氮化硅結(jié)合碳化硅材料的特性及應(yīng)用范圍

王軍

摘 要：時(shí)代的發(fā)展，促進(jìn)了各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，尤其是工業(yè)化進(jìn)程迅速，讓礦山行業(yè)得到了進(jìn)步和發(fā)展。從目前我國(guó)的現(xiàn)狀來(lái)看，礦山機(jī)械制造行業(yè)存在諸多的問(wèn)題，尤其是機(jī)械材料材質(zhì)不耐腐蝕、不耐磨問(wèn)題最為突出，對(duì)礦山和選廠設(shè)備使用壽命有著嚴(yán)重的影響。氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料有著良好的性能，而且可根據(jù)使用要求成型各種尺寸，最重要的是有著極高的耐腐蝕性、耐磨性等。將氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料運(yùn)用到礦山機(jī)械當(dāng)中，可以優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)連接性，提升產(chǎn)品的品質(zhì)性，這樣才能讓使用效果更佳理想。本文針對(duì)氮化硅結(jié)合碳化硅材料的特性及應(yīng)用范圍進(jìn)行了論述，希望有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：礦山；氮化硅結(jié)合碳化硅材料；應(yīng)用

從我國(guó)目前礦山作業(yè)的現(xiàn)狀來(lái)看，依然以機(jī)械工作為主，所以，機(jī)械長(zhǎng)期的處于作業(yè)狀況，從而導(dǎo)致磨損迅速失效情況比較突出，另外，因?yàn)槟p后產(chǎn)生的殘?jiān)恍⌒牡羧氲讲牧袭?dāng)中，最終給產(chǎn)品質(zhì)量造成直接的影響。想要讓礦山設(shè)備的使用壽命能夠增加，需要進(jìn)一步的研發(fā)新的耐磨材料，這對(duì)礦山行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。陶瓷材料的形成，是由氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料制造產(chǎn)生的，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)非常優(yōu)異，有著很強(qiáng)的強(qiáng)度及硬度，線性膨脹系數(shù)比較低，抗高溫氧化能力、抗高溫蠕變性非常良好，因此，在多個(gè)行業(yè)當(dāng)中對(duì)氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料進(jìn)行了充分的運(yùn)用。氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料在礦山機(jī)械當(dāng)中的運(yùn)用將會(huì)越來(lái)越多。

1 氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料的特性

1.1 抗折強(qiáng)度較強(qiáng)

氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料和粘土碳化硅制品相比，在抗折強(qiáng)度方面，氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料是后者的兩倍。這是由于通過(guò)高溫?zé)映尚魏螅瑧?yīng)用溫度范圍在1200-1400℃，不會(huì)影響其的強(qiáng)度，是粘土碳化硅強(qiáng)度的九倍[1-2]。

1.2 良好的抗氧化性，極強(qiáng)的耐腐蝕性和耐磨損性

對(duì)于金剛石、碳化硼等物質(zhì)來(lái)講，氮化硅、碳化硅的顯微粒度比較小，另外，氮化硅本身摩擦系數(shù)也比較小，更存在相應(yīng)的白潤(rùn)滑性，所以，氮化硅結(jié)合碳化硅材料有著良好的化學(xué)性能，對(duì)于一般的無(wú)機(jī)酸及堿液腐蝕具有一定的承受能力，當(dāng)然，其中不包括氫氟酸，和粘土碳化硅制品相比，氮化硅結(jié)合碳化硅材料有著良好的抗氧化性。氮化硅結(jié)合碳化硅材料對(duì)熔融有色金屬的侵蝕具有抵抗能力，鋁、鋅等物質(zhì)無(wú)法對(duì)其潤(rùn)濕，其中絕緣性能較好。

1.3 高溫抗蠕變性比較好

在實(shí)際制造當(dāng)中，氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合材料比較突出的變化就是尺寸變化，需要將其控制在1%以內(nèi)，由于沒(méi)有玻璃相，所以，不會(huì)發(fā)生耐火材料高溫變形的現(xiàn)象，對(duì)于制品變形的情況也不會(huì)發(fā)生，更不會(huì)產(chǎn)生廢品。

1.4 抗熱震性較好

碳化硅和其他的材料相比，其的導(dǎo)熱性非常良好，氮化硅在熱膨脹率方面也極低，所以，氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合材料其的抗熱震性能極佳。如果整個(gè)過(guò)程中都處于冷熱循環(huán)的環(huán)境下運(yùn)用，尺寸變化不是很明顯，溫度從1300℃冷卻到20℃，對(duì)其進(jìn)行多次的加熱循環(huán)，也不會(huì)給其帶來(lái)影響。鑒于此，對(duì)于窯子溫差的情況無(wú)需擔(dān)心，更進(jìn)一步的縮短了燒成的時(shí)間。

2 氮化硅結(jié)合碳化硅材料的生產(chǎn)

眾所周知，氮化硅結(jié)合碳化硅材料從性能上來(lái)講，它屬于一種非氧化物陶瓷材料，和氧化物陶瓷材料比較，它有著自身獨(dú)特的特性，氮化硅結(jié)合碳化硅材料有著極其的硬度、以及蠕變抗力，即時(shí)在高溫環(huán)境下，這些性能也不會(huì)受到影響，可以說(shuō)，因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)勢(shì)是其他材料不可取代的。氮化硅結(jié)合碳化硅材料本身屬于機(jī)械結(jié)合，也就是說(shuō)，針狀或纖維狀Si3N4將細(xì)粒SiC進(jìn)行了包裹，然后和碳化硅進(jìn)行了融合產(chǎn)生的。從目前的現(xiàn)狀來(lái)看，氮化硅結(jié)合碳化硅材料是陶瓷窯爐當(dāng)中不可缺少的一種耐火材料，更被充分的運(yùn)用到其中，氮化物結(jié)合碳化硅材料逐漸的取代了粘土結(jié)合碳化硅材料，另外，因?yàn)榈杞Y(jié)合碳化硅材料性價(jià)比不高，所以，和再結(jié)晶或重結(jié)晶碳化硅相對(duì)比，氮化硅結(jié)合碳化硅材料在市場(chǎng)上更有發(fā)展前景[3]。

3 礦山機(jī)械中氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料的應(yīng)用

從我國(guó)目前的礦山機(jī)械技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，得到了進(jìn)一步的發(fā)展，這和新材料及新工藝的運(yùn)用有著直接的聯(lián)系性。礦山機(jī)械受砂石沖刷很容易受到磨損，所以，運(yùn)用氮化硅結(jié)合碳化硅材料更為適宜，特別是在腐蝕性、高溫環(huán)境下作業(yè)，氮化硅結(jié)合碳化硅材料的作用價(jià)值更為突出。

3.1 在砂漿泵中的應(yīng)用

在礦山設(shè)備當(dāng)中，砂漿泵使用比較普遍，對(duì)于采礦、清淤等作業(yè)工作的完成，每個(gè)環(huán)節(jié)有著極強(qiáng)的磨蝕性，由于渣漿濃度比較高，有著很強(qiáng)的渣漿腐蝕性，因此，對(duì)于材料的選擇，必須突出高耐磨及高耐腐蝕性。在我國(guó)大部分的渣漿泵耐磨零部件當(dāng)中，高鉻鑄鐵運(yùn)用比較廣泛，使用壽命一般為60至90天之間，想要延長(zhǎng)其的使用壽命，需要進(jìn)一步的升級(jí)泵用材料，如，鑄鐵升級(jí)為特種金屬合金及橡膠制品，最終發(fā)展成工程塑料、陶瓷等，從而延長(zhǎng)自身的使用壽命；我們可以將氮化硅結(jié)合碳化硅材料當(dāng)做葉輪、泵殼、密封件，從而讓其的使用壽命延長(zhǎng)，甚至達(dá)到數(shù)十倍。我國(guó)目前對(duì)國(guó)外的氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷材料葉輪進(jìn)行了大量的引進(jìn)和運(yùn)用，然而，對(duì)于該類型泵的生產(chǎn)，我國(guó)的生產(chǎn)廠家比較少。

3.2 在水力旋流器中的應(yīng)用

氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷使用的范圍比較大，如，水力旋流器的沉砂口、噴嘴等方面都能夠充分的發(fā)揮其的作用價(jià)值，在制作水力旋流器沉砂口當(dāng)中，現(xiàn)應(yīng)用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的粘土的碳化硅復(fù)合材料，其的沖擊和應(yīng)力比較小，和橡膠件對(duì)比，磨損速度比較慢，而且使用壽命比較長(zhǎng)，和上年同個(gè)時(shí)間段相比，水力旋流器給料泵機(jī)件的單位修理費(fèi)減少了很多，更很大程度的節(jié)省了勞動(dòng)工資及磨損環(huán)節(jié)的費(fèi)用，所以，將氮化硅運(yùn)用到水力旋流器內(nèi)襯里具有很大的優(yōu)勢(shì)。

3.3 在重介質(zhì)溜槽的中的應(yīng)用

應(yīng)用于重介質(zhì)溜槽、攪拌槽、礦斗，各種輸送管道及彎頭內(nèi)襯，由于受礦砂的沖刷的影響使應(yīng)用環(huán)境存在一定的復(fù)雜性，因?yàn)椴还苁窃谀透g性方面，還是在耐磨度方面都較為復(fù)雜，溜槽內(nèi)壁的磨損形式非常突出，而且沖蝕磨損的類型比較多樣化，如，撞擊磨損、微切削磨損等。所以，將氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷作襯里可以優(yōu)化產(chǎn)品達(dá)到提升效果。其耐磨性是普通鑄鐵、橡膠使用壽命的5-20倍。

4 應(yīng)用前景

氮化硅結(jié)合碳化硅材料和其他材料相比，本身有著高耐磨性及耐熱性，更在磨料磨具和耐火材料等行業(yè)被廣泛的運(yùn)用，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，氮化硅結(jié)合碳化硅材料在礦山行業(yè)當(dāng)中使用比較少見，所以，應(yīng)該對(duì)觀念進(jìn)行改變，并且多次進(jìn)行嘗試。氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷的應(yīng)用，需要對(duì)其和其他部件的連接性、均勻性等方面進(jìn)行提升，更要對(duì)碳化硅和氮化硅進(jìn)行充分的運(yùn)用，從而讓其的韌性得到改善。在氮化硅和碳化硅中運(yùn)用稀土和氧化物活化劑，可以使得其的常溫耐壓和抗折強(qiáng)度得到增加，更縮短了燒結(jié)時(shí)間。另外，引用氮化硅結(jié)合碳化硅材料可降低生產(chǎn)費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期，所以，在礦山、選廠當(dāng)中非常適用，更有著極高的靈活性。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)在研發(fā)氮化硅結(jié)合碳化硅材料方面雖然取得了一定的成效，然而在成型技術(shù)、低生產(chǎn)成本等方面還需要多加努力，這樣是為了能夠讓氮化硅結(jié)合碳化硅材料的靈活性得到提升，更增加其的適用范圍，只有研制出更好的耐磨材料，才能達(dá)到礦產(chǎn)資源高節(jié)約、高效綜合利用的效果。

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，2017（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)，2016，29（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，2016（04）：11-12.