中國粉體網訊 新型耐磨陶瓷材料以其優良的性能使之在工業設備及管道上的應用越來越廣泛，通過對普通金屬材料的替代，使設備的使用壽命、連續生產能力等方面都有了極大的提高。現在國內外工程陶瓷領域的耐磨陶瓷部件多為氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅等材質。
（耐磨氧化鋁陶瓷，來源：萍鄉禾田新材料有限公司）
其中氧化鋁陶瓷具有較好的耐磨性、耐蝕性和機械性能、極好的生產能力，最重要的是，氧化鋁陶瓷擁有相對較低的價格，更高的性價比使其在實際運用中更具有競爭力，因此它已經成為了應用最廣泛的耐磨陶瓷材料。
1、磨損機理
氧化鋁陶瓷的磨損機理分為脆性斷裂磨損和塑性形變磨損，前者的磨損特點為沿晶斷裂的晶粒脫落，后者的磨損特點為穿晶斷裂的微觀切削，前者的磨損率比后者大得多，人們希望陶瓷的磨損為塑性形變磨損。陶瓷的內部因素對陶瓷塑性形變磨損機理具有重要的影響。氧化鋁瓷球是一種摩擦磨損構件，其磨損率受內部因素和外部因素的影響，其中內部因素影響較大。
2、影響耐磨性的因素
氧化鋁陶瓷的耐磨性與自身的材料的力學性能、顯微結構的協同作用有著密切的關系，即與其內部因素(彈性模量、硬度、斷裂韌性、晶粒尺寸、晶界和孔隙率)有關，近年來人們對此進行了大量的研究。陶瓷的韌性和晶粒尺寸是目前研究最多，與耐磨性關系最為密切的內部因素，韌性對氧化鋁陶瓷的摩擦磨損影響極大。由于晶粒越小，陶瓷的耐磨性越好，所以耐磨陶瓷正朝微晶化方向發展。但納米氧化鋁陶瓷造價很高，難以在工程應用領域推廣使用，所以氧化鋁陶瓷耐磨材料的研究重點在幾個μm的晶粒尺寸范圍內有所突破和發展。
（耐磨氧化鋁襯片，來源：淄博啟明星新材料股份有限公司）
3、耐磨性的提高
α-Al2O3原料
（1）顆粒的形貌
陶瓷是由壓制坯體經高溫燒制而成的。坯體由顆粒壓制而成，所以陶瓷的燒結不僅是顆粒之間的燒結行為，更重要的是坯體的燒結行為。
表面粗糙的顆粒，比表面積或表面能相對大，所以其燒結驅動力大，易燒結，燒結密度大，孔洞小而少。表面光滑的粒狀顆粒，此顆粒比表面積或表面能比較小，因此其燒結驅動力較小，不易燒結，陶瓷的燒結密度比較低，空洞大而多。
（2）顆粒的大小
當晶粒比較細小時，磨損機理主要是發生塑性變形和部分穿晶斷裂，產生輕微磨損；晶粒比較粗大時，磨損機理主要是發生晶界斷裂，產生嚴重磨損。所以，晶粒越小，陶瓷的耐磨性越好。因此，應盡可能使用顆粒尺寸小的α-Al2O3原料，以便減小陶瓷的晶粒度。
助燒劑
合適的助燒劑降低燒結溫度，改善陶瓷的顯微結構，提高力學性能，進而提高瓷球的耐磨性。助燒劑的品質包括數量、物相組成、化學組成和細度等。助燒劑一般采用SiO2-CaO-MgO三元系統進行配方。應盡量避免使用在高溫下放出氣體和發生相變的助燒劑，以免產生新的缺陷，而影響產品的致密化和合格率，降低產品的競爭力。
成型
采用等靜壓成型技術，克服其它成型方法空心、分層、密度低和密度不均勻等缺陷。成型壓力和保壓時間影響生坯的密度、燒結收縮率。因此，要使用合適的原料和科學的成型工藝，確保生坯具有良好的燒結特性。
燒結制度
過高的燒結溫度和過長的保溫時間都會促進Al2O3晶體生長，液相量增加，這樣不但強度下降，耐磨性也會減弱。當然溫度太低、燒結密度降低，耐磨陶瓷的耐磨性下降。如果燒結溫度不合適，即使Al2O3含量高，耐磨性也不一定好，關鍵取決于耐磨陶瓷的物相組成和顯微結構。采用低溫快燒技術，可獲得顯著的節能效益，同時可抑制氧化鋁球的晶粒長大，有利于改善產品強度、韌性，從而提高耐磨陶瓷的耐磨性。
4、耐磨陶瓷的應用
在輸料、輸煤系統的應用
輸煤、輸料系統的設備磨損主要是以沖擊力、摩擦力為主，磨損部位是分離器擋板、三通、落煤筒。這些部位極易磨損，甚至磨通。電廠及水泥廠采用內襯錳鋼板時，使用時間一般為6個月左右，而且容易粘煤、粘粉堵塞；使用超高分子聚乙烯板，雖然不易堵塞，但抗沖擊性及耐磨性又不如錳鋼板，特別是襯板及鋼板接合處有煤粉及水泥顆粒擠入脫落。采用氧化鋁耐磨陶瓷會極大地提高使用壽命，給安全生產、經濟效益帶來顯著提高。
（各種形狀管道內襯，來源：山東興和特種材料有限公司）
在制粉系統的應用
燃煤電廠制粉系統的磨損大都以煤粉碰撞，沖擊磨損為主。高速煤粉氣流對制粉設備的磨煤機出口、粗細粉分離器進出口、一次風管彎頭等的磨損特別嚴重。水泥廠選粉系統風管彎頭也有同樣現象。通過使用耐磨氧化鋁陶瓷，會對實際生產帶來積極影響。
在灰渣系統的應用
采用水力除灰排渣系統的電廠，灰渣泵、灰渣溝、噴咀等出入口管段，是磨損嚴重處，采用耐磨氧化鋁陶瓷后，使用時間長，耐磨性能好，解決了機修任務重、環境差等問題。
作為研磨介質
由于較高的硬度、適中的密度、耐磨、耐腐蝕、價格低的特點，氧化鋁研磨球被廣泛應用于水泥、礦物、陶瓷、電子材料、磁性材料、以及涂料、油漆等行業的原材料的粉磨和加工，是一種優質的研磨介質。在建筑陶瓷行業中，氧化鋁研磨球的磨損效率比天然的燧石和鵝卵石提高20%～40%。隨著優質天然球石資源的減少，普通瓷球磨損率高的特點，氧化鋁研磨球將被越來越多的廠家所使用。
石油天然氣開采
氧化鋁耐磨陶瓷能夠適應惡劣環境下的工作，尤其那些氧化鋁含量為97%(質量)以上的陶瓷，能夠用于石油和天燃氣的鉆探設備中。典型的應用是用于噴嘴、閥座、調節裝置、泵配件，甚至鉆頭配件可以在高壓環境下、在石油和泥砂漿中振動，有時在有酸和鹽存在的情況下工作，對耐磨性及抗腐蝕性的要求更加嚴格。
參考來源：
[1]陳宏.耐磨陶瓷現狀及發展
[2]秦麟卿等.耐磨氧化鋁研磨球的生產和應用
[3]陳雷.氧化鋁耐磨陶瓷在電廠、水泥廠的應用
（中國粉體網編輯整理/山川）
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