Napredni keramički materijali za zahtjevne primjene

Ne postoji formalna definicija usluge. Može se smatrati da se odnosi na visoke troškove zamjene ventila ili radne uvjete koji smanjuju kapacitet obrade. Globalna potreba za smanjenjem troškova procesa proizvodnje kako bi se poboljšala profitabilnost svih sektora uključenih u teške uvjete rada. Oni se kreću od nafte i plina, petrokemije do nuklearne energije i proizvodnje električne energije, prerade minerala i rudarstva. Dizajneri i inženjeri pokušavaju postići ovaj cilj na različite načine. Najprikladnija metoda je povećati vrijeme neprekidnog rada i učinkovitost učinkovitom kontrolom parametara procesa (kao što je učinkovito gašenje i optimizirana kontrola protoka). Optimizacija sigurnosti također igra vitalnu ulogu, jer smanjenje broja zamjena može dovesti do sigurnijeg proizvodnog okruženja. Osim toga, tvrtka radi na smanjenju inventara opreme (uključujući pumpe i ventile) i potrebnog odlaganja. Istovremeno, vlasnici objekata očekuju veliki promet od svoje imovine. Stoga će povećani kapacitet obrade rezultirati manjim brojem (ali većeg promjera) cijevi i opreme te manjim brojem instrumenata za isti tok proizvoda. Ovo pokazuje da je, osim potrebe za korištenjem većih pojedinačnih komponenti sustava za šire promjere cijevi, također potrebno izdržati produljeno izlaganje teškim okruženjima kako bi se smanjili zahtjevi za održavanjem i zamjenom tijekom rada. Komponente, uključujući ventile i kuglice ventila, moraju biti robusne kako bi odgovarale željenoj primjeni, ali također mogu produljiti svoj vijek trajanja. Međutim, glavni problem kod većine aplikacija je to što su metalni dijelovi dosegli svoje granice performansi. To ukazuje da dizajneri mogu pronaći alternative nemetalnim materijalima u zahtjevnim primjenama, posebice keramičkim materijalima. Tipični parametri potrebni za rad komponenti u teškim uvjetima uključuju otpornost na toplinski udar, otpornost na koroziju, otpornost na zamor, tvrdoću, čvrstoću i žilavost. Otpornost je ključni parametar, jer komponente koje su manje otporne mogu katastrofalno otkazati. Žilavost keramičkih materijala definira se kao otpornost na širenje pukotina. U nekim slučajevima može se mjeriti metodom udubljenja kako bi se dobila umjetno visoka vrijednost. Korištenje snopa s jednostranim rezom može dati točne rezultate mjerenja. Čvrstoća je povezana sa žilavošću, ali se odnosi na jednu točku u kojoj je materijal katastrofalno oštećen kada se primijeni stres. Obično se naziva "modul loma" i dobiva se mjerenjem čvrstoće na savijanje u tri ili četiri točke na ispitnoj šipki. Vrijednost testa s tri boda veća je za 1% od vrijednosti testa s četiri boda. Iako se mnoge ljestvice, uključujući Rockwellov mjerač tvrdoće i Vickersov mjerač tvrdoće, mogu koristiti za mjerenje tvrdoće, Vickersova ljestvica mikrotvrdoće vrlo je prikladna za napredne keramičke materijale. Tvrdoća se mijenja proporcionalno otpornosti materijala na trošenje. Kod ventila koji rade na ciklički način, zamor je glavna briga zbog neprekidnog otvaranja i zatvaranja ventila. Umor je prag snage. Izvan tog praga, materijal ima tendenciju otkazivanja ispod svoje normalne čvrstoće na savijanje. Otpornost na koroziju ovisi o radnoj okolini i mediju koji sadrži materijal. Osim "hidrotermalne degradacije", mnogi napredni keramički materijali su superiorniji od metala u ovom području, a određeni materijali na bazi cirkonijevog oksida proći će "hidrotermalnu degradaciju" nakon što budu izloženi pari visoke temperature. Termički šok utječe na geometriju, koeficijent toplinskog širenja, toplinsku vodljivost, žilavost i čvrstoću komponenti. Ovo područje je pogodno za visoku toplinsku vodljivost i žilavost, tako da metalne komponente mogu učinkovito funkcionirati. Međutim, napredak u keramičkim materijalima sada pruža prihvatljive razine otpornosti na toplinski udar. Napredna keramika koristi se dugi niz godina i popularna je među inženjerima pouzdanosti, inženjerima postrojenja i dizajnerima ventila koji zahtijevaju visoke performanse i visoku vrijednost. Prema specifičnim zahtjevima primjene, prikladan je za različite formulacije u raznim industrijama. Međutim, četiri napredne keramike su od velike važnosti u području rigoroznog održavanja ventila, uključujući silicij karbid (SiC), silicij nitrid (Si3N4), aluminij i cirkonij. Materijali ventila i kugle ventila odabiru se prema specifičnim zahtjevima primjene. Ventil koristi dva glavna oblika cirkonijevog oksida, koji imaju isti koeficijent toplinskog širenja i krutost kao čelik. Magnezijevim oksidom djelomično stabilizirani cirkonij (Mg-PSZ) ima najveću otpornost na toplinske udare i žilavost, dok je polikristalni itrij tetragonalni cirkonij (Y-TZP) tvrđi, ali je osjetljiv na hidrotermalnu degradaciju. Silicijev nitrid (Si3N4) ima različite formulacije. Sinterirani silicijev nitrid pod tlakom plina (GPPSN) je najčešće korišteni materijal za ventile i komponente ventila. Uz prosječnu žilavost, također ima visoku tvrdoću i čvrstoću, izvrsnu otpornost na toplinski udar i toplinsku stabilnost. Osim toga, u visokotemperaturnim parnim okruženjima, Si3N4 može zamijeniti cirkonij kako bi se spriječila hidrotermalna degradacija. Sa strožim proračunom, koncentrator može birati između SiC ili glinice. Oba materijala imaju visoku tvrdoću, ali nisu tvrđi od cirkonijevog oksida ili silicijevog nitrida. Ovo pokazuje da je materijal vrlo prikladan za primjene statičkih komponenti, kao što su košuljice ventila i sjedišta ventila, umjesto kuglica ili diskova ventila koji su izloženi većem naprezanju. U usporedbi s metalnim materijalima koji se koriste u zahtjevnim primjenama ventila (uključujući ferokrom (CrFe), volframov karbid, Hastelloy i Stellite), napredni keramički materijali imaju manju žilavost i sličnu čvrstoću. Zahtjevne servisne primjene uključuju upotrebu rotirajućih ventila, kao što su leptir ventili, klinovi, plutajući kuglasti ventili i opruge. U takvim primjenama, Si3N4 i cirkonij imaju otpornost na toplinski udar, žilavost i snagu te se mogu prilagoditi najzahtjevnijim okruženjima. Zbog tvrdoće i otpornosti materijala na koroziju, radni vijek komponente je nekoliko puta veći od metalne komponente. Ostale prednosti uključuju karakteristike performansi tijekom životnog vijeka ventila, posebno u područjima gdje se održavaju mogućnosti isključivanja i upravljanja. To je pokazano u slučaju 65 mm (2,6 inča) ventila kynar/RTFE kuglice i obloge izložene 98% sumpornoj kiselini plus ilmenitu, pri čemu se ilmenit pretvara u pigment titan oksida. Korozivna priroda medija znači da životni vijek ovih komponenti može biti čak šest tjedana. Međutim, upotreba sferičnog ventila (zaštićeni magnezijev oksid djelomično stabiliziran cirkonijem (Mg-PSZ)) koju proizvodi Nilcra™ (Slika 1) ima izvrsnu tvrdoću i otpornost na koroziju i pruža se tri godine. Povremeni servis, bez vidljivog trošenja. U linearnim ventilima (uključujući kutne ventile, prigušne ventile ili kuglaste ventile), zbog karakteristika "tvrdog sjedišta" ovih proizvoda, cirkonij i silicijev nitrid prikladni su i za čepove ventila i za sjedišta ventila. Slično, glinica se može koristiti u određenim oblogama i kavezima. Pomoću odgovarajuće kuglice na prstenu sjedišta može se postići visok stupanj brtvljenja. Za jezgru ventila, uključujući ventil s kalemom, ulaz i izlaz ili čahuru tijela ventila, može se koristiti bilo koji od četiri glavna keramička materijala u skladu sa zahtjevima primjene. Visoka tvrdoća i otpornost materijala na koroziju pokazali su se korisnima u pogledu performansi proizvoda i životnog vijeka. Uzmimo za primjer leptir ventil DN150 koji se koristi u australskoj rafineriji boksita. Visok sadržaj silicijevog dioksida u mediju uzrokuje visoku razinu trošenja na čahurama ventila. Obloga i disk ventila korišteni u početku bili su izrađeni od 28% CrFe legure i trajali su samo osam do deset tjedana. Međutim, zbog uvođenja ventila izrađenih od Nilcra™ cirkonijevog oksida (slika 2), životni vijek je povećan na 70 tjedana. Zbog svoje žilavosti i čvrstoće, keramika dobro funkcionira u većini primjena ventila. Međutim, njihova tvrdoća i otpornost na koroziju pomažu produžiti vijek trajanja ventila. Zauzvrat, ovo smanjuje troškove cijelog životnog ciklusa smanjenjem vremena zastoja za zamjenske dijelove, smanjenim radnim kapitalom i zalihama, minimalnim ručnim rukovanjem i poboljšanom sigurnošću kroz smanjeno curenje. Dugo je vremena primjena keramičkih materijala u visokotlačnim ventilima bila jedna od glavnih briga, jer su ti ventili podložni velikim aksijalnim ili torzijskim opterećenjima. Međutim, glavni igrači na ovom polju razvijaju dizajne kuglica ventila koji poboljšavaju izdržljivost momenta aktiviranja. Drugo veliko ograničenje je veličina. Veličina najvećeg sjedišta ventila i najveće kuglice ventila (Slika 3) proizvedenih od djelomično stabiliziranog cirkonijevog oksida su DN500, odnosno DN250. Međutim, većina trenutnih specifikacija radije koristi keramiku za izradu dijelova čije dimenzije ne prelaze te dimenzije. Iako se sada pokazalo da su keramički materijali prikladan izbor, još uvijek postoje neke jednostavne smjernice koje treba slijediti kako bi se maksimizirala njihova učinkovitost. Keramičke materijale treba prvo koristiti samo ako postoji potreba za smanjenjem troškova. I iznutra i izvana treba izbjegavati oštre kutove i koncentraciju stresa. Sva potencijalna neusklađenost toplinskog širenja mora se uzeti u obzir tijekom faze projektiranja. Kako bi se smanjio stres obruča, potrebno je držati keramiku izvana, a ne iznutra. Konačno, potrebno je pažljivo razmotriti potrebu za geometrijskim tolerancijama i završnom obradom površine, jer te tolerancije mogu značajno povećati nepotrebne troškove. Slijedeći ove smjernice i najbolju praksu u odabiru materijala i koordinaciji s dobavljačima od početka projekta, može se postići idealno rješenje za svaku zahtjevnu uslugu. Ove su informacije dobivene, pregledane i prilagođene iz materijala koje je osigurao Morgan Advanced Materials. Morgan Advanced Materials-Tehnička keramika. (28. studenog 2019.). Napredni keramički materijali pogodni za ozbiljne servisne primjene. AZoM. Preuzeto s https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 26. svibnja 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Napredni keramički materijali za ozbiljne servisne primjene". AZoM. 26. svibnja 2021. Morgan Advanced Materials-Tehnička keramika. "Napredni keramički materijali za ozbiljne servisne primjene". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Pristupljeno 26. svibnja 2021.). Morgan Advanced Materials-Tehnička keramika. 2019. Napredni keramički materijali pogodni za ozbiljne servisne primjene. AZoM, pogledano 26. svibnja 2021., https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305. AZoM je razgovarao s izvanrednim profesorima Ardom Gozen, Georgeom i Joan Berry sa Sveučilišta Washington State. Arda je dio tima višestrukih institucija posvećenih stvaranju skela proizvedenih tkiva oponašanjem karakteristika ljudskih tkiva. U ovom intervjuu, AZoM je razgovarao s dr. Timom Nunneyem i dr. Adamom Bushellom iz Thermo Fisher Scientific o sustavu za površinsku analizu Nexsa G2. U ovom intervjuu, AZoM i dr. Juan Araneda, voditelj odjela za primijenjenu kemiju tvrtke Nanalysis, govorili su o sve većoj upotrebi i korisnosti NMR-a i kako pomoći analizi naslaga litija. Leco GDS850 spektrometar s tinjajućim pražnjenjem može se koristiti za analizu različitih metalurških materijala. Također omogućuje kvantitativno dubinsko profiliranje materijala. Ima raspon od 120-800 nm i svestran je. Hardinge® T serija tokarskih centara i SUPER-PRECISION® T serija tokarskih centara priznati su vodeći na tržištu u ultrapreciznim i tvrdim tokarskim primjenama. Koristimo kolačiće kako bismo poboljšali vaše iskustvo. Nastavkom pregledavanja ove web stranice pristajete na našu upotrebu kolačića. Više informacija.