染的粉体浆料的制备上更显优势。

6、矿山衬板

电厂输送机落煤管采用16Mn钢衬板时，磨损非常严重，而且若固定螺栓磨掉后，衬板掉落到输送带上将划破输送带，造成更加严重的后果。采用氧化铝陶瓷与橡胶和钢板相互粘结起来形成复合衬板（氧化铝陶瓷在实验室磨损试验中，其耐磨性为高锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍），重量轻，耐冲击性好（10kg钢球3m自由落体冲击50次没破碎），在深圳妈湾电厂实际装机运转2年后，没有崩裂和脱落，磨损量几乎测不出来，取得了良好的使用效果。韶关冶炼厂烧结分厂的皮带运输机料斗、挡料板、混料圆筒进出料斗等处使用氧化铝陶瓷复合衬板，运行2年多，也无明显磨损。