中國粉體網(wǎng)訊 “只要功夫深，鐵杵磨成針”是一句耳熟能詳?shù)闹V語，比喻只要有毅力，肯下功夫，多么難的事也能做成功。這從側面也說明在人們認知中“鐵”是一種堅硬耐磨的材質。今天我們來了解一種比鐵更耐磨的材料——耐磨陶瓷。
傳統(tǒng)耐磨材料的弊端
事實上，一直以來“鐵”質材料是一種常見的耐磨材料，尤其像錳鋼、白口鑄鐵、合金鋼等是幾種廣泛應用的耐磨材料。但這些材料存在一定的弊端，例如奧氏體錳鋼具有良好的韌性，但是加工較困難；普通白口鑄鐵和低合金白口鑄鐵有較好的硬度和耐磨性，但脆性較大，只能承受較小的載荷；盡管中合金白口鑄鐵和高合金白口鑄鐵克服了脆性大的缺點，但生產成本較高。
磨損、腐蝕和斷裂是設備零部件失效的主要原因，廣泛發(fā)生于冶金、建筑、電力、機械等領域，而其中磨損問題對零部件的影響最為嚴重。尤其對于運輸設備來說，約80%零件的失效原因是材料磨損，此時那些傳統(tǒng)耐磨材料已難以滿足惡劣工況下的使用要求。
耐磨陶瓷襯板，圖源：啟明星
在20世紀八十年代，漸漸的出現(xiàn)了一些如硼化物、碳化物以及氮化物之類的耐磨的陶瓷材料，隨后各國都投入大量的資源開始了研究。隨著研究的不斷深入，新型耐磨陶瓷材料以其優(yōu)良的性能使之在工業(yè)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(xù)生產能力等方面都有了極大的提高。
耐磨陶瓷性能及特點
陶瓷材料能在耐磨領域占有一席之地，主要具有以下幾個方面的主要性能和特點:
（1）硬度大、強度高；
（2）耐磨性能好，使用壽命長。經測定，其耐磨性相當于錳鋼的180倍，高鉻鑄鋼的118倍；
（3）抗沖擊性強；
（4）耐高溫。粘接牢固、耐熱性能好；
（5）重量輕。耐磨陶瓷密度約為3.6g/cm3，僅為鋼鐵的一半，可大大減輕設備負荷；
（6）使用范圍廣，適應性強。凡火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、冶煉廠、礦山及水泥廠等企業(yè)的制粉、選煤、輸料系統(tǒng)、排灰、除塵系統(tǒng)等一切磨損大的機械設備上，都可以根據(jù)不同的需求選擇不同類型的陶瓷材料。
耐磨陶瓷的分類
按材質分類，常見的耐磨陶瓷材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷。
（1）氧化物耐磨陶瓷
在制造耐磨零部件的材料中，氧化鋁陶瓷是耐磨陶瓷材料的典型代表。氧化鋁陶瓷因其高硬度和優(yōu)異的化學穩(wěn)定性及耐磨特性，廣泛應用于冶金，石油化工，航空航天等領域。但是，氧化鋁陶瓷的斷裂韌性和抗熱震性較差影響了其在工業(yè)領域尤其是對材料機械性能要求較高的領域中的應用。在氧化鋁陶瓷中引入一定量其他化合物可以有效提高其韌性，從而進一步提高其耐磨性，故而以氧化鋁為基體的復相陶瓷是現(xiàn)今研究發(fā)展的一大方向。
常見氧化物性能
（2）氮化物耐磨陶瓷
氮化物陶瓷起步較晚，自20世紀70年代才開始迅猛發(fā)展，幾乎都是通過人工合成的，除了具有高強度、高硬度的特點，還具有優(yōu)良的電學和熱學性能。歷經幾十年的發(fā)展，氮化硅、氮化鋁、氮化硼等氮化物陶瓷作為高強度機械部件、耐腐蝕部件、以及耐磨部件，已經廣泛應用于航空航天、機械、冶金等領域。
（3）碳化物耐磨陶瓷
碳化物陶瓷由于具有高硬度、高強度和高耐磨性等特點，被廣泛應用于耐腐蝕、耐磨損的高溫環(huán)境中，常見的有碳化硅、碳化硼等高耐磨陶瓷。碳化硅具有彈性模量高、強度硬度高、熱導率高、抗熱震性好、耐磨損和耐腐蝕等優(yōu)良性能，并且價格低廉。這些優(yōu)良性能使得碳化硅陶瓷可以應用在許多金屬或有機高分子耐磨材料不能勝任的工作環(huán)境中，例如，用于工況條件比較差的密封環(huán)；高速研磨或拋光的研磨盤；用于軍工業(yè)中的裝甲防護裝置和防彈材料等等，在耐磨領域中展示著重要的應用前景。
碳化硼陶瓷的化學性質十分穩(wěn)定，其硬度僅次于金剛石和CBN，這使其成為很好的耐磨或減摩材料，在磨料、軸承、密封環(huán)和切削刀具等方面有廣闊的應用前景。但B4C陶瓷的摩擦學性能受溫度、負載、摩擦速度及摩擦副材料的影響較大，所以在實際應用中要充分考慮工況和環(huán)境因素。
耐磨陶瓷的應用
1、結構件
耐磨陶瓷在航空航天中的應用研究主要集中在火箭噴嘴的耐熱材料，太空飛船的隔熱瓦等。武裝直升機在設計中重點強調戰(zhàn)場生存力，在座椅和直升機的關鍵部位采用陶瓷復合材料輕質裝甲材料，涉及到的耐磨陶瓷主要是氧化鋁陶瓷和碳化硼陶瓷。
陶瓷軸承是在機械加工、航空航天產業(yè)中使用較為廣泛的一種產品，具有耐高溫、耐寒、耐磨、耐腐蝕、抗磁電絕緣、高轉速等特性。陶瓷軸承針對航空航天工業(yè)中惡劣環(huán)境下的調整、重載、低溫、無潤滑工況而開發(fā)，是新材料、新工藝、新結構的完美結合。
陶瓷球
2、研磨介質
金屬研磨體存在著很大的缺點和弊端。首先就是質量重，極大地增加了磨機的工作負荷，造成很多的能量消耗。另外金屬材質的耐磨性并不是很可觀。陶瓷研磨體因具備高強度、高硬度、強耐磨性及優(yōu)良的物理化學穩(wěn)定性，在很多領域成為了研磨介質的首選。
3、涂層
耐磨陶瓷的應用多以耐磨陶瓷片、耐磨陶瓷內襯等形式為主，隨著施工工藝的進步，耐磨陶瓷涂層也逐步走入了人們的視野。耐磨陶瓷涂層是以熱噴涂工藝，在需保護物體表面形成耐磨陶瓷顆粒覆蓋層，以達到對物體的保護目的。耐磨陶瓷涂層的應用方式靈活，加工性能好、應用領域非常廣。耐磨陶瓷涂層可主要應用于：
（1）熱障涂層；
（2）抗高溫黏著磨損涂層；
（3）耐磨損耐腐蝕涂層；
（4）功能涂層。
耐磨陶瓷涂層在電子器件方面也有應用，超導耐磨陶瓷涂層可以用于磁屏蔽、微波元件、各類傳輸器、量子電子器件的表面處理。此外，耐磨陶瓷涂層還能應用于高溫電絕緣產品、陶瓷片電容器的表面處理等。
參考來源：
[1]吳洋.陶瓷材料耐磨機理研究進展
[2]魏金棟等.耐磨陶瓷涂層制備方法的研究進展
[3]陳宏.耐磨陶瓷現(xiàn)狀及發(fā)展
[4]張文毓.耐磨陶瓷涂層研究現(xiàn)狀與應用
[5]孫夢珂.剛玉基耐磨復相陶瓷的研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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