วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานบริการที่มีความต้องการสูง

เราใช้คุกกี้เพื่อปรับปรุงประสบการณ์ของคุณ การเรียกดูเว็บไซต์นี้ต่อแสดงว่าคุณยอมรับการใช้คุกกี้ของเรา ข้อมูลมากกว่านี้. ไม่มีคำจำกัดความอย่างเป็นทางการของการบริการที่จริงจัง สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นสภาวะการทำงานที่ต้นทุนการเปลี่ยนวาล์วสูงหรือความสามารถในการประมวลผลลดลง มีความจำเป็นทั่วโลกในการลดต้นทุนการผลิตตามกระบวนการ เพื่อเพิ่มความสามารถในการทำกำไรของทุกภาคส่วนที่เกี่ยวข้องกับสภาพการบริการที่ไม่ดี ตั้งแต่น้ำมันและก๊าซและปิโตรเคมีไปจนถึงพลังงานนิวเคลียร์และการผลิตไฟฟ้า การแปรรูปแร่และการขุด นักออกแบบและวิศวกรพยายามบรรลุเป้าหมายนี้ด้วยวิธีต่างๆ วิธีที่เหมาะสมที่สุดคือการเพิ่มเวลาทำงานและประสิทธิภาพโดยการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการอย่างมีประสิทธิภาพ (เช่น การปิดระบบอย่างมีประสิทธิภาพและการควบคุมการไหลที่ปรับให้เหมาะสม) การเพิ่มประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยยังมีบทบาทสำคัญอีกด้วย เนื่องจากการลดการเปลี่ยนทดแทนสามารถนำไปสู่สภาพแวดล้อมการผลิตที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น นอกจากนี้ บริษัทกำลังทำงานเพื่อลดสินค้าคงคลังของอุปกรณ์ รวมถึงปั๊มและวาล์ว และการกำจัดที่จำเป็น ในเวลาเดียวกัน เจ้าของโรงงานคาดหวังว่าสินทรัพย์ของตนจะมีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ เป็นผลให้ความสามารถในการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ท่อและอุปกรณ์น้อยลง (แต่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น) และอุปกรณ์น้อยลงสำหรับกระแสผลิตภัณฑ์เดียวกัน สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่านอกจากจะต้องมีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อให้เส้นผ่านศูนย์กลางท่อกว้างขึ้น ส่วนประกอบของระบบเพียงชิ้นเดียวยังต้องทนต่อการสัมผัสสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเป็นเวลานาน เพื่อลดความจำเป็นในการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนในบริการ ส่วนประกอบต่างๆ รวมถึงวาล์วและบอลวาล์ว จะต้องมีความทนทานเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการ แต่ยังสามารถให้อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นได้อีกด้วย อย่างไรก็ตาม ปัญหาสำคัญในการใช้งานส่วนใหญ่ก็คือชิ้นส่วนโลหะมีประสิทธิภาพถึงขีดจำกัดแล้ว สิ่งนี้บ่งชี้ว่านักออกแบบอาจพบทางเลือกอื่นนอกเหนือจากวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ โดยเฉพาะวัสดุเซรามิก สำหรับการใช้งานบริการที่มีความต้องการสูง พารามิเตอร์ทั่วไปที่จำเป็นในการใช้งานส่วนประกอบภายใต้สภาวะการบริการที่รุนแรง ได้แก่ ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานต่อความเมื่อยล้า ความแข็ง ความแข็งแรง และความเหนียว ความสามารถในการฟื้นตัวเป็นตัวแปรสำคัญ เนื่องจากส่วนประกอบที่มีความยืดหยุ่นน้อยกว่าอาจล้มเหลวอย่างร้ายแรงได้ ความเหนียวของวัสดุเซรามิกหมายถึงความต้านทานต่อการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว ในบางกรณีสามารถวัดได้โดยใช้วิธีการเยื้อง ส่งผลให้ค่าสูงเกินจริง การใช้ลำแสงแบบกรีดด้านเดียวสามารถให้การวัดที่แม่นยำ ความแข็งแกร่งเกี่ยวข้องกับความเหนียว แต่หมายถึงจุดเดียวที่วัสดุล้มเหลวอย่างร้ายแรงเมื่อมีความเครียดเกิดขึ้น โดยทั่วไปเรียกว่า "โมดูลัสของการแตกร้าว" และวัดโดยการวัดความต้านทานการดัดงอแบบสามจุดหรือสี่จุดบนแกนทดสอบ การทดสอบสามจุดให้ค่าที่สูงกว่าการทดสอบสี่จุด 1% แม้ว่าความแข็งสามารถวัดได้ด้วยสเกลที่หลากหลาย รวมถึง Rockwell และ Vickers แต่สเกลความแข็งระดับไมโครของ Vickers นั้นเหมาะมากสำหรับวัสดุเซรามิกขั้นสูง ความแข็งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความต้านทานการสึกหรอของวัสดุ ในวาล์วที่ทำงานในลักษณะไซคลิก ความล้าเป็นปัญหาสำคัญเนื่องจากการเปิดและปิดวาล์วอย่างต่อเนื่อง ความล้าคือเกณฑ์ความแข็งแรง ซึ่งเกินกว่าที่วัสดุมักจะล้มเหลวต่ำกว่าความแข็งแรงในการดัดงอปกติ ความต้านทานการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการทำงานและตัวกลางที่บรรจุวัสดุ ในสาขานี้ วัสดุเซรามิกขั้นสูงจำนวนมากมีข้อได้เปรียบเหนือโลหะ ยกเว้น "การย่อยสลายด้วยความร้อนใต้พิภพ" ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวัสดุที่ใช้เซอร์โคเนียบางชนิดสัมผัสกับไอน้ำอุณหภูมิสูง รูปทรงของชิ้นส่วน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน การนำความร้อน ความเหนียวและความแข็งแรงได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน ซึ่งเป็นบริเวณที่เอื้อต่อการนำความร้อนและความเหนียวสูง ดังนั้นชิ้นส่วนโลหะจึงสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าของวัสดุเซรามิกในปัจจุบันทำให้สามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันในระดับที่ยอมรับได้ เซรามิกขั้นสูงมีการใช้กันมานานหลายปี และได้รับความนิยมในหมู่วิศวกรด้านความน่าเชื่อถือ วิศวกรโรงงาน และนักออกแบบวาล์วที่ต้องการประสิทธิภาพและความคุ้มค่าสูง ตามความต้องการในการใช้งานเฉพาะ มีสูตรเฉพาะที่แตกต่างกันออกไปซึ่งเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมหลายประเภท อย่างไรก็ตาม เซรามิกขั้นสูงสี่ชนิดมีความสำคัญอย่างยิ่งในด้านวาล์วบริการที่รุนแรง ได้แก่ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) อลูมินา และเซอร์โคเนีย วัสดุของวาล์วและบอลวาล์วถูกเลือกตามความต้องการใช้งานเฉพาะ เซอร์โคเนียสองรูปแบบหลักถูกนำมาใช้ในวาล์ว ซึ่งทั้งสองรูปแบบมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนและความแข็งเท่ากันกับเหล็ก แมกนีเซียมออกไซด์ที่เสถียรบางส่วนเซอร์โคเนีย (Mg-PSZ) มีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความเหนียวสูงสุด ในขณะที่โพลีคริสตัลไลน์เซอร์โคเนียเตตระโกนัล (Y-TZP) ของอิตเทรียนั้นมีความแข็งและแข็งแกร่งกว่า แต่ไวต่อการย่อยสลายด้วยความร้อนจากความร้อน ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) มีสูตรที่แตกต่างกัน ซิลิคอนไนไตรด์เผาด้วยแรงดันแก๊ส (GPPSN) เป็นวัสดุที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับวาล์วและส่วนประกอบของวาล์ว นอกจากความเหนียวโดยเฉลี่ยแล้ว ยังให้ความแข็งและความแข็งแรงสูง ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีเยี่ยม และมีเสถียรภาพทางความร้อน นอกจากนี้ ในสภาพแวดล้อมไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูง Si3N4 ยังเป็นสิ่งทดแทนเซอร์โคเนียที่เหมาะสม ซึ่งสามารถป้องกันการย่อยสลายด้วยความร้อนจากความร้อนได้ เมื่องบประมาณมีจำกัด ผู้ระบุสามารถเลือกซิลิกอนคาร์ไบด์หรืออลูมินาได้ วัสดุทั้งสองมีความแข็งสูง แต่ไม่แกร่งกว่าเซอร์โคเนียหรือซิลิคอนไนไตรด์ นี่แสดงให้เห็นว่าวัสดุนี้เหมาะมากสำหรับการใช้งานกับส่วนประกอบที่อยู่นิ่ง เช่น การบุวาล์วและบ่าวาล์ว แทนที่จะเป็นบอลวาล์วหรือจานที่มีความเครียดสูงกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุโลหะที่ใช้ในวาล์วที่ใช้งานหนัก (รวมถึงเฟอร์โรโครม (CrFe), ทังสเตนคาร์ไบด์, Hastelloy และ Stellite) วัสดุเซรามิกขั้นสูงมีความเหนียวน้อยกว่าและมีความแข็งแรงใกล้เคียงกัน การใช้งานบริการที่รุนแรงเกี่ยวข้องกับการใช้วาล์วโรตารี เช่น วาล์วผีเสื้อ วาล์วบอลวาล์วลอย และสปริงวาล์ว ในการใช้งานดังกล่าว Si3N4 และเซอร์โคเนียมีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ความเหนียว และความแข็งแกร่ง เพื่อปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการมากที่สุด เนื่องจากความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุ อายุการใช้งานของชิ้นส่วนจึงเพิ่มขึ้นหลายครั้งเมื่อเทียบกับชิ้นส่วนโลหะ ข้อดีอื่นๆ ได้แก่ คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพของวาล์วตลอดอายุการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่วาล์วรักษาความสามารถในการปิดและการควบคุมไว้ สิ่งนี้แสดงให้เห็นในการใช้งานที่ลูกบอลและไลเนอร์ไคนาร์/RTFE ของวาล์วขนาด 65 มม. (2.6 นิ้ว) สัมผัสกับกรดซัลฟิวริกและอิลเมไนต์ 98% ซึ่งจะถูกแปลงเป็นเม็ดสีไทเทเนียมออกไซด์ ลักษณะการกัดกร่อนของตัวกลางหมายความว่าอายุการใช้งานของส่วนประกอบเหล่านี้อาจยาวนานถึงหกสัปดาห์ อย่างไรก็ตาม การใช้การตัดแต่งบอลวาล์วที่ผลิตโดย Nilcra™ (รูปที่ 1) ซึ่งเป็นแมกนีเซียมออกไซด์ที่มีความเสถียรบางส่วน (Mg-PSZ) ที่เป็นเอกสิทธิ์เฉพาะ มีความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม และสามารถให้บริการได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลาสามปีโดยไม่ต้องตรวจพบใดๆ ชำรุดสึกหรอ. ในวาล์วเชิงเส้น รวมถึงวาล์วมุม วาล์วปีกผีเสื้อ หรือโกลบวาล์ว เนื่องจากคุณลักษณะ "ซีลแข็ง" ของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ เซอร์โคเนียและซิลิคอนไนไตรด์จึงเหมาะสำหรับปลั๊กวาล์วและบ่าวาล์ว ในทำนองเดียวกัน อลูมินาสามารถใช้กับปะเก็นและกรงบางชนิดได้ ด้วยการจับคู่ลูกบดบนบ่าวาล์ว จึงสามารถบรรลุการปิดผนึกในระดับสูงได้ สำหรับการบุวาล์ว รวมถึงแกนวาล์ว ทางเข้าและทางออก หรือซับตัววาล์ว สามารถใช้วัสดุเซรามิกหลักชนิดใดชนิดหนึ่งจากสี่ชนิดได้ตามความต้องการในการใช้งาน ความแข็งสูงและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นประโยชน์ในแง่ของประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์และอายุการใช้งาน ยกตัวอย่างวาล์วผีเสื้อ DN150 ที่ใช้ในโรงกลั่นแร่อะลูมิเนียมของออสเตรเลีย ปริมาณซิลิกาที่สูงในตัวกลางทำให้เกิดการสึกหรอที่เยื่อบุวาล์วในระดับสูง ปะเก็นและจานที่ใช้เริ่มแรกทำจากโลหะผสม CrFe 28% และใช้งานได้เพียงแปดถึงสิบสัปดาห์ อย่างไรก็ตาม ด้วยวาล์วที่ทำจากเซอร์โคเนีย Nilcra™ (รูปที่ 2) อายุการใช้งานจึงเพิ่มขึ้นเป็น 70 สัปดาห์ เนื่องจากความเหนียวและความแข็งแกร่ง เซรามิกจึงทำงานได้ดีในการใช้งานวาล์วส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนที่ช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของวาล์ว ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนตลอดวงจรชีวิตโดยลดการหยุดทำงานของชิ้นส่วนทดแทน ลดเงินทุนหมุนเวียนและสินค้าคงคลัง ลดการจัดการด้วยมือ และปรับปรุงความปลอดภัยโดยลดการรั่วไหล เป็นเวลานานมาแล้วที่การใช้วัสดุเซรามิกในวาล์วแรงดันสูงถือเป็นปัญหาหลักประการหนึ่ง เนื่องจากวาล์วเหล่านี้ต้องรับภาระตามแนวแกนหรือแรงบิดสูง อย่างไรก็ตาม ผู้เล่นหลักในสาขานี้กำลังพัฒนาการออกแบบบอลวาล์วเพื่อปรับปรุงความทนทานของแรงบิดในการขับขี่ ข้อจำกัดที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือขนาด ขนาดของบ่าวาล์วที่ใหญ่ที่สุดและบอลวาล์วที่ใหญ่ที่สุด (รูปที่ 3) ที่ผลิตจากเซอร์โคเนียที่มีความเสถียรบางส่วนด้วยแมกนีเซียมออกไซด์คือ DN500 และ DN250 ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันผู้ระบุส่วนใหญ่ชอบเซรามิกสำหรับส่วนประกอบที่มีขนาดต่ำกว่าเหล่านี้ แม้ว่าวัสดุเซรามิกในปัจจุบันจะได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม แต่จำเป็นต้องปฏิบัติตามหลักเกณฑ์ง่ายๆ บางประการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้สูงสุด วัสดุเซรามิกควรใช้ก่อนเมื่อต้องรักษาต้นทุนให้น้อยที่สุดเท่านั้น ควรหลีกเลี่ยงมุมที่แหลมคมและความเครียดทั้งภายในและภายนอก จะต้องพิจารณาความไม่ตรงกันของการขยายตัวทางความร้อนที่อาจเกิดขึ้นในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ เพื่อลดแรงตึงของห่วง จะต้องเก็บเซรามิกไว้ด้านนอก ไม่ใช่ด้านใน ท้ายที่สุด ความจำเป็นในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตและการตกแต่งพื้นผิวควรได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้จะเพิ่มต้นทุนที่ไม่จำเป็นอย่างมาก การปฏิบัติตามแนวทางและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการเลือกวัสดุและการประสานงานกับซัพพลายเออร์ตั้งแต่เริ่มต้นโครงการ จะทำให้สามารถบรรลุโซลูชันที่สมบูรณ์แบบสำหรับการใช้งานบริการที่รุนแรงทุกประเภท ข้อมูลนี้มาจากเอกสารที่จัดทำโดย Morgan Advanced Materials และได้รับการตรวจสอบและดัดแปลงแล้ว Morgan Advanced Materials-เซรามิกทางเทคนิค (2019, 28 พฤศจิกายน). วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานบริการที่มีความต้องการสูง อาโซม. ดึงข้อมูลจาก https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 วันที่ 7 กรกฎาคม 2021 Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานบริการที่มีความต้องการสูง" อาโซม. 7 กรกฎาคม 2564. . Morgan Advanced Materials-เซรามิกทางเทคนิค "วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานบริการที่มีความต้องการสูง" อาโซม. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (เข้าถึงเมื่อวันที่ 7 กรกฎาคม 2021). Morgan Advanced Materials-เซรามิกทางเทคนิค 2019 วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานบริการที่มีความต้องการสูง AZoM ดูเมื่อวันที่ 7 กรกฎาคม 2021 https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 AzoM และ David Moulton กรรมการผู้จัดการของ Camfil ในสหราชอาณาจักร พูดคุยถึงโซลูชันการกรองอากาศของบริษัท และวิธีที่พวกเขาสามารถช่วยสร้างสภาพแวดล้อมการทำงานที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นให้กับผู้คนในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง ในการสัมภาษณ์นี้ AZoM และผู้จัดการผลิตภัณฑ์ ELTRA Dr. Alan Klostermeier พูดคุยเกี่ยวกับการวิเคราะห์ O/N/H ของตัวอย่างน้ำหนักสูงที่รวดเร็วและเชื่อถือได้ ในการสัมภาษณ์นี้ AZoM และ Chuck Cimino ผู้จัดการผลิตภัณฑ์อาวุโสของ Lake Shore Cryotronics พูดคุยถึงประโยชน์ของระบบการวัดแหล่งกำเนิดซิงค์ M81 Zeus Bioweb™ เป็นเทคโนโลยีที่แยก PTFE ด้วยไฟฟ้าให้เป็นเส้นใยโพลีเมอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กมากตั้งแต่นาโนเมตรไปจนถึงไมโครเมตร ซอฟต์แวร์การวิเคราะห์เชิงความร้อน STARe ของ METTLER TOLEDO มีความยืดหยุ่นอย่างเหลือเชื่อและความเป็นไปได้ในการประเมินที่ไม่จำกัด