中國粉體網(wǎng)訊 “只要功夫深,，鐵杵磨成針”是一句耳熟能詳?shù)闹V語,，比喻只要有毅力，肯下功夫,，多么難的事也能做成功,。這從側(cè)面也說明在人們認(rèn)知中“鐵”是一種堅硬耐磨的材質(zhì)。今天我們來了解一種比鐵更耐磨的材料——耐磨陶瓷,。
傳統(tǒng)耐磨材料的弊端
事實上,，一直以來“鐵”質(zhì)材料是一種常見的耐磨材料，尤其像錳鋼,、白口鑄鐵,、合金鋼等是幾種廣泛應(yīng)用的耐磨材料。但這些材料存在一定的弊端,，例如奧氏體錳鋼具有良好的韌性,，但是加工較困難；普通白口鑄鐵和低合金白口鑄鐵有較好的硬度和耐磨性,，但脆性較大,，只能承受較小的載荷；盡管中合金白口鑄鐵和高合金白口鑄鐵克服了脆性大的缺點,，但生產(chǎn)成本較高,。
磨損、腐蝕和斷裂是設(shè)備零部件失效的主要原因,，廣泛發(fā)生于冶金,、建筑、電力,、機械等領(lǐng)域,，而其中磨損問題對零部件的影響最為嚴(yán)重。尤其對于運輸設(shè)備來說,，約80%零件的失效原因是材料磨損,，此時那些傳統(tǒng)耐磨材料已難以滿足惡劣工況下的使用要求。
耐磨陶瓷襯板,，圖源：啟明星
在20世紀(jì)八十年代,，漸漸的出現(xiàn)了一些如硼化物、碳化物以及氮化物之類的耐磨的陶瓷材料,，隨后各國都投入大量的資源開始了研究,。隨著研究的不斷深入，新型耐磨陶瓷材料以其優(yōu)良的性能使之在工業(yè)設(shè)備及管道上的應(yīng)用越來越廣泛,，通過對普通金屬材料的替代,，使設(shè)備的使用壽命,、連續(xù)生產(chǎn)能力等方面都有了極大的提高。
耐磨陶瓷性能及特點
陶瓷材料能在耐磨領(lǐng)域占有一席之地,，主要具有以下幾個方面的主要性能和特點:
（1）硬度大,、強度高；
（2）耐磨性能好,，使用壽命長,。經(jīng)測定，其耐磨性相當(dāng)于錳鋼的180倍,，高鉻鑄鋼的118倍,；
（3）抗沖擊性強；
（4）耐高溫,。粘接牢固,、耐熱性能好；
（5）重量輕,。耐磨陶瓷密度約為3.6g/cm3,，僅為鋼鐵的一半，可大大減輕設(shè)備負(fù)荷,；
（6）使用范圍廣,，適應(yīng)性強。凡火力發(fā)電廠,、鋼鐵廠,、冶煉廠、礦山及水泥廠等企業(yè)的制粉,、選煤,、輸料系統(tǒng)、排灰,、除塵系統(tǒng)等一切磨損大的機械設(shè)備上,，都可以根據(jù)不同的需求選擇不同類型的陶瓷材料。
耐磨陶瓷的分類
按材質(zhì)分類,，常見的耐磨陶瓷材料主要有氧化物陶瓷,、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷。
（1）氧化物耐磨陶瓷
在制造耐磨零部件的材料中,，氧化鋁陶瓷是耐磨陶瓷材料的典型代表,。氧化鋁陶瓷因其高硬度和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性及耐磨特性，廣泛應(yīng)用于冶金,，石油化工,，航空航天等領(lǐng)域。但是，氧化鋁陶瓷的斷裂韌性和抗熱震性較差影響了其在工業(yè)領(lǐng)域尤其是對材料機械性能要求較高的領(lǐng)域中的應(yīng)用,。在氧化鋁陶瓷中引入一定量其他化合物可以有效提高其韌性,，從而進一步提高其耐磨性，故而以氧化鋁為基體的復(fù)相陶瓷是現(xiàn)今研究發(fā)展的一大方向,。
常見氧化物性能
（2）氮化物耐磨陶瓷
氮化物陶瓷起步較晚,，自20世紀(jì)70年代才開始迅猛發(fā)展,，幾乎都是通過人工合成的,，除了具有高強度、高硬度的特點,，還具有優(yōu)良的電學(xué)和熱學(xué)性能,。歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，氮化硅,、氮化鋁,、氮化硼等氮化物陶瓷作為高強度機械部件、耐腐蝕部件,、以及耐磨部件,，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、機械,、冶金等領(lǐng)域,。
（3）碳化物耐磨陶瓷
碳化物陶瓷由于具有高硬度、高強度和高耐磨性等特點,，被廣泛應(yīng)用于耐腐蝕,、耐磨損的高溫環(huán)境中，常見的有碳化硅,、碳化硼等高耐磨陶瓷,。碳化硅具有彈性模量高、強度硬度高,、熱導(dǎo)率高,、抗熱震性好、耐磨損和耐腐蝕等優(yōu)良性能,，并且價格低廉,。這些優(yōu)良性能使得碳化硅陶瓷可以應(yīng)用在許多金屬或有機高分子耐磨材料不能勝任的工作環(huán)境中，例如,，用于工況條件比較差的密封環(huán),；高速研磨或拋光的研磨盤；用于軍工業(yè)中的裝甲防護裝置和防彈材料等等,，在耐磨領(lǐng)域中展示著重要的應(yīng)用前景,。
碳化硼陶瓷的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，其硬度僅次于金剛石和CBN，這使其成為很好的耐磨或減摩材料,，在磨料,、軸承、密封環(huán)和切削刀具等方面有廣闊的應(yīng)用前景,。但B4C陶瓷的摩擦學(xué)性能受溫度,、負(fù)載、摩擦速度及摩擦副材料的影響較大,，所以在實際應(yīng)用中要充分考慮工況和環(huán)境因素,。
耐磨陶瓷的應(yīng)用
1、結(jié)構(gòu)件
耐磨陶瓷在航空航天中的應(yīng)用研究主要集中在火箭噴嘴的耐熱材料,，太空飛船的隔熱瓦等,。武裝直升機在設(shè)計中重點強調(diào)戰(zhàn)場生存力，在座椅和直升機的關(guān)鍵部位采用陶瓷復(fù)合材料輕質(zhì)裝甲材料,，涉及到的耐磨陶瓷主要是氧化鋁陶瓷和碳化硼陶瓷,。
陶瓷軸承是在機械加工、航空航天產(chǎn)業(yè)中使用較為廣泛的一種產(chǎn)品,，具有耐高溫,、耐寒、耐磨,、耐腐蝕,、抗磁電絕緣、高轉(zhuǎn)速等特性,。陶瓷軸承針對航空航天工業(yè)中惡劣環(huán)境下的調(diào)整,、重載、低溫,、無潤滑工況而開發(fā),，是新材料、新工藝,、新結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合,。
陶瓷球
2、研磨介質(zhì)
金屬研磨體存在著很大的缺點和弊端,。首先就是質(zhì)量重,，極大地增加了磨機的工作負(fù)荷，造成很多的能量消耗,。另外金屬材質(zhì)的耐磨性并不是很可觀,。陶瓷研磨體因具備高強度、高硬度,、強耐磨性及優(yōu)良的物理化學(xué)穩(wěn)定性,，在很多領(lǐng)域成為了研磨介質(zhì)的首選,。
3、涂層
耐磨陶瓷的應(yīng)用多以耐磨陶瓷片,、耐磨陶瓷內(nèi)襯等形式為主,，隨著施工工藝的進步，耐磨陶瓷涂層也逐步走入了人們的視野,。耐磨陶瓷涂層是以熱噴涂工藝,，在需保護物體表面形成耐磨陶瓷顆粒覆蓋層，以達(dá)到對物體的保護目的,。耐磨陶瓷涂層的應(yīng)用方式靈活,，加工性能好、應(yīng)用領(lǐng)域非常廣,。耐磨陶瓷涂層可主要應(yīng)用于：
（1）熱障涂層,；
（2）抗高溫黏著磨損涂層；
（3）耐磨損耐腐蝕涂層,；
（4）功能涂層。
耐磨陶瓷涂層在電子器件方面也有應(yīng)用,，超導(dǎo)耐磨陶瓷涂層可以用于磁屏蔽,、微波元件、各類傳輸器,、量子電子器件的表面處理,。此外，耐磨陶瓷涂層還能應(yīng)用于高溫電絕緣產(chǎn)品,、陶瓷片電容器的表面處理等,。
參考來源：
[1]吳洋.陶瓷材料耐磨機理研究進展
[2]魏金棟等.耐磨陶瓷涂層制備方法的研究進展
[3]陳宏.耐磨陶瓷現(xiàn)狀及發(fā)展
[4]張文毓.耐磨陶瓷涂層研究現(xiàn)狀與應(yīng)用
[5]孫夢珂.剛玉基耐磨復(fù)相陶瓷的研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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