礦山機(jī)械中氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料的應(yīng)用

摘 要：在我國(guó)，機(jī)械的材料材質(zhì)一直都是礦山機(jī)械制造的核心問(wèn)題之一。與耐磨鑄鋼相比，碳化硅的硬度比其大很多，其典型的特點(diǎn)是高度的耐磨性、耐高溫性與高度耐腐蝕性，此材質(zhì)可以用來(lái)制作旋流器、砂漿泵、挖掘機(jī)等一些耐磨的部件，為了將礦山機(jī)械很好的應(yīng)用于實(shí)際操作中，需要不斷地優(yōu)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，包括其均勻性、沖擊韌性、以及同其他部件之間的連接性能等。

關(guān)鍵詞：礦山機(jī)械；氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.013

由于很多礦山會(huì)保持機(jī)械持續(xù)工作的狀態(tài)，因此機(jī)械會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的磨損出現(xiàn)迅速失效的情況，加入比磨損掉的殘?jiān)簧髀淙氲讲牧现芯蜁?huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。現(xiàn)階段，為了將礦山設(shè)備的使用壽命延長(zhǎng)，就要對(duì)新型耐磨材料進(jìn)行大力研究開發(fā)，此種做法具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。陶瓷材料是由氮化硅結(jié)合碳化硅制造而成的，其結(jié)構(gòu)比較優(yōu)異，此材料的強(qiáng)度和硬度都比較強(qiáng)，線性膨脹系數(shù)也較低，具有極強(qiáng)的抗高溫氧化能力，此外還具有侵蝕性介質(zhì)的作用，具有良好的抗高溫蠕變性，所以磨具、冶金耐火材料和日用、電子陶瓷等行業(yè)都會(huì)大量使用此材料[1]。然而，在礦山機(jī)械中，不常見氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨耐高溫耐腐蝕材料的應(yīng)用實(shí)例。

1 氧化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料的特性

1.1 抗折強(qiáng)度較強(qiáng)

與粘土碳化硅制品的抗折強(qiáng)度相比，氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合材料室溫的抗折強(qiáng)度相當(dāng)于它的兩倍。因?yàn)闊o(wú)定形相是不包含在內(nèi)的，如果溫度在1200- 1400℃間，其強(qiáng)度就會(huì)有所增加，與其粘土碳化硅，其強(qiáng)度是它的9倍。

1.2 抗氧化性良好，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性和耐磨損性

與金剛石、立方氮化硼、碳化硼等物質(zhì)相比，氮化硅、碳化硅的顯微硬度是略小于他們的硬度，除此之外，氮化硅的摩擦系數(shù)相對(duì)較小，同時(shí)其自身具有一定的自潤(rùn)滑性，因此，氮化硅結(jié)合碳化硅材料的化學(xué)性能較好，除了氫氟酸，其可以承受幾乎所有的無(wú)機(jī)酸和某些堿液腐蝕，粘土碳化硅制品與其相比，抗氧化性就不太理想。對(duì)于熔融有色金屬的侵蝕氮化硅結(jié)合碳化硅是具有一定的抵抗力的，鋁和鋁合金熔液都不能將其潤(rùn)濕，高溫電具有較好的絕緣性能。

1.3 高溫抗蠕變性比較好

在制造過(guò)程中，氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合材料會(huì)出現(xiàn)尺寸變化，并且會(huì)控制在1%以下，同時(shí)因?yàn)槿鄙俨Ａ啵蚰突鸩牧细邷刈冃蔚那闆r不會(huì)出現(xiàn)，因此也不會(huì)出現(xiàn)制品變形和廢品[2]。

1.4 抗熱震性較好

碳化硅的導(dǎo)熱性能是非常好的，氮化硅的熱膨脹率是非常低的，因此氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合材料就具有較好的抗熱震性能。在冷熱循環(huán)使用的整個(gè)過(guò)程中，尺寸發(fā)生的變化較小，將溫度由1300℃冷卻到20℃或者對(duì)其進(jìn)行數(shù)百次的加熱循環(huán)其也不會(huì)受到破壞。這種情況況下，可以不用擔(dān)心窯具被破壞，可以將燒成周期大大縮短。

2 氮化硅結(jié)合碳化硅材料的生產(chǎn)

氮化硅結(jié)合碳化硅的性質(zhì)是非氧化物陶瓷材料。與氧化物陶瓷相比，其存在不同的特點(diǎn)，共價(jià)鍵之間的結(jié)合是非氧化物陶瓷材料原子間的主要形態(tài)，所以其硬度、模量、蠕變抗力都是很強(qiáng)的，此外，這些性能可以在高溫狀態(tài)下繼續(xù)存在，這些優(yōu)勢(shì)是氧化物陶瓷不能相比的。氮化硅結(jié)合碳化硅材料是一種機(jī)械結(jié)合，即是針狀或纖維狀Si3N4包裹了細(xì)粒SiC并與碳化硅結(jié)合形成的。現(xiàn)階段，氮化硅結(jié)合碳化硅已經(jīng)成為了陶瓷窯爐主要的耐火材料，并且已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用了，孰土結(jié)合碳化硅和氧化物結(jié)合碳化硅材料逐漸被取代，此外，由于其價(jià)格適中，因而其與再結(jié)晶或重結(jié)晶碳化硅相比，市場(chǎng)前景更加廣闊。

3 礦山機(jī)械中氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料的應(yīng)用

現(xiàn)階段，礦山機(jī)械技術(shù)獲得進(jìn)步的一個(gè)主要因素是新材料和新工藝的廣泛運(yùn)用。礦山機(jī)械的易磨損部位更適合使用氮化硅結(jié)合碳化硅材料，尤其是作業(yè)環(huán)境下有腐蝕、高溫情況更適合使用此類材料。

3.1 在砂漿泵中的應(yīng)用

砂漿泵被應(yīng)用在礦山張，完成采礦、清淤，輸送尾、精礦砂、灰渣、煤泥等工作，這些工作的磨蝕非常強(qiáng)、渣漿的濃度非常高或者渣漿的腐蝕性較強(qiáng)，因此需要選擇高耐磨或耐腐蝕性能的材料。現(xiàn)階段，高鉻鑄鐵被應(yīng)用在國(guó)內(nèi)大部分渣漿泵的耐磨零部件中，其使用壽命在1～2個(gè)月之間，為了將其使用壽命延長(zhǎng)，不斷對(duì)泵用材料進(jìn)行升級(jí)，如由鑄鐵發(fā)展到特種金屬合金和橡膠制品，然后再發(fā)展到工程塑料、陶瓷等典型非金屬材料，砂泵可以通過(guò)改性聚氨酯彈性體將自身的使用壽命延長(zhǎng)為3～10倍；并且氮化硅結(jié)合碳化硅材料可以作為葉輪、泵殼以及密封件，其使用壽命可以被提高到10至數(shù)十倍[3]。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)中已經(jīng)有了成功的使用進(jìn)口氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷材料葉輪的例子，但是在國(guó)內(nèi)，生產(chǎn)此中類型泵的廠家是很少的。

3.2 在水力旋流器中的應(yīng)用

氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷可以應(yīng)用的范圍特別廣，如可將其用在水力旋流器的沉砂口和內(nèi)襯、噴嘴、耐磨板等地方，將國(guó)外公司生產(chǎn)的碳化硅復(fù)合材料用于制作水力旋流器沉砂口，此水力旋流器沉砂口具有最小的沖擊和其他應(yīng)力，與常用的橡膠件相比，其磨損速度比較低，其壽命是橡膠件的5～8倍，與上年同期相比，水力旋流器給料泵機(jī)件的單位修理費(fèi)降低了約58%，勞動(dòng)工資和磨損環(huán)的費(fèi)用在一定程度上被節(jié)省。該公司接下來(lái)的計(jì)劃是在水力旋流器給料盤和棒磨機(jī)給料溜槽襯里應(yīng)用碳化硅復(fù)合材料。

3.3 在重介質(zhì)旋流器中的應(yīng)用

重介質(zhì)旋流器分選原煤的環(huán)境是比較復(fù)雜的，其所處的速度與密度場(chǎng)都是比較復(fù)雜的，所以旋流器內(nèi)壁的磨損形式具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，其中沖蝕磨損的類型是多種多樣的，如撞擊磨損、微切削磨損、腐蝕磨損和表面疲勞磨損等。此外，存在多種因素影響旋流器的內(nèi)壁磨損。氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷襯里的優(yōu)化也可以利用此來(lái)完成。

4 結(jié)束語(yǔ)

氮化硅結(jié)合碳化硅材料需要努力的方面還包括很多，如成型技術(shù)、粘結(jié)噴涂工藝以及降低生產(chǎn)成本等，主要目的是保證在礦山機(jī)械應(yīng)用中靈活性和適用范圍的提高。在未來(lái)發(fā)展中，機(jī)械制造工藝的提高是我國(guó)需要做的事情，將高性能的礦山機(jī)械研制出來(lái)，為了保證機(jī)械性能和機(jī)械作業(yè)率的提高，需要不斷的更新和發(fā)展耐磨材料的機(jī)械材質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約、高效綜合利用礦產(chǎn)資源的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉景林.由碳化硅及氮化硅制造的陶瓷材料的強(qiáng)度[J].耐火與石灰，2013（04）：18-19.

[2]張力強(qiáng).粉體粒度對(duì)重介質(zhì)旋流器氧化鋁陶瓷襯里耐磨性的影響[J].煤炭技術(shù)，2013，29（01）：134-137.

[3]李安寧.氧化硅結(jié)合的碳化硅磚在鞍鋼高爐上的應(yīng)用[J].鋼鐵，2014（04）：11-12.