Napredni keramički materijali za teške primjene

Koristimo kolačiće kako bismo poboljšali vaše iskustvo. Nastavkom pretraživanja ove stranice pristajete na našu upotrebu kolačića. Više informacija.
Ozbiljna usluga nema zvaničnu definiciju. Može se smatrati da se odnosi na radne uslove u kojima je zamena ventila skupa ili smanjuje sposobnost procesa.
Postoji globalna potreba da se smanje troškovi proizvodnje procesa kako bi se poboljšala profitabilnost u svim industrijama koje uključuju teške uslove rada. Oni se kreću od nafte i gasa i petrohemije do proizvodnje nuklearne energije i energije, prerade minerala i rudarstva.
Dizajneri i inženjeri rade na tome da to postignu na različite načine. Najprikladniji pristup je povećanje vremena neprekidnog rada i efikasnosti kroz efikasnu kontrolu parametara procesa kao što su efektivno gašenje i optimizovana kontrola protoka.
Sigurnosna optimizacija također igra vitalnu ulogu, jer manje zamjene može dovesti do sigurnijeg proizvodnog okruženja. Osim toga, kompanija pokušava svesti na minimum inventar opreme, uključujući pumpe i ventile, te potrebno rukovanje. Istovremeno, vlasnici objekata očekuju ogroman obrt na njihovoj imovini. Kao rezultat, povećani kapacitet obrade rezultira manjim brojem (ali većeg prečnika) cevi i opreme za isti protok proizvoda i manje brojila.
Ovo sugeriše da pored toga što moraju biti veće za veće prečnike cevi, pojedinačne komponente sistema moraju da izdrže produženo izlaganje teškim okruženjima kako bi se smanjila potreba za održavanjem i zamenom tokom rada.
Komponente, uključujući ventile i kuglice, moraju biti robusne kako bi odgovarale željenoj primjeni, ali i da pružaju produženi vijek trajanja. Međutim, glavni problem kod većine primjena je taj što su metalne komponente dosegle granice svojih mogućnosti performansi. To sugerira da dizajneri mogu pronađite alternative nemetalnim materijalima, posebno keramičkim materijalima, za zahtjevne servisne primjene.
Tipični parametri potrebni za rad komponenti u teškim uslovima rada uključuju otpornost na termički udar, otpornost na koroziju, otpornost na zamor, tvrdoću, čvrstoću i žilavost.
Otpornost je ključni parametar jer manje elastične komponente mogu katastrofalno otkazati. Žilavost keramičkog materijala definira se kao otpornost na širenje pukotina. U nekim slučajevima može se izmjeriti metodom udubljenja, što rezultira umjetno visokom vrijednošću. -bočni zarezni snop pruža precizna mjerenja.
Čvrstoća se odnosi na žilavost, ali se odnosi na jednu tačku u kojoj materijal katastrofalno kvari kada se primijeni napon. Obično se naziva "modulom rupture" i mjeri se uzimanjem čvrstoće na savijanje u tri ili četiri tačke mjerenje na test traci. Test u tri tačke daje 1% veće vrijednosti od testa sa četiri tačke.
Dok se tvrdoća može mjeriti na različitim skalama uključujući Rockwell i Vickers, Vickersova skala mikrotvrdoće je vrlo pogodna za napredne keramičke materijale. Tvrdoća varira proporcionalno otpornosti materijala na habanje.
Kod ventila koji rade na ciklički način, zamor je glavni problem zbog neprekidnog otvaranja i zatvaranja ventila. Zamor je prag čvrstoće iznad kojeg materijal ima tendenciju da propadne ispod svoje normalne čvrstoće na savijanje.
Otpornost na koroziju zavisi od radnog okruženja i medija koji sadrži materijal. Mnogi napredni keramički materijali su bolji od metala u ovoj oblasti, sa izuzetkom nekih materijala na bazi cirkonija koji „hidrotermalno degradiraju“ kada su izloženi pari visoke temperature.
Geometrija dijela, koeficijent toplinske ekspanzije, toplinska provodljivost, žilavost i čvrstoća su pod utjecajem termičkog udara. Ovo je područje koje promovira visoku toplotnu provodljivost i žilavost, te stoga metalni dijelovi funkcionišu efikasno. Međutim, napredak u keramičkim materijalima sada obezbeđuju prihvatljiv nivo otpornosti na toplotni udar.
Napredna keramika se koristi dugi niz godina i popularna je među inženjerima pouzdanosti, inženjerima postrojenja i dizajnerima ventila koji zahtijevaju visoke performanse i vrijednost. Ovisno o specifičnim zahtjevima primjene, postoje različite individualne formulacije pogodne za različite industrije. Međutim, četiri napredne keramike su od značaja u oblasti ventila za teške uslove rada, a uključuju silicijum karbid (SiC), silicijum nitrid (Si3N4), glinicu i cirkonijum. Materijali ventila i kugličnih ventila se biraju na osnovu specifičnih zahteva primene.
Postoje dva glavna oblika cirkonija koji se koriste u ventilima koji imaju isti koeficijent toplinske ekspanzije i krutosti kao i čelik. Magnezitom djelomično stabilizirani cirkonijum (Mg-PSZ) ima najveću otpornost na termički udar i žilavost, dok itrij tetragonalni polikristalni cirkonijum (Y-TZP) ) je tvrđi, ali sklon hidrotermalnoj degradaciji.
Silicijum nitrid (Si3N4) je dostupan u različitim formulacijama. Sinterovani silicijum nitrid pod pritiskom gasa (GPPSN) je najčešće korišćeni materijal za ventile i komponente ventila, koji nudi visoku tvrdoću i čvrstoću, odličnu otpornost na termički udar i termičku stabilnost pored prosečne žilavosti. Osim toga, Si3N4 pruža odgovarajuću zamjenu za cirkonij u okruženjima s parom na visokim temperaturama, sprječavajući hidrotermalnu degradaciju.
Zbog malog budžeta, specifikacije mogu birati između SiC ili Alumina. Oba materijala imaju visoku tvrdoću, ali nisu jači od cirkonija ili silicijum nitrida. To pokazuje da su ovi materijali dobro prikladni za primjene statičkih komponenti kao što su čahure ventila i sjedišta, a ne loptice ili diskovi većeg stresa.
Napredni keramički materijali imaju nižu žilavost i sličnu čvrstoću od metalnih materijala koji se koriste u teškim primjenama servisnih ventila, uključujući hrom željezo (CrFe), volfram karbid, Hastelloy i Stellite.
Primene u teškim uslovima uključuju upotrebu rotacionih ventila kao što su leptir ventili, klinovi, plutajući kuglični ventili i opruge. U takvim primenama, Si3N4 i cirkonijum obezbeđuju otpornost na termalni udar, žilavost i snagu da izdrže najteža okruženja. Zbog tvrdoće i otpornosti na koroziju materijala, životni vek komponenti je nekoliko puta duži nego kod metalnih komponenti. Ostale prednosti uključuju karakteristike performansi ventila tokom njegovog životnog veka, posebno u oblastima gde se održava sposobnost zatvaranja i kontrola.
Ovo je ilustrovano primjenom 65 mm (2,6 in) ventila kynar/RTFE kugle i obloge izložene 98% sumporne kiseline i ilmenita, koji se pretvara u pigment titanijum oksida. Agresivna priroda medija znači da ove komponente mogu traje do šest sedmica. Međutim, korištenjem obloge kugličnog ventila (slika 1) proizvedenog od Nilcra!", zaštićenog magnezijem djelomično stabiliziranog cirkonija (Mg-PSZ) koji pruža odličnu tvrdoću i otpornost na koroziju, pruža trogodišnji neprekidni servis bez ikakvih uočljivo trošenje.
U linearnim ventilima, uključujući ugaone, prigušne ili globusne ventile, cirkonijum i silicijum nitrid su pogodni i za čep i za sedište zbog prirode ovih proizvoda „tvrdog sedišta“. Isto tako, aluminijum oksid se može koristiti u nekim oblogama i kavezima. Visok stepen Zaptivanje se može postići odgovarajućim kuglicama za mljevenje na sjedištu ventila.
Za čahure ventila, uključujući čep ventila, ulaz i izlaz, ili čahure tijela, može se koristiti bilo koji od četiri glavna keramička materijala ovisno o zahtjevima primjene. Visoka tvrdoća i otpornost na koroziju materijala su korisni za performanse i servis vijek trajanja proizvoda.
Uzmimo, na primjer, leptir ventil DN150 koji se koristi u australskoj rafineriji boksita. Visok sadržaj silicijevog dioksida u mediju može uzrokovati visok nivo habanja čahura ventila. Originalne obloge i diskovi su napravljeni od 28% legure CrFe i korišteni su samo za 8 do 10 sedmica. Međutim, sa ventilima napravljenim od Nilcra!" Cirkonijum (slika 2), vijek trajanja je povećan na 70 sedmica.
Zbog svoje žilavosti i čvrstoće, keramika dobro funkcionira u većini primjena ventila. Međutim, njihova tvrdoća i otpornost na koroziju doprinose dugovječnosti ventila. Ovo zauzvrat smanjuje ukupne troškove životnog ciklusa smanjujući vrijeme zastoja za zamjenske dijelove, smanjujući obrtni kapital i inventar, smanjujući ručno rukovanje i poboljšavajući sigurnost kroz manje curenja.
Upotreba keramičkih materijala u ventilima visokog pritiska dugo je bila jedna od glavnih briga jer su ovi ventili podložni velikim aksijalnim ili torzijskim opterećenjima. Međutim, glavni igrači u ovoj oblasti sada razvijaju dizajn kugli ventila kako bi poboljšali preživljavanje pogonskog momenta.
Još jedno veliko ograničenje je veličina. Najveće sjedište i najveća kugla (slika 3) proizvedene od magnezijem djelomično stabiliziranog cirkonija su DN500 i DN250, respektivno. Međutim, većina specifikacija trenutno preferira keramiku za komponente ovih veličina.
Iako su se keramički materijali sada pokazali kao prikladan izbor, potrebno je slijediti neke jednostavne smjernice kako bi se maksimizirale njihove performanse. Keramičke materijale treba prvo koristiti samo kada je to potrebno da se minimiziraju troškovi. Oštre uglove i koncentraciju naprezanja treba izbjegavati kako iznutra tako i iznutra. spolja.
Svaka potencijalna neusklađenost termičkog širenja mora se uzeti u obzir tokom faze projektovanja. Da biste smanjili naprezanje obruča, potrebno je da keramika bude izvana, a ne iznutra. Na kraju, potrebno je pažljivo razmotriti potrebu za geometrijskim tolerancijama i završnom obradom površine, jer mogu dodati značajne i nepotrebne troškove.
Prateći ove smjernice i najbolje prakse za odabir materijala i koordinaciju s dobavljačima od početka projekta, može se postići idealno rješenje za svaku ozbiljnu primjenu usluga.
Ove informacije su izvedene iz materijala, recenzija i adaptacija koje pruža Morgan Advanced Materials.
Morgan Advanced Materials – Technical Ceramics. (28. novembar 2019.).Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne aplikacije.AZOM. Preuzeto 14. januara 2022. sa https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
Morgan Advanced Materials – Technical Ceramics.“Napredni keramički materijali za teške primjene“.AZOM.14. januara 2022.
Morgan Advanced Materials – Technical Ceramics.“Napredni keramički materijali za teške primjene“.AZOM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.(pristupljeno 14. januara 2022.).
Morgan Advanced Materials – Tehnička keramika.2019. Napredni keramički materijali za teške servisne aplikacije.AZoM, pristupljeno 14. januara 2022., https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
U ovom intervjuu, AZoM razgovara sa Mohamedom Rahamanom, profesorom emeritusom nauke o materijalima i inženjerstvu na Univerzitetu u Missouriju, o biokeramici i njenoj potencijalnoj upotrebi u biomedicinskom inženjerstvu.
AZoM je razgovarao sa dr. Iolandom Duarte i Juliane Moura o njihovom istraživanju koje uzima u obzir prisustvo ekstremofilne flore na fotonaponskim panelima.
AZoM je razgovarao sa profesorom Andreom Fratalocchijem iz KAUST-a o svom istraživanju koje se fokusira na ranije nepriznate aspekte uglja.
Nepravilna primjena masti može dovesti do brojnih kvarova na ležajevima. S obzirom da 40% vijeka ležaja nije dovoljno da pruži njegovu inženjersku vrijednost, nedovoljno i prekomjerno podmazivanje su ključna područja za praćenje. LUBExpert vam omogućava da koristite pravo mazivo na pravom mjestu na pravo vrijeme.
Ovo je standardna valjana bakarna folija kompanije JX Nippon Mining & Metals sa idealnom fleksibilnošću i otpornošću na vibracije.
Anton Paar XRDynamic (XRD) 500 je automatizirani višenamjenski difraktometar X-zraka u prahu. To je efikasan i svestran XRD uređaj.