淺談氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料在礦山機(jī)械的應(yīng)用

許明智

摘要：工業(yè)化進(jìn)程的加快有力推動了礦山機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展。目前礦山機(jī)械制造行業(yè)在實(shí)際發(fā)展過程中，面臨的重要問題就是機(jī)械材料材質(zhì)問題，材質(zhì)不佳則會嚴(yán)重影響工程的質(zhì)量及順利實(shí)施。氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料具有良好的產(chǎn)品性能和較低的生產(chǎn)成本，其具有高度的耐腐蝕、耐高溫和耐磨等特性。在礦山機(jī)械中應(yīng)用氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料時，需要對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的連接性、沖擊韌性和均勻性加以優(yōu)化，從而提高應(yīng)用效果。本文就對氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料在礦山機(jī)械的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：氮化硅結(jié)合碳化硅；耐磨材料；礦山機(jī)械；應(yīng)用

對于礦山機(jī)械而言，其在實(shí)際工作中往往會因強(qiáng)烈磨損、物料腐蝕與摩擦等而失去效用，這樣會因部件頻繁檢修與更換而過多停工，影響礦山作業(yè)的連續(xù)性，導(dǎo)致物力和人力的浪費(fèi)。為了提高礦山機(jī)械設(shè)備的使用年限，需要大力開發(fā)新型的耐磨材料，如氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料，保證材料的硬度和強(qiáng)度，促進(jìn)礦山作業(yè)的順利實(shí)施。

一、氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料概述

對于氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料而言，其特性主要表現(xiàn)在以下幾方面：一是良好的抗熱震性和高溫抗蠕變性。碳化硅具有良好的導(dǎo)熱性能，而氮化硅則具有較低的熱膨脹率，將兩者進(jìn)行有效結(jié)合形成氮化硅結(jié)合碳化硅材料，則該材料則具有良好的抗熱震性能。如果在冷熱循環(huán)使用時，尺寸大小基本保持不變，溫度由1300℃冷卻為20℃時，需要進(jìn)行數(shù)百次的加熱循環(huán)，但是這不會對材料產(chǎn)生破壞，有效縮短燒成周期。此外，在氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料的制造過程中，其尺寸變化都低于1%，并且由于玻璃相的缺乏，材料在高溫狀況下基本不會出現(xiàn)變形情況，因此廢品和制品變形等情況也不會發(fā)生。二是良好的抗氧化性、耐磨損性和耐腐蝕性。相較于碳化硼、立方氮化硼和金剛石等物質(zhì)而言，碳化硅和氮化硅的顯微硬度相對較小，并且氮化硅具有較小的摩擦系數(shù)和良好的自潤滑性。因此氮化硅結(jié)合碳化硅的復(fù)合材料具有良好的化學(xué)性能，其能夠承受大部分堿液腐蝕和無機(jī)酸腐蝕，具備良好的抗氧化性能，能夠有效抵抗熔融鋁和鋁合金熔液的潤濕以及有色金屬的侵蝕，高溫點(diǎn)的絕緣性能良好。三是較強(qiáng)的抗折強(qiáng)度。相較于粘土碳化硅制品而言，氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料的抗折強(qiáng)度更強(qiáng)，其室溫抗折強(qiáng)度達(dá)到粘土碳化硅制品的2倍。如果不包括無定形相，室溫保持在1200℃～1400℃的范圍內(nèi)，該耐磨材料的強(qiáng)度會進(jìn)一步增加，達(dá)到粘土碳化硅制品的9倍。

二、氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料在礦山機(jī)械中的應(yīng)用及前景

（一）具體應(yīng)用

氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料在礦山機(jī)械中的應(yīng)用，其具體可從幾下方面進(jìn)行分析：首先是重介質(zhì)旋流器和水力旋流器方面。一般在利用重介質(zhì)旋流器分選原煤時，其環(huán)境相對復(fù)雜化，所處的密度場和速度具有一定的復(fù)雜性，因此其內(nèi)部磨損形式也相對較為復(fù)雜，并且沖蝕磨損具有多樣化的類型，如表面疲勞磨損、腐蝕磨損、微切削磨損和撞擊磨損等。此外，硬度、顆粒形狀、原煤粒度大小和受入料的壓力等因素也會影響旋流器內(nèi)部的磨損。此外，氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷在水力旋流器的應(yīng)用，其主要是用于彎頭、耐磨板、噴嘴、內(nèi)襯和沉砂口等部位。國外企業(yè)在對碳化硅復(fù)合材料加以生產(chǎn)后，將其用于較小沖擊和其他應(yīng)力的水力旋流器沉砂口的制作中，從而減小材料的磨損速度，降低機(jī)械的維修費(fèi)用，延長機(jī)械的使用壽命。

其次是砂漿泵方面。砂漿泵多用于礦山作業(yè)中的腐蝕性、高濃度與強(qiáng)磨損的渣漿中，如煤泥、灰渣、精礦砂、輸送尾、清淤和采礦等工作，這些工作對材料的耐腐蝕性能和耐磨性能具有較高的要求。目前我國大多數(shù)渣漿泵耐磨零部件材質(zhì)，其都是選用高鉻鑄鐵，其使用壽命僅僅只達(dá)1～2個月，為了提高高鉻鑄鐵的使用期限，不斷創(chuàng)新與升級泵用材料，使其經(jīng)歷了鑄鐵—特種金屬合金—橡膠制品——工程塑料—陶瓷等過程。一般而言，利用改性聚氨酯彈性體能夠延長砂泵的使用期限3～10倍，而利用氮化硅結(jié)合碳化硅的復(fù)合材料，則至少可提高其使用期限的10倍。目前我國已經(jīng)開始利用氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷材料來制作葉輪，但是砂漿泵的利用則較少。

（二）應(yīng)用前景

由于氮化硅結(jié)合碳化硅材料具有良好的耐磨性和耐熱性，其被廣泛應(yīng)用在磨料磨具和耐火材料等行業(yè)，但是在礦山機(jī)械方面的應(yīng)用相對較少，需要轉(zhuǎn)變觀念，積極嘗試。目前氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷在應(yīng)用過程中，應(yīng)有效提高其與其他部件的連接、沖擊韌性和結(jié)合的均勻性，并科學(xué)利用碳化硅晶須—氮化硅來改善其韌性。稀土和氧化物活化劑應(yīng)用于氮化硅和碳化硅，能夠改善常溫耐壓與抗折的強(qiáng)度，促進(jìn)燒結(jié)時間的縮短。此外，氮化硅結(jié)合碳化硅材料的應(yīng)用可從生產(chǎn)成本的降低、噴涂工藝、粘結(jié)與成型技術(shù)等方面考慮，促進(jìn)其在礦山機(jī)械中適用范圍和靈活性的提高。

結(jié)束語

綜上所述，氮化硅結(jié)合碳化硅耐磨材料具有良好的抗熱震性、高溫抗蠕變性、氧化性、耐磨損性、耐腐蝕性和抗折強(qiáng)度，將其應(yīng)用在礦山機(jī)械中，能夠有效提高機(jī)械的作業(yè)率與性能，優(yōu)化礦產(chǎn)資源配置。在今后的發(fā)展過程中，我國需要進(jìn)一步提高機(jī)械制造工藝，大力研發(fā)高性能和高效率的機(jī)械，不斷更新機(jī)械材質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的高效利用。

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