Deunyddiau cerameg uwch ar gyfer cymwysiadau gwasanaeth heriol

Rydym yn defnyddio cwcis i wella eich profiad. Trwy barhau i bori'r wefan hon, rydych yn cytuno i'n defnydd o gwcis. Mwy o wybodaeth.
Nid oes diffiniad swyddogol o wasanaeth caeth. Gellir ei ddeall fel amodau gweithredu lle mae cost ailosod falf yn uchel neu lle mae'r gallu prosesu yn cael ei leihau.
Mae angen byd-eang i leihau costau cynhyrchu prosesau er mwyn cynyddu proffidioldeb pob sector sy'n ymwneud ag amodau gwasanaeth gwael. Mae'r rhain yn amrywio o olew a nwy a chynhyrchion petrocemegol i ynni niwclear a chynhyrchu pŵer, prosesu mwynau a mwyngloddio.
Mae dylunwyr a pheirianwyr yn ceisio cyflawni'r nod hwn mewn gwahanol ffyrdd. Y dull mwyaf priodol yw cynyddu amser ac effeithlonrwydd trwy reoli paramedrau proses yn effeithiol (fel cau i lawr yn effeithiol a rheoli llif wedi'i optimeiddio).
Mae optimeiddio diogelwch hefyd yn chwarae rhan hanfodol, oherwydd gall lleihau ailosod arwain at amgylchedd cynhyrchu mwy diogel. Yn ogystal, mae'r cwmni'n gweithio i leihau stocrestr offer, gan gynnwys pympiau a falfiau, a'r gwarediad gofynnol. Ar yr un pryd, mae perchnogion cyfleusterau yn disgwyl newid enfawr yn eu hasedau. O ganlyniad, mae mwy o gapasiti prosesu yn arwain at lai o bibellau ac offer (ond diamedrau mwy) a llai o offerynnau ar gyfer yr un ffrwd cynnyrch.
Mae hyn yn dangos, yn ogystal â gorfod bod yn fwy ar gyfer diamedr pibell ehangach, bod angen i gydran system sengl hefyd wrthsefyll amlygiad hirfaith i amgylcheddau garw i leihau'r angen am waith cynnal a chadw ac ailosod mewn swydd.
Mae angen i gydrannau gan gynnwys falfiau a pheli falf fod yn gadarn i weddu i'r cais gofynnol, ond gallant hefyd ddarparu bywyd gwasanaeth hirach. Fodd bynnag, problem fawr gyda'r rhan fwyaf o geisiadau yw bod rhannau metel wedi cyrraedd terfyn eu perfformiad. Mae hyn yn dangos y gall dylunwyr ddod o hyd i ddewisiadau amgen i ddeunyddiau anfetelaidd, yn enwedig deunyddiau ceramig, ar gyfer cymwysiadau gwasanaeth heriol.
Mae paramedrau nodweddiadol sy'n ofynnol i weithredu cydrannau o dan amodau gwasanaeth difrifol yn cynnwys ymwrthedd sioc thermol, ymwrthedd cyrydiad, ymwrthedd blinder, caledwch, cryfder a chaledwch.
Mae gwydnwch yn baramedr allweddol, oherwydd gall cydrannau sy'n llai gwydn fethu'n drychinebus. Diffinnir caledwch deunyddiau cerameg fel y gwrthiant i ymlediad craciau. Mewn rhai achosion, gellir ei fesur gan ddefnyddio'r dull mewnoliad, gan arwain at werthoedd artiffisial uchel. Gall defnyddio trawst toriad un ochr ddarparu mesuriadau cywir.
Mae cryfder yn gysylltiedig â chaledwch, ond mae'n cyfeirio at yr un pwynt lle mae deunydd yn methu'n drychinebus pan roddir straen. Cyfeirir ato'n gyffredin fel y “modwlws rhwyg” ac fe'i mesurir trwy berfformio mesur cryfder plygu tri phwynt neu bedwar pwynt ar wialen brawf. Mae'r prawf tri phwynt yn darparu gwerth sydd 1% yn uwch na'r prawf pedwar pwynt.
Er y gellir mesur caledwch gydag amrywiaeth o raddfeydd gan gynnwys Rockwell a Vickers, mae graddfa microhardness Vickers yn addas iawn ar gyfer deunyddiau ceramig uwch. Mae'r caledwch yn gymesur yn uniongyrchol â gwrthiant gwisgo'r deunydd.
Mewn falf sy'n gweithredu mewn dull cylchol, mae blinder yn broblem fawr oherwydd agor a chau'r falf yn barhaus. Blinder yw'r trothwy cryfder, y tu hwnt i hynny bydd y deunydd yn aml yn methu o dan ei gryfder plygu arferol.
Mae ymwrthedd cyrydiad yn dibynnu ar yr amgylchedd gweithredu a'r cyfrwng sy'n cynnwys y deunydd. Yn y maes hwn, mae gan lawer o ddeunyddiau cerameg datblygedig fanteision dros fetelau, ac eithrio "diraddio hydrothermol", sy'n digwydd pan fydd rhai deunyddiau sy'n seiliedig ar zirconia yn agored i stêm tymheredd uchel.
Mae sioc thermol yn effeithio ar geometreg rhannol, cyfernod ehangu thermol, dargludedd thermol, caledwch a chryfder. Mae hwn yn faes sy'n ffafriol i ddargludedd thermol uchel a chaledwch, felly gall rhannau metel weithredu'n effeithiol. Fodd bynnag, mae datblygiadau mewn deunyddiau ceramig bellach yn darparu lefelau derbyniol o wrthsefyll sioc thermol.
Defnyddiwyd cerameg uwch ers blynyddoedd lawer ac maent yn boblogaidd ymhlith peirianwyr dibynadwyedd, peirianwyr planhigion a dylunwyr falfiau sydd angen perfformiad a gwerth uchel. Yn ôl gofynion cais penodol, mae yna wahanol fformwleiddiadau unigol sy'n addas ar gyfer ystod eang o ddiwydiannau. Fodd bynnag, mae pedwar cerameg uwch o arwyddocâd mawr ym maes falfiau gwasanaeth difrifol. Maent yn cynnwys silicon carbid (SiC), nitrid silicon (Si3N4), alwmina a zirconia. Dewisir deunyddiau'r falf a'r bêl falf yn unol â gofynion penodol y cais.
Defnyddir dwy brif ffurf o zirconia mewn falfiau, ac mae gan y ddau ohonynt yr un cyfernod ehangu thermol ac anystwythder â dur. Mae gan zirconia magnesiwm ocsid wedi'i sefydlogi'n rhannol (Mg-PSZ) yr ymwrthedd sioc thermol a'r caledwch uchaf, tra bod yttrium ocsid tetragonal zirconia polycrystalline (Y-TZP) yn galetach ac yn gryfach, ond mae'n agored i ddiraddiad hydrothermol.
Mae gan silicon nitrid (Si3N4) fformwleiddiadau gwahanol. Nitrid silicon sintered pwysau nwy (GPPSN) yw'r deunydd a ddefnyddir amlaf ar gyfer falfiau a chydrannau falf. Yn ogystal â'i galedwch cyfartalog, mae hefyd yn darparu caledwch a chryfder uchel, ymwrthedd sioc thermol rhagorol a sefydlogrwydd thermol. Yn ogystal, mae Si3N4 yn lle addas ar gyfer zirconia mewn amgylcheddau stêm tymheredd uchel i atal diraddio hydrothermol.
Pan fydd y gyllideb yn dynn, gall y manylebwr ddewis carbid silicon neu alwmina. Mae gan y ddau ddeunydd caledwch uchel, ond nid ydynt yn galetach na zirconia neu silicon nitrid. Mae hyn yn dangos bod y deunydd yn addas iawn ar gyfer cymwysiadau cydrannau statig, megis leinin falf a seddi falf, yn hytrach na pheli falf neu ddisgiau sy'n destun straen uwch.
O'i gymharu â'r deunyddiau metel a ddefnyddir mewn cymwysiadau falf gwasanaeth llym (gan gynnwys ferrochrome (CrFe), carbid twngsten, Hastelloy a Stellite), mae gan ddeunyddiau ceramig uwch wydnwch is a chryfder tebyg.
Mae cymwysiadau gwasanaeth difrifol yn cynnwys defnyddio falfiau cylchdro, megis falfiau glöyn byw, trunions, falfiau pêl arnofiol, a falfiau gwanwyn. Mewn cymwysiadau o'r fath, mae Si3N4 a zirconia yn arddangos ymwrthedd sioc thermol, caledwch a chryfder i addasu i'r amgylcheddau mwyaf heriol. Oherwydd caledwch a gwrthiant cyrydiad y deunydd, mae bywyd gwasanaeth y rhannau yn cynyddu sawl gwaith na bywyd y rhannau metel. Mae buddion eraill yn cynnwys nodweddion perfformiad y falf dros ei oes, yn enwedig mewn ardaloedd lle mae'n cynnal ei allu a'i reolaeth cau.
Dangoswyd hyn mewn cais lle'r oedd pêl a leinin falf kynar/RTFE 65 mm (2.6 modfedd) yn agored i 98% o asid sylffwrig ac ilmenit, sy'n cael ei drawsnewid yn bigment titaniwm ocsid. Mae natur gyrydol y cyfryngau yn golygu y gall y cydrannau hyn bara hyd at chwe wythnos. Fodd bynnag, mae gan y defnydd o drim falf pêl a wneir gan Nilcra!" (Ffigur 1), sy'n zirconia magnesiwm ocsid perchnogol wedi'i sefydlogi'n rhannol (Mg-PSZ), caledwch rhagorol a gwrthiant cyrydiad a gall ddarparu tair blynedd o Wasanaeth di-dor heb unrhyw un y gellir ei ganfod. traul.
Mewn falfiau llinol gan gynnwys falfiau ongl, falfiau throtl neu falfiau glôb, mae zirconia a nitrid silicon yn addas ar gyfer plygiau falf a seddi falf, diolch i nodweddion "sedd galed" y cynhyrchion hyn. Yn yr un modd, gellir defnyddio alwmina ar gyfer rhai gasgedi a chewyll. Trwy gydweddu peli malu ar y sedd falf, gellir cyflawni lefel uchel o selio.
Ar gyfer leinin falf, gan gynnwys craidd falf, cilfach ac allfa neu leinin corff falf, gellir defnyddio unrhyw un o'r pedwar prif ddeunydd ceramig yn unol â gofynion y cais. Profodd caledwch uchel a gwrthiant cyrydiad y deunydd yn fuddiol o ran perfformiad cynnyrch a bywyd gwasanaeth.
Cymerwch y falf glöyn byw DN150 a ddefnyddir ym mhurfa bocsit Awstralia fel enghraifft. Mae'r cynnwys silica uchel yn y cyfrwng yn darparu lefel uchel o draul ar y leinin falf. Mae'r gasgedi a'r disgiau a ddefnyddiwyd i ddechrau wedi'u gwneud o aloi CrFe 28% a dim ond wyth i ddeg wythnos y gallant bara. Fodd bynnag, gyda falfiau wedi'u gwneud o Nilcra!" zirconia (Ffigur 2), mae bywyd y gwasanaeth wedi cynyddu i 70 wythnos.
Oherwydd ei galedwch a'i gryfder, mae cerameg yn gweithio'n dda yn y rhan fwyaf o gymwysiadau falf. Fodd bynnag, eu caledwch a'u gwrthiant cyrydiad sy'n helpu i gynyddu bywyd gwasanaeth y falf. Mae hyn yn ei dro yn lleihau cost y cylch bywyd cyfan trwy leihau amser segur ar gyfer rhannau newydd, lleihau cyfalaf gweithio a rhestr eiddo, cyn lleied â phosibl o drin â llaw, a gwella diogelwch trwy leihau gollyngiadau.
Am gyfnod hir, mae cymhwyso deunyddiau ceramig mewn falfiau pwysedd uchel wedi bod yn un o'r prif bryderon, oherwydd bod y falfiau hyn yn destun llwythi echelinol neu dirdro uchel. Fodd bynnag, mae chwaraewyr mawr yn y maes hwn bellach yn datblygu dyluniadau pêl falf i wella goroesiad torque gyrru.
Y cyfyngiad mawr arall yw graddfa. Maint y sedd falf mwyaf a'r bêl falf fwyaf (Ffigur 3) a gynhyrchir gan magnesia zirconia wedi'i sefydlogi'n rhannol yw DN500 a DN250, yn y drefn honno. Fodd bynnag, ar hyn o bryd mae'n well gan y rhan fwyaf o fanylebwyr gydrannau ceramig o'r meintiau hyn.
Er bod y deunydd ceramig bellach wedi'i brofi i fod yn ddewis addas, mae rhai canllawiau syml i'w dilyn o hyd i wneud y mwyaf o'i berfformiad. Dim ond yn gyntaf y dylid defnyddio deunyddiau ceramig pan fydd angen cadw costau mor isel â phosibl. Dylid osgoi corneli miniog a chrynodiad straen y tu mewn a'r tu allan.
Rhaid ystyried unrhyw anghydweddiad ehangu thermol posibl yn ystod y cyfnod dylunio. Er mwyn lleihau straen cylchyn, rhaid cadw'r ceramig ar y tu allan, nid y tu mewn. Yn olaf, dylid ystyried yn ofalus yr angen am oddefiannau geometrig a gorffeniad wyneb, gan y bydd y rhain yn cynyddu costau diangen yn sylweddol.
Trwy ddilyn y canllawiau a'r arferion gorau hyn ar gyfer dewis deunyddiau a chydgysylltu â chyflenwyr o ddechrau'r prosiect, mae'n bosibl cyflawni'r ateb delfrydol ar gyfer pob cais gwasanaeth llym.
Mae'r wybodaeth hon yn deillio o ddeunyddiau a ddarparwyd gan Morgan Advanced Materials ac mae wedi'i hadolygu a'i haddasu.
Morgan Deunyddiau Uwch-Serameg Dechnegol. (2019, Tachwedd 28). Deunyddiau cerameg uwch ar gyfer cymwysiadau gwasanaeth heriol. AZoM. Adalwyd o https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 ar Rhagfyr 7, 2021.
Morgan Deunyddiau Uwch-Serameg Dechnegol. “Deunyddiau cerameg uwch ar gyfer cymwysiadau gwasanaeth heriol”. AZoM. Rhagfyr 7, 2021. .
Morgan Deunyddiau Uwch-Serameg Dechnegol. “Deunyddiau cerameg uwch ar gyfer cymwysiadau gwasanaeth heriol”. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Cyrchwyd ar 7 Rhagfyr, 2021).
Morgan Deunyddiau Uwch-Serameg Dechnegol. 2019. Deunyddiau ceramig uwch ar gyfer ceisiadau gwasanaeth heriol. AZoM, a welwyd ar 7 Rhagfyr, 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
Trafododd AZoM a'r Athro Guihua Yu o Brifysgol Texas yn Austin fath newydd o ddalen hydrogel a all droi dŵr halogedig yn ddŵr yfed pur yn gyflym. Gall y broses newydd hon gael effaith fawr ar liniaru prinder dŵr byd-eang.
Yn y cyfweliad hwn, siaradodd AZoM a Jurgen Schawe o METTLER TOLEDO am sganio cyflym calorimetreg sglodion a'i gymwysiadau amrywiol.
Siaradodd AZoM â'r Athro Oren Scherman am ei ymchwil ar fath newydd o hydrogel a all gyflawni cywasgedd eithafol o dan bwysau uchel.
StructureScan Mini XT yw'r offeryn perffaith ar gyfer sganio concrit; gall nodi dyfnder a lleoliad gwrthrychau metelaidd ac anfetelaidd mewn concrit yn gywir ac yn gyflym.
Mae Miniflex XpC yn diffractomedr pelydr-X (XRD) sydd wedi'i gynllunio ar gyfer rheoli ansawdd mewn gweithfeydd sment a gweithrediadau eraill sy'n gofyn am reoli prosesau ar-lein (fel fferyllol a batris).
Mae Bloc Adeiladu Raman 1064 yn cynnwys y cydrannau angenrheidiol canlynol: sbectromedr, laser 1064 nm, stiliwr samplu ac ategolion dewisol eraill.