淺談氮化硅結合碳化硅耐磨材料在礦山機械的應用

許明智

摘要：工業化進程的加快有力推動了礦山機械制造行業的發展。目前礦山機械制造行業在實際發展過程中，面臨的重要問題就是機械材料材質問題，材質不佳則會嚴重影響工程的質量及順利實施。氮化硅結合碳化硅耐磨材料具有良好的產品性能和較低的生產成本，其具有高度的耐腐蝕、耐高溫和耐磨等特性。在礦山機械中應用氮化硅結合碳化硅耐磨材料時，需要對產品結構的連接性、沖擊韌性和均勻性加以優化，從而提高應用效果。本文就對氮化硅結合碳化硅耐磨材料在礦山機械的應用進行分析和探討。

關鍵詞：氮化硅結合碳化硅；耐磨材料；礦山機械；應用

對于礦山機械而言，其在實際工作中往往會因強烈磨損、物料腐蝕與摩擦等而失去效用，這樣會因部件頻繁檢修與更換而過多停工，影響礦山作業的連續性，導致物力和人力的浪費。為了提高礦山機械設備的使用年限，需要大力開發新型的耐磨材料，如氮化硅結合碳化硅耐磨材料，保證材料的硬度和強度，促進礦山作業的順利實施。

一、氮化硅結合碳化硅耐磨材料概述

對于氮化硅結合碳化硅耐磨材料而言，其特性主要表現在以下幾方面：一是良好的抗熱震性和高溫抗蠕變性。碳化硅具有良好的導熱性能，而氮化硅則具有較低的熱膨脹率，將兩者進行有效結合形成氮化硅結合碳化硅材料，則該材料則具有良好的抗熱震性能。如果在冷熱循環使用時，尺寸大小基本保持不變，溫度由1300℃冷卻為20℃時，需要進行數百次的加熱循環，但是這不會對材料產生破壞，有效縮短燒成周期。此外，在氮化硅結合碳化硅耐磨材料的制造過程中，其尺寸變化都低于1%，并且由于玻璃相的缺乏，材料在高溫狀況下基本不會出現變形情況，因此廢品和制品變形等情況也不會發生。二是良好的抗氧化性、耐磨損性和耐腐蝕性。相較于碳化硼、立方氮化硼和金剛石等物質而言，碳化硅和氮化硅的顯微硬度相對較小，并且氮化硅具有較小的摩擦系數和良好的自潤滑性。因此氮化硅結合碳化硅的復合材料具有良好的化學性能，其能夠承受大部分堿液腐蝕和無機酸腐蝕，具備良好的抗氧化性能，能夠有效抵抗熔融鋁和鋁合金熔液的潤濕以及有色金屬的侵蝕，高溫點的絕緣性能良好。三是較強的抗折強度。相較于粘土碳化硅制品而言，氮化硅結合碳化硅耐磨材料的抗折強度更強，其室溫抗折強度達到粘土碳化硅制品的2倍。如果不包括無定形相，室溫保持在1200℃～1400℃的范圍內，該耐磨材料的強度會進一步增加，達到粘土碳化硅制品的9倍。

二、氮化硅結合碳化硅耐磨材料在礦山機械中的應用及前景

（一）具體應用

氮化硅結合碳化硅耐磨材料在礦山機械中的應用，其具體可從幾下方面進行分析：首先是重介質旋流器和水力旋流器方面。一般在利用重介質旋流器分選原煤時，其環境相對復雜化，所處的密度場和速度具有一定的復雜性，因此其內部磨損形式也相對較為復雜，并且沖蝕磨損具有多樣化的類型，如表面疲勞磨損、腐蝕磨損、微切削磨損和撞擊磨損等。此外，硬度、顆粒形狀、原煤粒度大小和受入料的壓力等因素也會影響旋流器內部的磨損。此外，氮化硅結合碳化硅陶瓷在水力旋流器的應用，其主要是用于彎頭、耐磨板、噴嘴、內襯和沉砂口等部位。國外企業在對碳化硅復合材料加以生產后，將其用于較小沖擊和其他應力的水力旋流器沉砂口的制作中，從而減小材料的磨損速度，降低機械的維修費用，延長機械的使用壽命。

其次是砂漿泵方面。砂漿泵多用于礦山作業中的腐蝕性、高濃度與強磨損的渣漿中，如煤泥、灰渣、精礦砂、輸送尾、清淤和采礦等工作，這些工作對材料的耐腐蝕性能和耐磨性能具有較高的要求。目前我國大多數渣漿泵耐磨零部件材質，其都是選用高鉻鑄鐵，其使用壽命僅僅只達1～2個月，為了提高高鉻鑄鐵的使用期限，不斷創新與升級泵用材料，使其經歷了鑄鐵—特種金屬合金—橡膠制品——工程塑料—陶瓷等過程。一般而言，利用改性聚氨酯彈性體能夠延長砂泵的使用期限3～10倍，而利用氮化硅結合碳化硅的復合材料，則至少可提高其使用期限的10倍。目前我國已經開始利用氮化硅結合碳化硅陶瓷材料來制作葉輪，但是砂漿泵的利用則較少。

（二）應用前景

由于氮化硅結合碳化硅材料具有良好的耐磨性和耐熱性，其被廣泛應用在磨料磨具和耐火材料等行業，但是在礦山機械方面的應用相對較少，需要轉變觀念，積極嘗試。目前氮化硅結合碳化硅陶瓷在應用過程中，應有效提高其與其他部件的連接、沖擊韌性和結合的均勻性，并科學利用碳化硅晶須—氮化硅來改善其韌性。稀土和氧化物活化劑應用于氮化硅和碳化硅，能夠改善常溫耐壓與抗折的強度，促進燒結時間的縮短。此外，氮化硅結合碳化硅材料的應用可從生產成本的降低、噴涂工藝、粘結與成型技術等方面考慮，促進其在礦山機械中適用范圍和靈活性的提高。

結束語

綜上所述，氮化硅結合碳化硅耐磨材料具有良好的抗熱震性、高溫抗蠕變性、氧化性、耐磨損性、耐腐蝕性和抗折強度，將其應用在礦山機械中，能夠有效提高機械的作業率與性能，優化礦產資源配置。在今后的發展過程中，我國需要進一步提高機械制造工藝，大力研發高性能和高效率的機械，不斷更新機械材質，從而實現礦產資源的高效利用。

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