Napredni keramični materiali za težke storitve

Formalne definicije storitve ni. Lahko se šteje, da se nanaša na visoke stroške zamenjave ventila ali na delovne pogoje, ki zmanjšujejo zmogljivost obdelave. Globalna potreba po zmanjšanju proizvodnih stroškov procesa, da bi izboljšali dobičkonosnost vseh sektorjev, vključenih v težke delovne pogoje. Te segajo od nafte in plina, petrokemičnih izdelkov do jedrske energije in proizvodnje električne energije, predelave mineralov in rudarjenja. Oblikovalci in inženirji poskušajo ta cilj doseči na različne načine. Najprimernejša metoda je povečanje časa delovanja in učinkovitosti z učinkovitim nadzorom procesnih parametrov (kot sta učinkovita zaustavitev in optimiziran nadzor pretoka). Varnostna optimizacija prav tako igra ključno vlogo, saj lahko zmanjšanje števila zamenjav privede do varnejšega proizvodnega okolja. Poleg tega si podjetje prizadeva za zmanjšanje zalog opreme (vključno s črpalkami in ventili) in zahtevanega odstranjevanja. Obenem lastniki objektov pričakujejo velik promet s svojimi sredstvi. Zato bo povečana predelovalna zmogljivost povzročila manj (vendar večjega premera) cevi in ​​opreme ter manj instrumentov za isti proizvodni tok. To kaže, da je poleg uporabe večjih posameznih komponent sistema za širše premere cevi potrebna tudi dolgotrajna izpostavljenost težkim okoljem, da se zmanjšajo zahteve po vzdrževanju in zamenjavi med obratovanjem. Komponente, vključno z ventili in ventilskimi kroglicami, morajo biti robustne, da ustrezajo želeni uporabi, lahko pa tudi podaljšajo njihovo življenjsko dobo. Vendar pa je glavna težava pri večini aplikacij ta, da so kovinski deli dosegli svoje meje zmogljivosti. To kaže, da lahko oblikovalci najdejo alternative nekovinskim materialom v zahtevnih aplikacijah, zlasti keramičnim materialom. Tipični parametri, potrebni za delovanje komponent v težkih pogojih, vključujejo odpornost na toplotni udar, odpornost proti koroziji, odpornost proti utrujenosti, trdoto, moč in žilavost. Prožnost je ključni parameter, saj lahko komponente, ki so manj prožne, katastrofalno odpovejo. Žilavost keramičnih materialov je opredeljena kot odpornost proti širjenju razpok. V nekaterih primerih se lahko meri z metodo vdolbine, da se pridobi umetno visoka vrednost. Uporaba žarka z enostranskim zarezom lahko zagotovi natančne rezultate meritev. Trdnost je povezana z žilavostjo, vendar se nanaša na posamezno točko, kjer se material ob uporabi obremenitve katastrofalno poškoduje. Običajno se imenuje "modul pretrganja" in se pridobi z merjenjem tritočkovne ali štiritočkovne upogibne trdnosti na preskusni palici. Vrednost tritočkovnega testa je za 1 % višja od vrednosti štiritočkovnega testa. Čeprav je za merjenje trdote mogoče uporabiti številne lestvice, vključno z merilnikom trdote po Rockwellu in merilnikom trdote po Vickersu, je mikrotrdotna lestvica po Vickersu zelo primerna za napredne keramične materiale. Trdota se spreminja sorazmerno z odpornostjo proti obrabi materiala. Pri ventilih, ki delujejo na ciklični način, je utrujenost glavna skrb zaradi neprekinjenega odpiranja in zapiranja ventila. Utrujenost je prag moči. Nad tem pragom je material nagnjen k odpovedi pod normalno upogibno trdnostjo. Odpornost proti koroziji je odvisna od delovnega okolja in medija, ki vsebuje material. Poleg "hidrotermične razgradnje" so številni napredni keramični materiali boljši od kovin na tem področju, nekateri materiali na osnovi cirkonijevega oksida pa bodo podvrženi "hidrotermični razgradnji", potem ko so izpostavljeni pari pri visoki temperaturi. Toplotni šok vpliva na geometrijo, koeficient toplotne razteznosti, toplotno prevodnost, žilavost in trdnost komponent. To območje je ugodno za visoko toplotno prevodnost in žilavost, tako da lahko kovinske komponente učinkovito delujejo. Vendar pa napredek v keramičnih materialih zdaj zagotavlja sprejemljive ravni odpornosti na toplotne udarce. Napredna keramika se uporablja že vrsto let in je priljubljena med inženirji za zanesljivost, inženirji obratov in oblikovalci ventilov, ki zahtevajo visoko zmogljivost in visoko vrednost. Glede na specifične zahteve uporabe je primeren za različne formulacije v različnih panogah. Vendar so štiri napredne keramike velikega pomena na področju strogega vzdrževanja ventilov, vključno s silicijevim karbidom (SiC), silicijevim nitridom (Si3N4), aluminijevim oksidom in cirkonijem. Materiali ventila in ventilske krogle so izbrani glede na posebne zahteve uporabe. Ventil uporablja dve glavni obliki cirkonijevega oksida, ki imata enak koeficient toplotne razteznosti in togost kot jeklo. Delno stabiliziran cirkonij z magnezijevim oksidom (Mg-PSZ) ima najvišjo odpornost na toplotne udarce in žilavost, medtem ko je itrijev tetragonalni polikristalni cirkonij (Y-TZP) trši, vendar je dovzeten za hidrotermalno razgradnjo. Silicijev nitrid (Si3N4) ima različne formulacije. Plinski sintrani silicijev nitrid (GPPSN) je najpogosteje uporabljen material za ventile in komponente ventilov. Poleg povprečne žilavosti ima tudi visoko trdoto in trdnost, odlično odpornost na toplotne udarce in toplotno stabilnost. Poleg tega lahko v visokotemperaturnih okoljih s paro Si3N4 nadomesti cirkonij, da prepreči hidrotermalno razgradnjo. Pri strožjem proračunu lahko koncentrator izbira med SiC ali aluminijevim oksidom. Oba materiala imata visoko trdoto, vendar nista trša od cirkonijevega oksida ali silicijevega nitrida. To kaže, da je material zelo primeren za uporabo v statičnih komponentah, kot so obloge ventilov in sedeži ventilov, namesto kroglic ali diskov ventilov, ki so izpostavljeni večjim obremenitvam. V primerjavi s kovinskimi materiali, ki se uporabljajo v zahtevnih aplikacijah ventilov (vključno s ferokromom (CrFe), volframovim karbidom, hastelloyjem in stelitom), imajo napredni keramični materiali manjšo žilavost in podobno trdnost. Zahtevne servisne aplikacije vključujejo uporabo rotacijskih ventilov, kot so metuljaste lopute, zatiči, plavajoči kroglični ventili in vzmeti. V takšnih aplikacijah imata Si3N4 in cirkonij odpornost na toplotne udarce, žilavost in trdnost ter se lahko prilagodita najzahtevnejšim okoljem. Zaradi trdote in korozijske odpornosti materiala je življenjska doba komponente nekajkrat daljša od življenjske dobe kovinske komponente. Druge prednosti vključujejo značilnosti delovanja skozi celotno življenjsko dobo ventila, zlasti na območjih, kjer se ohranijo zmožnosti prekinitve in krmiljenja. To je bilo dokazano v primeru 65-milimetrske (2,6-palčne) ventilske krogle kynar/RTFE in obloge, izpostavljene 98-odstotni žveplovi kislini in ilmenitu, pri čemer se je ilmenit pretvoril v pigment titanovega oksida. Korozivna narava medijev pomeni, da je lahko življenjska doba teh komponent dolga do šest tednov. Vendar ima uporaba sferičnega obroba ventila (zaščiten magnezijev oksid, delno stabiliziran cirkonij (Mg-PSZ)), ki ga proizvaja Nilcra™ (slika 1), odlično trdoto in odpornost proti koroziji ter je na voljo tri leta. Občasno servisiranje, brez opazne obrabe. Pri linearnih ventilih (vključno s kotnimi ventili, dušilnimi ventili ali krogličnimi ventili) sta zaradi značilnosti "trdega sedeža" teh izdelkov cirkonijev oksid in silicijev nitrid primerna tako za čepe ventilov kot za sedeže ventilov. Podobno se lahko aluminijev oksid uporablja v nekaterih oblogah in kletkah. Z ujemajočo se kroglo na sedežnem obroču je mogoče doseči visoko stopnjo tesnjenja. Za jedro ventila, vključno z vijačnim ventilom, vstopno in izstopno pušo ali pušo telesa ventila, je mogoče uporabiti katerega koli od štirih glavnih keramičnih materialov v skladu z zahtevami uporabe. Visoka trdota in odpornost materiala proti koroziji sta se izkazali za koristne v smislu delovanja in življenjske dobe izdelka. Za primer vzemimo metulj DN150, ki se uporablja v avstralski rafineriji boksita. Visoka vsebnost silicijevega dioksida v mediju povzroča visoko stopnjo obrabe puš ventilov. Obloga in kolut ventila, ki sta bila prvotno uporabljena, sta bila izdelana iz 28-odstotne zlitine CrFe in sta zdržala le osem do deset tednov. Zaradi uvedbe ventilov iz cirkonijevega oksida Nilcra™ (slika 2) pa se je življenjska doba podaljšala na 70 tednov. Zaradi svoje žilavosti in trdnosti se keramika dobro obnese v večini aplikacij ventilov. Vendar njihova trdota in odpornost proti koroziji pomagata podaljšati življenjsko dobo ventila. Po drugi strani pa to zmanjša stroške celotnega življenjskega cikla z zmanjšanjem izpadov za nadomestne dele, zmanjšanim obratnim kapitalom in zalogami, minimalnim ročnim rokovanjem in izboljšano varnostjo zaradi zmanjšanega puščanja. Dolgo časa je bila uporaba keramičnih materialov v visokotlačnih ventilih eden glavnih pomislekov, saj so ti ventili izpostavljeni velikim aksialnim ali torzijskim obremenitvam. Vendar glavni akterji na tem področju razvijajo zasnove krogle ventila, ki izboljšujejo preživetje navora aktiviranja. Druga pomembna omejitev je velikost. Velikost največjega sedeža ventila in največje krogle ventila (slika 3), izdelana iz delno stabiliziranega cirkonijevega oksida, sta DN500 oziroma DN250. Vendar večina trenutnih specifikacij raje uporablja keramiko za izdelavo delov, katerih dimenzije ne presegajo teh dimenzij. Čeprav se je zdaj izkazalo, da so keramični materiali primerna izbira, še vedno obstaja nekaj preprostih smernic, ki jih je treba upoštevati, da bi povečali njihovo učinkovitost. Keramične materiale je treba najprej uporabiti le, če je treba zmanjšati stroške. Tako znotraj kot zunaj se je treba izogibati ostrim kotom in koncentraciji stresa. Morebitno neskladje toplotnega raztezanja je treba upoštevati v fazi načrtovanja. Da bi zmanjšali napetost obroča, mora biti keramika zunaj in ne znotraj. Nazadnje je treba skrbno preučiti potrebo po geometrijskih tolerancah in površinski obdelavi, saj lahko te tolerance znatno povečajo nepotrebne stroške. Z upoštevanjem teh smernic in najboljših praks pri izbiri materialov in usklajevanju z dobavitelji od začetka projekta je mogoče doseči idealno rešitev za vsako zahtevno storitev. Te informacije so bile pridobljene, pregledane in prilagojene iz materialov, ki jih zagotavlja Morgan Advanced Materials. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28. november 2019). Napredni keramični materiali, primerni za resne servisne aplikacije. AZoM. Pridobljeno s https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 26. maja 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Napredni keramični materiali za resne storitvene aplikacije". AZoM. 26. maj 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Napredni keramični materiali za resne storitvene aplikacije". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Dostopano 26. maja 2021). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Napredni keramični materiali, primerni za resne servisne aplikacije. AZoM, ogled 26. maja 2021, https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305. AZoM se je pogovarjal z izrednimi profesorji Ardo Gozen, Georgeom in Joan Berry z univerze Washington State. Arda je del skupine več institucij, ki se ukvarjajo z ustvarjanjem ogrodij inženirskih tkiv s posnemanjem značilnosti človeških tkiv. V tem intervjuju se je AZoM pogovarjal z dr. Timom Nunneyjem in dr. Adamom Bushellom iz Thermo Fisher Scientific o sistemu za površinsko analizo Nexsa G2. V tem intervjuju sta AZoM in dr. Juan Araneda, vodja uporabne kemije podjetja Nanalysis, govorila o vse večji uporabi in uporabnosti NMR ter o tem, kako pomagati pri analizi usedlin litija. Leco GDS850 spektrometer s žarečo razelektritvijo se lahko uporablja za analizo različnih metalurških materialov. Zagotavlja tudi kvantitativno globinsko profiliranje materiala. Ima razpon 120-800 nm in je vsestranski. Stružni centri serije Hardinge® T in stružni centri serije SUPER-PRECISION® T so priznani vodilni na trgu v aplikacijah za ultra natančno in trdo struženje. Za izboljšanje vaše izkušnje uporabljamo piškotke. Z nadaljevanjem brskanja po tej spletni strani se strinjate z našo uporabo piškotkov. Več informacij.