مواد سرامیکی پیشرفته برای کاربردهای خدمات خشن

هیچ تعریف رسمی خدمات وجود ندارد. می توان آن را به هزینه بالای تعویض شیر یا شرایط کاری که ظرفیت پردازش را کاهش می دهد در نظر گرفت. نیاز جهانی به کاهش هزینه های تولید فرآیند به منظور بهبود سودآوری تمام بخش های درگیر در شرایط سخت خدمات. اینها از نفت و گاز، پتروشیمی تا انرژی هسته ای و تولید برق، فرآوری مواد معدنی و استخراج معادن را شامل می شود. طراحان و مهندسان برای رسیدن به این هدف از طرق مختلف تلاش می کنند. مناسب ترین روش افزایش زمان کار و کارایی با کنترل موثر پارامترهای فرآیند (مانند خاموش شدن موثر و کنترل جریان بهینه) است. بهینه سازی ایمنی نیز نقش حیاتی ایفا می کند، زیرا کاهش تعداد تعویض ها می تواند به محیط تولید ایمن تر منجر شود. علاوه بر این، این شرکت در تلاش است تا موجودی تجهیزات (از جمله پمپ ها و شیرها) و دفع مورد نیاز را کاهش دهد. در عین حال، صاحبان تسهیلات انتظار گردش مالی زیادی از دارایی های خود دارند. بنابراین، افزایش ظرفیت پردازش منجر به تولید لوله‌ها و تجهیزات کمتر (اما قطر بزرگ‌تر) و ابزارهای کمتر برای جریان محصول مشابه می‌شود. این نشان می‌دهد که، علاوه بر استفاده از اجزای سیستم بزرگ‌تر برای قطر لوله‌های وسیع‌تر، همچنین لازم است در معرض قرار گرفتن طولانی‌مدت در محیط‌های خشن برای کاهش نیازهای تعمیر و نگهداری و جایگزینی در حین کار قرار گیرید. قطعات شامل سوپاپ ها و توپ های سوپاپ باید برای کاربرد مورد نظر محکم باشند، اما ممکن است عمر خود را نیز افزایش دهند. با این حال، مشکل اصلی اکثر برنامه ها این است که قطعات فلزی به محدودیت های عملکرد خود رسیده اند. این نشان می‌دهد که طراحان ممکن است جایگزین‌هایی برای مواد غیرفلزی در کاربردهای سخت، به‌ویژه مواد سرامیکی بیابند. پارامترهای معمولی مورد نیاز برای عملکرد قطعات در شرایط سخت شامل مقاومت در برابر شوک حرارتی، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر خستگی، سختی، استحکام و چقرمگی است. انعطاف‌پذیری یک پارامتر کلیدی است، زیرا اجزایی که انعطاف‌پذیری کمتری دارند می‌توانند به طرز فاجعه‌باری از کار بیفتند. چقرمگی مواد سرامیکی به عنوان مقاومت در برابر انتشار ترک تعریف می شود. در برخی موارد، می توان آن را با استفاده از روش تورفتگی اندازه گیری کرد تا به طور مصنوعی ارزش بالایی به دست آورد. استفاده از پرتو برش یک طرفه می تواند نتایج اندازه گیری دقیقی را ارائه دهد. استحکام به چقرمگی مربوط می شود، اما به یک نقطه اشاره دارد که در آن یک ماده در هنگام اعمال تنش به طور فاجعه بار آسیب می بیند. معمولاً به آن "مدول گسیختگی" می گویند و با اندازه گیری مقاومت خمشی سه یا چهار نقطه ای روی میله آزمایش به دست می آید. ارزش آزمون سه امتیازی 1 درصد بیشتر از ارزش آزمون چهار امتیازی است. اگرچه می توان از ترازوهای بسیاری از جمله سختی سنج راکول و سختی سنج ویکرز برای اندازه گیری سختی استفاده کرد، مقیاس میکروسختی ویکرز برای مواد سرامیکی پیشرفته بسیار مناسب است. سختی متناسب با مقاومت در برابر سایش مواد تغییر می کند. در شیرهایی که به صورت چرخه ای کار می کنند، خستگی به دلیل باز و بسته شدن مداوم شیر نگرانی اصلی است. خستگی آستانه قدرت است. فراتر از این آستانه، ماده تمایل دارد کمتر از مقاومت خمشی معمولی خود شکست بخورد. مقاومت در برابر خوردگی به محیط عملیاتی و محیط حاوی مواد بستگی دارد. علاوه بر "تجزیه هیدروترمال"، بسیاری از مواد سرامیکی پیشرفته نسبت به فلزات در این زمینه برتری دارند و برخی از مواد مبتنی بر زیرکونیا پس از قرار گرفتن در معرض بخار با دمای بالا، دچار "تجزیه هیدروترمال" می شوند. هندسه، ضریب انبساط حرارتی، هدایت حرارتی، چقرمگی و استحکام اجزا تحت تاثیر شوک حرارتی قرار می گیرد. این ناحیه برای هدایت حرارتی و چقرمگی بالا مناسب است، بنابراین اجزای فلزی می توانند به طور موثر عمل کنند. با این حال، پیشرفت در مواد سرامیکی در حال حاضر سطوح قابل قبولی از مقاومت در برابر شوک حرارتی را فراهم می کند. سرامیک های پیشرفته سالهاست که مورد استفاده قرار می گیرند و در میان مهندسان قابلیت اطمینان، مهندسین کارخانه و طراحان شیرآلات که به کارایی بالا و ارزش بالا نیاز دارند، محبوب هستند. با توجه به نیازهای کاربردی خاص، برای فرمولاسیون های مختلف در صنایع مختلف مناسب است. با این حال، چهار سرامیک پیشرفته در زمینه نگهداری دقیق شیرها از جمله کاربید سیلیکون (SiC)، نیترید سیلیکون (Si3N4)، آلومینا و زیرکونیا از اهمیت زیادی برخوردار هستند. مواد سوپاپ و توپ سوپاپ با توجه به نیازهای کاربردی خاص انتخاب می شوند. این شیر از دو شکل اصلی زیرکونیا استفاده می کند که دارای ضریب انبساط حرارتی و سختی مشابه فولاد هستند. زیرکونیای نیمه تثبیت شده با اکسید منیزیم (Mg-PSZ) دارای بالاترین مقاومت در برابر شوک حرارتی و چقرمگی است، در حالی که ایتریا تتراگونال زیرکونیا پلی کریستالی (Y-TZP) سخت تر است، اما مستعد تخریب هیدروترمال است. نیترید سیلیکون (Si3N4) فرمولاسیون های مختلفی دارد. نیترید سیلیکون متخلخل با فشار گاز (GPPSN) متداول ترین ماده مورد استفاده برای شیرها و اجزای شیر است. علاوه بر چقرمگی متوسط، دارای سختی و استحکام بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی عالی و پایداری حرارتی است. علاوه بر این، در محیط های بخار با دمای بالا، Si3N4 می تواند جایگزین زیرکونیا برای جلوگیری از تخریب هیدروترمال شود. با بودجه سخت گیرانه تر، متمرکز کننده می تواند از بین SiC یا آلومینا انتخاب کند. هر دو ماده دارای سختی بالایی هستند، اما سخت تر از زیرکونیا یا نیترید سیلیکون نیستند. این نشان می‌دهد که این ماده برای کاربردهای اجزای استاتیک، مانند آستر سوپاپ و نشیمنگاه سوپاپ، به جای توپ‌های سوپاپ یا دیسک‌هایی که در معرض تنش بیشتری هستند، بسیار مناسب است. مواد سرامیکی پیشرفته در مقایسه با مواد فلزی مورد استفاده در کاربردهای سخت دریچه (شامل فروکروم (CrFe)، کاربید تنگستن، Hastelloy و Stellite)، چقرمگی کمتر و استحکام مشابهی دارند. کاربردهای خدماتی درخواستی شامل استفاده از شیرهای دوار مانند شیرهای پروانه ای، تراننیون ها، شیرهای توپی شناور و فنرها است. در چنین کاربردهایی، Si3N4 و زیرکونیا دارای مقاومت در برابر شوک حرارتی، چقرمگی و استحکام هستند و می توانند با سخت ترین محیط ها سازگار شوند. به دلیل سختی و مقاومت در برابر خوردگی مواد، عمر مفید قطعه چندین برابر قطعه فلزی است. مزایای دیگر شامل ویژگی های عملکرد در طول عمر شیر، به ویژه در مناطقی است که قابلیت های قطع و کنترل حفظ می شود. این در مورد توپ و لاینر کینار/RTFE دریچه 65 میلی‌متری (2.6 اینچ) که در معرض 98 درصد اسید سولفوریک به اضافه ایلمنیت قرار گرفته بود، نشان داده شد، ایلمنیت به رنگدانه اکسید تیتانیوم تبدیل می‌شود. ماهیت خورنده رسانه به این معنی است که عمر این اجزا می تواند تا شش هفته باشد. با این حال، استفاده از تریم دریچه کروی (یک زیرکونیای اختصاصی با اکسید منیزیم تا حدی تثبیت شده (Mg-PSZ)) ساخته شده توسط Nilcra™ (شکل 1) دارای سختی و مقاومت در برابر خوردگی عالی است و به مدت سه سال ارائه شده است. سرویس متناوب، بدون هیچ گونه سایش و پارگی قابل تشخیص. در شیرهای خطی (شامل دریچه‌های زاویه‌دار، دریچه‌های دریچه گاز یا دریچه‌های گلوب)، به دلیل ویژگی‌های «نصب سخت» این محصولات، زیرکونیا و نیترید سیلیکون برای هر دو شاخه سوپاپ و نشیمنگاه سوپاپ مناسب هستند. به طور مشابه، آلومینا را می توان در آسترها و قفس های خاص استفاده کرد. از طریق توپ منطبق بر روی حلقه صندلی، می توان به درجه بالایی از آب بندی دست یافت. برای هسته شیر، از جمله دریچه قرقره، ورودی و خروجی یا بوش بدنه شیر، هر یک از چهار ماده اصلی سرامیکی را می توان با توجه به الزامات کاربرد استفاده کرد. ثابت شده است که سختی بالا و مقاومت در برابر خوردگی مواد از نظر عملکرد محصول و عمر مفید مفید است. به عنوان مثال شیر پروانه ای DN150 مورد استفاده در پالایشگاه بوکسیت استرالیا را در نظر بگیرید. محتوای سیلیس بالا در محیط باعث سایش بالا در بوشینگ سوپاپ می شود. لاینر و دیسک سوپاپ مورد استفاده در ابتدا از آلیاژ 28% CrFe ساخته شده بود و تنها هشت تا ده هفته دوام آورد. با این حال، با توجه به معرفی شیرهای ساخته شده از Nilcra™ زیرکونیا (شکل 2)، عمر مفید به 70 هفته افزایش یافته است. به دلیل چقرمگی و استحکام، سرامیک ها در اکثر کاربردهای شیر به خوبی کار می کنند. با این حال، سختی و مقاومت آنها در برابر خوردگی است که به افزایش عمر شیر کمک می کند. این امر به نوبه خود با کاهش زمان خرابی قطعات تعویضی، کاهش سرمایه در گردش و موجودی، حداقل حمل دستی و بهبود ایمنی از طریق کاهش نشتی، هزینه کل چرخه عمر را کاهش می دهد. از دیرباز استفاده از مواد سرامیکی در شیرهای پرفشار یکی از دغدغه های اصلی بوده است، زیرا این شیرها در معرض بارهای محوری یا پیچشی بالایی هستند. با این حال، بازیگران اصلی در این زمینه در حال توسعه طرح‌های توپ سوپاپ هستند که بقای گشتاور تحریک را بهبود می‌بخشد. محدودیت اصلی دیگر اندازه است. اندازه بزرگترین صندلی سوپاپ و بزرگترین توپ سوپاپ (شکل 3) تولید شده توسط زیرکونیای نیمه تثبیت شده منیزیم به ترتیب DN500 و DN250 است. با این حال، بیشتر تعیین کننده های فعلی ترجیح می دهند از سرامیک برای ساخت قطعاتی استفاده کنند که ابعاد آنها از این ابعاد بیشتر نباشد. اگرچه اکنون ثابت شده است که مواد سرامیکی انتخاب مناسبی هستند، اما هنوز دستورالعمل های ساده ای وجود دارد که برای به حداکثر رساندن عملکرد آنها باید رعایت شود. فقط در صورت نیاز به کاهش هزینه ها ابتدا باید از مواد سرامیکی استفاده کرد. هر دو در داخل و خارج باید از گوشه های تیز و تمرکز استرس اجتناب کنند. هرگونه عدم تطابق بالقوه انبساط حرارتی باید در مرحله طراحی در نظر گرفته شود. برای کاهش تنش حلقه، باید سرامیک را در خارج از داخل نگه داشت. در نهایت، نیاز به تلرانس های هندسی و تکمیل سطح باید به دقت مورد توجه قرار گیرد، زیرا این تلرانس ها ممکن است هزینه های غیر ضروری را به طور قابل توجهی افزایش دهند. با پیروی از این دستورالعمل‌ها و بهترین شیوه‌ها در انتخاب مواد و هماهنگی با تامین‌کنندگان از ابتدای پروژه، می‌توان به یک راه‌حل ایده‌آل برای هر برنامه خدماتی خواستار دست یافت. این اطلاعات از مطالب ارائه شده توسط Morgan Advanced Materials به دست آمده، بررسی و اقتباس شده است. Morgan Advanced Materials-Technical Seramics. (28 نوامبر 2019). مواد سرامیکی پیشرفته مناسب برای کاربردهای خدمات جدی. AZoM. برگرفته از https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 در 26 مه 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "مواد سرامیکی پیشرفته برای کاربردهای خدمات جدی". AZoM. 26 مه 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Seramics. "مواد سرامیکی پیشرفته برای کاربردهای خدمات جدی". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (دسترسی در 26 مه 2021). Morgan Advanced Materials-Technical Seramics. 2019. مواد سرامیکی پیشرفته مناسب برای کاربردهای خدمات جدی. AZoM، مشاهده شده در 26 مه 2021، https://www.azom.com/article.aspx؟ ID Article = 12305. AZoM با دانشیاران Arda Gozen، George و Joan Berry از دانشگاه ایالتی واشنگتن صحبت کرد. آردا بخشی از تیمی از مؤسسات متعدد است که به ایجاد داربست از بافت های مهندسی شده با تقلید از ویژگی های بافت های انسانی اختصاص دارد. در این مصاحبه، AZoM با دکتر تیم نانی و دکتر آدام بوشل از Thermo Fisher Scientific در مورد سیستم تحلیل سطح Nexsa G2 صحبت کرد. در این مصاحبه، AZoM و دکتر Juan Araneda، رئیس شیمی کاربردی Nanalysis، در مورد افزایش استفاده و کاربرد NMR و چگونگی کمک به تجزیه و تحلیل رسوبات لیتیوم صحبت کردند. طیف‌سنج تخلیه تابش GDS850 Leco را می‌توان برای آنالیز مواد متالورژیکی مختلف مورد استفاده قرار داد. همچنین نمایه عمق کمی مواد را ارائه می دهد. برد 120-800 نانومتر دارد و همه کاره است. مراکز تراشکاری سری Hardinge® T و مراکز تراشکاری سری SUPER-PRECISION® T رهبران بازار در کاربردهای تراشکاری فوق العاده دقیق و سخت هستند. ما از کوکی ها برای بهبود تجربه شما استفاده می کنیم. با ادامه مرور این وب سایت، با استفاده ما از کوکی ها موافقت می کنید. اطلاعات بیشتر.