วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานหนัก

ไม่มีคำจำกัดความการบริการอย่างเป็นทางการ ถือได้ว่าหมายถึงต้นทุนสูงในการเปลี่ยนวาล์วหรือสภาพการทำงานที่ทำให้ความสามารถในการประมวลผลลดลง
ความจำเป็นระดับโลกในการลดต้นทุนการผลิตตามกระบวนการ เพื่อปรับปรุงความสามารถในการทำกำไรของทุกภาคส่วนที่เกี่ยวข้องกับสภาพการบริการที่รุนแรง ครอบคลุมตั้งแต่น้ำมันและก๊าซ ปิโตรเคมีไปจนถึงพลังงานนิวเคลียร์และการผลิตไฟฟ้า การแปรรูปแร่และการขุด
นักออกแบบและวิศวกรพยายามบรรลุเป้าหมายนี้ด้วยวิธีต่างๆ วิธีที่เหมาะสมที่สุดคือการเพิ่มเวลาทำงานและประสิทธิภาพโดยการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการอย่างมีประสิทธิภาพ (เช่น การปิดระบบอย่างมีประสิทธิผลและการควบคุมการไหลที่ปรับให้เหมาะสม)
การเพิ่มประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยยังมีบทบาทสำคัญ เนื่องจากการลดจำนวนการเปลี่ยนทดแทนสามารถนำไปสู่สภาพแวดล้อมการผลิตที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น นอกจากนี้ บริษัทกำลังทำงานเพื่อลดสินค้าคงคลังของอุปกรณ์ (รวมถึงปั๊มและวาล์ว) และการกำจัดที่จำเป็น ในเวลาเดียวกัน เจ้าของโรงงานคาดหวังว่าสินทรัพย์ของตนจะหมุนเวียนจำนวนมาก ดังนั้น ความสามารถในการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้ท่อและอุปกรณ์น้อยลง (แต่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า) และมีเครื่องมือน้อยลงสำหรับกระแสผลิตภัณฑ์เดียวกัน
นี่แสดงให้เห็นว่านอกจากจะต้องมีขนาดใหญ่ขึ้นสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่กว้างขึ้น ส่วนประกอบต่างๆ ของระบบยังต้องทนต่อการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเป็นเวลานาน เพื่อลดความจำเป็นในการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนในบริการ
ส่วนประกอบต่างๆ รวมถึงวาล์วและบอลวาล์ว จะต้องมีความทนทานเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการ แต่ก็อาจยืดอายุการใช้งานได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม ปัญหาหลักในการใช้งานส่วนใหญ่ก็คือชิ้นส่วนโลหะมีประสิทธิภาพถึงขีดจำกัดแล้ว สิ่งนี้บ่งชี้ว่านักออกแบบอาจพบทางเลือกอื่นนอกเหนือจากวัสดุที่ไม่ใช่โลหะในการใช้งานที่มีความต้องการสูง โดยเฉพาะวัสดุเซรามิก
พารามิเตอร์ทั่วไปที่จำเป็นในการใช้งานส่วนประกอบภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย ได้แก่ ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานต่อความเมื่อยล้า ความแข็ง ความแข็งแรง และความเหนียว
ความสามารถในการฟื้นตัวเป็นตัวแปรสำคัญ เนื่องจากส่วนประกอบที่มีความยืดหยุ่นน้อยกว่าอาจล้มเหลวอย่างร้ายแรงได้ ความเหนียวของวัสดุเซรามิกหมายถึงความต้านทานต่อการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว ในบางกรณีสามารถวัดได้โดยใช้วิธีการเยื้องเพื่อให้ได้ค่าที่สูงเกินจริง การใช้ลำแสงแบบกรีดด้านเดียวสามารถให้ผลการวัดที่แม่นยำ
ความแข็งแกร่งเกี่ยวข้องกับความเหนียว แต่หมายถึงจุดเดียวที่วัสดุได้รับความเสียหายอย่างรุนแรงเมื่อใช้ความเครียด โดยทั่วไปเรียกว่า "โมดูลัสของการแตกร้าว" ซึ่งได้มาจากการวัดความต้านทานการดัดงอแบบสามจุดหรือสี่จุดบนแกนทดสอบ ค่าของการทดสอบสามจุดสูงกว่าค่าของการทดสอบสี่จุด 1%
แม้ว่าเครื่องชั่งหลายเครื่องรวมทั้งความแข็ง Rockwell และความแข็ง Vickers สามารถใช้วัดความแข็งได้ แต่ระดับความแข็งระดับไมโครของ Vickers ก็เหมาะมากสำหรับวัสดุเซรามิกขั้นสูง ความแข็งเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนความต้านทานการสึกหรอของวัสดุ
ในวาล์วที่ทำงานในลักษณะเป็นรอบ ความล้าเป็นปัญหาหลักเนื่องจากการเปิดและปิดวาล์วอย่างต่อเนื่อง ความเหนื่อยล้าเป็นเกณฑ์ของความแข็งแกร่ง เกินเกณฑ์นี้ วัสดุมีแนวโน้มที่จะไม่ต่ำกว่าค่าแรงดัดงอปกติ
ความต้านทานการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการทำงานและตัวกลางที่บรรจุวัสดุ นอกจาก "การย่อยสลายด้วยความร้อนใต้พิภพ" แล้ว วัสดุเซรามิกขั้นสูงจำนวนมากยังเหนือกว่าโลหะในสาขานี้ และวัสดุที่ใช้เซอร์โคเนียบางชนิดจะเกิด "การย่อยสลายด้วยความร้อนใต้พิภพ" หลังจากสัมผัสกับไอน้ำอุณหภูมิสูง
รูปทรง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน การนำความร้อน ความเหนียว และความแข็งแรงของส่วนประกอบต่างๆ จะได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน บริเวณนี้เอื้อต่อการนำความร้อนและความเหนียวสูง ดังนั้นส่วนประกอบโลหะจึงสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าของวัสดุเซรามิกในปัจจุบันทำให้สามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันในระดับที่ยอมรับได้
เซรามิกขั้นสูงมีการใช้มานานหลายปี และได้รับความนิยมในหมู่วิศวกรด้านความน่าเชื่อถือ วิศวกรโรงงาน และนักออกแบบวาล์วที่ต้องการประสิทธิภาพสูงและมีมูลค่าสูง ตามความต้องการใช้งานเฉพาะ เหมาะสำหรับสูตรที่แตกต่างกันในหลากหลายอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม เซรามิกขั้นสูงสี่ชนิดมีความสำคัญอย่างยิ่งในด้านการบำรุงรักษาวาล์วที่มีความต้องการสูง ซึ่งรวมถึงซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) อลูมินา และเซอร์โคเนีย วัสดุของวาล์วและบอลวาล์วถูกเลือกตามความต้องการใช้งานเฉพาะ
วาล์วใช้เซอร์โคเนียสองรูปแบบหลัก ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนและความแข็งเท่ากันกับเหล็ก แมกนีเซียมออกไซด์ที่มีความเสถียรบางส่วนเซอร์โคเนีย (Mg-PSZ) มีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความเหนียวสูงสุด ในขณะที่โพลีคริสตัลไลน์เซอร์โคเนียเตตระโกนัล (Y-TZP) ของอิตเทรียนั้นมีความแข็งกว่า แต่ก็ไวต่อการย่อยสลายด้วยความร้อนจากความร้อน
ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) มีสูตรที่แตกต่างกัน ซิลิคอนไนไตรด์เผาด้วยแรงดันแก๊ส (GPPSN) เป็นวัสดุทั่วไปที่ใช้สำหรับวาล์วและส่วนประกอบของวาล์ว นอกจากความเหนียวโดยเฉลี่ยแล้ว ยังมีความแข็งและความแข็งแรงสูง ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีเยี่ยม และมีเสถียรภาพทางความร้อน นอกจากนี้ ในสภาพแวดล้อมไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูง Si3N4 สามารถใช้แทนเซอร์โคเนียเพื่อป้องกันการย่อยสลายด้วยความร้อนใต้พิภพ
ด้วยงบประมาณที่เข้มงวดมากขึ้น หัววัดสามารถเลือกได้จาก SiC หรืออลูมินา วัสดุทั้งสองมีความแข็งสูง แต่ไม่ได้แข็งกว่าเซอร์โคเนียหรือซิลิคอนไนไตรด์ นี่แสดงให้เห็นว่าวัสดุนี้เหมาะมากสำหรับการใช้งานกับส่วนประกอบที่อยู่นิ่ง เช่น ไลเนอร์วาล์วและบ่าวาล์ว แทนที่จะเป็นลูกบอลหรือจานที่มีความเครียดสูงกว่า
เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุโลหะที่ใช้ในวาล์วที่มีความต้องการสูง (รวมถึงเฟอร์โรโครม (CrFe), ทังสเตนคาร์ไบด์, Hastelloy และ Stellite) วัสดุเซรามิกขั้นสูงมีความเหนียวน้อยกว่าและมีความแข็งแรงใกล้เคียงกัน
การใช้งานบริการที่มีความต้องการสูงเกี่ยวข้องกับการใช้วาล์วโรตารี เช่น วาล์วปีกผีเสื้อ รองแหนบ บอลวาล์วลอย และสปริง ในการใช้งานดังกล่าว Si3N4 และเซอร์โคเนียมีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ความเหนียว และความแข็งแกร่ง และสามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการมากที่สุดได้ เนื่องจากความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุ อายุการใช้งานของส่วนประกอบจึงนานกว่าส่วนประกอบโลหะหลายเท่า ประโยชน์อื่นๆ ได้แก่ คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพตลอดอายุการใช้งานของวาล์ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่ความสามารถในการตัดการทำงานและการควบคุมยังคงอยู่
สิ่งนี้แสดงให้เห็นในกรณีของลูกบอลไคนาร์/RTFE ที่มีวาล์วขนาด 65 มม. (2.6 นิ้ว) และไลเนอร์ที่สัมผัสกับกรดซัลฟิวริก 98% บวกกับอิลเมไนต์ อิลเมไนต์จะถูกแปลงเป็นเม็ดสีไทเทเนียมออกไซด์ ลักษณะการกัดกร่อนของตัวกลางหมายความว่าอายุการใช้งานของส่วนประกอบเหล่านี้อาจยาวนานถึงหกสัปดาห์ อย่างไรก็ตาม การใช้ขอบวาล์วทรงกลม (เซอร์โคเนียเสถียรบางส่วนแมกนีเซียมออกไซด์ (Mg-PSZ) ที่เป็นเอกสิทธิ์เฉพาะ) ที่ผลิตโดย Nilcra™ (รูปที่ 1) มีความแข็งและต้านทานการกัดกร่อนดีเยี่ยม และใช้งานได้นานถึงสามปี การบริการเป็นระยะๆ โดยไม่มีการสึกหรอใดๆ ที่ตรวจพบได้
ในวาล์วเชิงเส้นตรง (รวมถึงวาล์วมุม วาล์วปีกผีเสื้อ หรือโกลบวาล์ว) เซอร์โคเนียและซิลิคอนไนไตรด์เหมาะสำหรับทั้งปลั๊กวาล์วและบ่าวาล์วเนื่องจากคุณลักษณะ "การปิดผนึกอย่างแน่นหนา" ของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ ในทำนองเดียวกัน อลูมินาสามารถใช้กับวัสดุบุผิวและกรงบางชนิดได้ ผ่านลูกบอลที่เข้าคู่กันบนวงแหวนที่นั่ง ทำให้สามารถปิดผนึกได้ในระดับสูง
สำหรับแกนวาล์ว รวมถึงสปูลวาล์ว ทางเข้าและทางออก หรือบุชชิ่งตัววาล์ว สามารถใช้วัสดุเซรามิกหลักชนิดใดชนิดหนึ่งจากสี่ชนิดได้ตามความต้องการในการใช้งาน ความแข็งสูงและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในแง่ของประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์และอายุการใช้งาน
ยกตัวอย่างวาล์วผีเสื้อ DN150 ที่ใช้ในโรงกลั่นแร่อะลูมิเนียมของออสเตรเลีย ปริมาณซิลิกาที่สูงในตัวกลางทำให้เกิดการสึกหรอในบูชวาล์วในระดับสูง แผ่นบุรองและแผ่นวาล์วที่ใช้เริ่มแรกทำจากโลหะผสม CrFe 28% และมีอายุการใช้งานเพียงแปดถึงสิบสัปดาห์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีการใช้วาล์วที่ทำจากเซอร์โคเนีย Nilcra™ (รูปที่ 2) อายุการใช้งานจึงเพิ่มขึ้นเป็น 70 สัปดาห์
เนื่องจากความเหนียวและความแข็งแกร่ง เซรามิกจึงทำงานได้ดีในการใช้งานวาล์วส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนที่ช่วยยืดอายุการใช้งานของวาล์ว ในทางกลับกัน สิ่งนี้จะเพิ่มความปลอดภัยโดยลดการหยุดทำงานของชิ้นส่วนทดแทน ลดเงินทุนหมุนเวียนและสินค้าคงคลัง ลดการจัดการด้วยมือ และลดการรั่วไหล ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนตลอดอายุการใช้งานโดยรวม
เป็นเวลานานมาแล้วที่การใช้วัสดุเซรามิกในวาล์วแรงดันสูงถือเป็นข้อกังวลหลักประการหนึ่ง เนื่องจากวาล์วเหล่านี้ต้องรับภาระตามแนวแกนหรือแรงบิดสูง อย่างไรก็ตาม ผู้เล่นหลักในสาขานี้กำลังพัฒนาการออกแบบบอลวาล์วที่ปรับปรุงความทนทานของแรงบิดในการสั่งงาน
ข้อจำกัดที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือขนาด ขนาดของบ่าวาล์วที่ใหญ่ที่สุดและบอลวาล์วที่ใหญ่ที่สุด (รูปที่ 3) ที่ผลิตโดยแมกนีเซียเสถียรเซอร์โคเนียบางส่วนคือ DN500 และ DN250 ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ตัวระบุในปัจจุบันส่วนใหญ่นิยมใช้เซรามิกเพื่อสร้างชิ้นส่วนที่มีขนาดไม่เกินขนาดเหล่านี้
แม้ว่าขณะนี้จะได้รับการพิสูจน์แล้วว่าวัสดุเซรามิกสามารถใช้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมได้ แต่ก็ยังมีหลักเกณฑ์ง่ายๆ บางประการที่ต้องปฏิบัติตามเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด ควรใช้วัสดุเซรามิกก่อนเฉพาะเมื่อมีความจำเป็นต้องลดต้นทุนเท่านั้น ทั้งภายในและภายนอกควรหลีกเลี่ยงมุมที่แหลมคมและความเข้มข้นของความเครียด
จะต้องพิจารณาความไม่ตรงกันของการขยายตัวทางความร้อนที่อาจเกิดขึ้นในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ เพื่อลดแรงตึงของห่วง จำเป็นต้องเก็บเซรามิกไว้ด้านนอกแทนที่จะเก็บไว้ด้านใน สุดท้ายนี้ ความจำเป็นสำหรับเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตและการตกแต่งพื้นผิวควรได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ เนื่องจากพิกัดความเผื่อเหล่านี้อาจเพิ่มต้นทุนที่ไม่จำเป็นอย่างมาก
การปฏิบัติตามแนวทางและแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในการเลือกวัสดุและการประสานงานกับซัพพลายเออร์ตั้งแต่เริ่มต้นโครงการ จะทำให้สามารถบรรลุโซลูชันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันบริการที่มีความต้องการแต่ละรายการ
ข้อมูลนี้ได้รับ ทบทวน และดัดแปลงจากเอกสารที่จัดทำโดย Morgan Advanced Materials
Morgan Advanced Materials-เซรามิกทางเทคนิค (28 พฤศจิกายน 2562). วัสดุเซรามิกขั้นสูงเหมาะสำหรับการใช้งานที่จริงจัง อาโซม. สืบค้นจาก https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 เมื่อวันที่ 9 มีนาคม 2564.
Morgan Advanced Materials-เซรามิกทางเทคนิค “วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานอย่างจริงจัง” อาโซม. 9 มีนาคม 2021.
Morgan Advanced Materials-เซรามิกทางเทคนิค “วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานอย่างจริงจัง” อาโซม. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (เข้าถึงเมื่อวันที่ 9 มีนาคม 2021).
Morgan Advanced Materials-เซรามิกทางเทคนิค 2019 วัสดุเซรามิกขั้นสูงที่เหมาะสำหรับการใช้งานบริการที่จริงจัง AZoM เวลาในการรับชมคือวันที่ 9 มีนาคม 2564 https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305.
Elodie Verzoli เป็นผู้จัดการผลิตภัณฑ์โซลูชัน UHV ที่ OSAY PHYSICS (บริษัทในเครือของ TOH) เธอถูกสัมภาษณ์เกี่ยวกับฟังก์ชันหลักของ NanoSpace และเหตุใดจึงกลายเป็นส่วนสำคัญของกลุ่มผลิตภัณฑ์ของ TOH
ในการสัมภาษณ์นี้ Rohit Ramnath วิศวกรผลิตภัณฑ์อาวุโสของ AZoM และ Master Bond ได้พูดคุยถึงหัวข้อการปรับสภาพพื้นผิว และเหตุใดจึงแนะนำให้ใช้การยึดเกาะที่ดีที่สุด
ในการสัมภาษณ์นี้ Francis Arthur ผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการของ AzoM และ TRB พูดคุยเกี่ยวกับโซลูชันการขนส่งของ TRB และผลิตภัณฑ์คอมโพสิต
X500-25BC-600 เป็นเครื่องทดสอบการบีบอัดกล่องรับสัญญาณสำหรับเดสก์ท็อปขนาดกะทัดรัด มาพร้อมกับโหลดเซลล์ที่สมดุล 4 ตัวเพื่อเพิ่มความแม่นยำและพิกัดความเผื่อโหลดที่ไม่สม่ำเสมอ การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์และเซอร์โวไดรฟ์ที่ทรงพลังสามารถบรรลุความแม่นยำที่น่าประทับใจ
ผงซักฟอกพลาสม่า Evactron U50 ได้รับการออกแบบมาสำหรับสถานที่ที่ต้องการใช้อินเทอร์เฟซแผงสัมผัสแบบมีสายเพื่อตั้งโปรแกรมพารามิเตอร์การทำความสะอาด
เครื่องสอบเทียบหลายเครื่องมือ Thermo Scientific™ MIC-6 เป็นส่วนเสริมที่สมบูรณ์แบบสำหรับ TVA2020 ชั้นนำของอุตสาหกรรม ซึ่งปรับปรุงความแม่นยำและประหยัดเวลาในการเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนดของ LDAR
เราใช้คุกกี้เพื่อปรับปรุงประสบการณ์ของคุณ การเรียกดูเว็บไซต์นี้ต่อแสดงว่าคุณยอมรับการใช้คุกกี้ของเรา ข้อมูลมากกว่านี้.