วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานในสภาพสมบุกสมบัน

เราใช้คุกกี้เพื่อปรับปรุงประสบการณ์ของคุณ การเรียกดูเว็บไซต์นี้ต่อแสดงว่าคุณยอมรับการใช้คุกกี้ของเรา ข้อมูลเพิ่มเติม
การบริการที่จริงจังไม่มีคำจำกัดความอย่างเป็นทางการ อาจหมายถึงสภาวะการทำงานที่การเปลี่ยนวาล์วมีค่าใช้จ่ายสูงหรือลดความสามารถของกระบวนการ
มีความจำเป็นทั่วโลกในการลดต้นทุนการผลิตตามกระบวนการ เพื่อเพิ่มความสามารถในการทำกำไรในทุกอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับสภาพการบริการที่รุนแรง ครอบคลุมตั้งแต่น้ำมันและก๊าซและปิโตรเคมีไปจนถึงการผลิตนิวเคลียร์และพลังงาน การแปรรูปแร่ และการขุด
นักออกแบบและวิศวกรกำลังทำงานเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ด้วยวิธีต่างๆ แนวทางที่เหมาะสมที่สุดคือการเพิ่มเวลาทำงานและประสิทธิภาพผ่านการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการที่มีประสิทธิผล เช่น การปิดเครื่องอย่างมีประสิทธิผล และการควบคุมการไหลที่ปรับให้เหมาะสม
การเพิ่มประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยยังมีบทบาทสำคัญ เนื่องจากการเปลี่ยนน้อยลงสามารถนำไปสู่สภาพแวดล้อมการผลิตที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น นอกจากนี้ บริษัทกำลังพยายามลดสินค้าคงคลังของอุปกรณ์ รวมถึงปั๊มและวาล์ว และการจัดการที่จำเป็น ในเวลาเดียวกัน เจ้าของโรงงานคาดหวัง การหมุนเวียนของสินทรัพย์จำนวนมาก เป็นผลให้ความสามารถในการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ท่อและอุปกรณ์น้อยลง (แต่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า) สำหรับการไหลของผลิตภัณฑ์เดียวกันและใช้เมตรน้อยลง
สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่านอกจากจะต้องใหญ่ขึ้นสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่กว้างขึ้นแล้ว ส่วนประกอบของระบบแต่ละชิ้นยังต้องทนต่อการสัมผัสสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเป็นเวลานาน เพื่อลดความจำเป็นในการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนในบริการ
ส่วนประกอบต่างๆ รวมถึงวาล์วและบอล จะต้องมีความทนทานเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการ แต่ยังช่วยยืดอายุการใช้งานด้วย อย่างไรก็ตาม ปัญหาสำคัญในการใช้งานส่วนใหญ่ก็คือส่วนประกอบที่เป็นโลหะมีขีดความสามารถด้านประสิทธิภาพถึงขีดจำกัดแล้ว ซึ่งแสดงให้เห็นว่านักออกแบบอาจ ค้นหาทางเลือกอื่นนอกเหนือจากวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ โดยเฉพาะวัสดุเซรามิก สำหรับการใช้งานบริการที่มีความต้องการสูง
พารามิเตอร์ทั่วไปที่จำเป็นในการใช้งานส่วนประกอบภายใต้สภาวะการบริการที่รุนแรง ได้แก่ ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานต่อความเมื่อยล้า ความแข็ง ความแข็งแรง และความเหนียว
การฟื้นตัวเป็นตัวแปรสำคัญ เนื่องจากส่วนประกอบที่มีความยืดหยุ่นน้อยอาจล้มเหลวในหายนะ ความเหนียวของวัสดุเซรามิกถูกกำหนดให้เป็นความต้านทานต่อการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว ในบางกรณีสามารถวัดได้โดยใช้วิธีการเยื้อง ส่งผลให้ค่าสูงเกินจริงโดยใช้เพียงค่าเดียว -ลำแสงบากด้านข้างให้การวัดที่แม่นยำ
ความแข็งแรงเกี่ยวข้องกับความเหนียว แต่หมายถึงจุดเดียวที่วัสดุล้มเหลวอย่างร้ายแรงเมื่อมีการใช้ความเครียด โดยทั่วไปเรียกว่า "โมดูลัสของการแตกร้าว" และวัดโดยการใช้ความแข็งแรงดัดงอสามจุดหรือสี่จุด การวัดบนแถบทดสอบ การทดสอบแบบสามจุดให้ค่าที่สูงกว่าการทดสอบแบบสี่จุด 1%
แม้ว่าความแข็งสามารถวัดได้บนเครื่องชั่งที่หลากหลาย รวมถึง Rockwell และ Vickers แต่เครื่องชั่งความแข็งระดับไมโครของ Vickers นั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุเซรามิกขั้นสูง ความแข็งจะแตกต่างกันไปตามสัดส่วนความต้านทานการสึกหรอของวัสดุ
ในวาล์วที่ทำงานในลักษณะเป็นวงจร ความล้าเป็นปัญหาสำคัญเนื่องจากการเปิดและปิดวาล์วอย่างต่อเนื่อง ความล้าเป็นเกณฑ์ของความแข็งแรงที่เกินกว่าที่วัสดุมีแนวโน้มที่จะล้มเหลวต่ำกว่าความแข็งแรงรับแรงดัดงอปกติ
ความต้านทานการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการทำงานและตัวกลางที่ประกอบด้วยวัสดุ วัสดุเซรามิกขั้นสูงหลายชนิดมีประสิทธิภาพเหนือกว่าโลหะในบริเวณนี้ ยกเว้นวัสดุที่ทำจากเซอร์โคเนียบางชนิดที่ "สลายตัวด้วยความร้อนใต้พิภพ" เมื่อสัมผัสกับไอน้ำที่อุณหภูมิสูง
รูปทรงของชิ้นส่วน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน การนำความร้อน ความเหนียว และความแข็งแรง ล้วนได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน ซึ่งเป็นบริเวณที่ส่งเสริมการนำความร้อนและความเหนียวสูง ดังนั้น ชิ้นส่วนโลหะจึงทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าในวัสดุเซรามิกในปัจจุบัน ให้ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ยอมรับได้ในระดับที่ยอมรับได้
เซรามิกขั้นสูงถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายปีและได้รับความนิยมในหมู่วิศวกรความน่าเชื่อถือ วิศวกรโรงงาน และนักออกแบบวาล์วที่ต้องการประสิทธิภาพและมูลค่าสูง มีสูตรเฉพาะที่แตกต่างกันออกไปซึ่งเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ อย่างไรก็ตาม เซรามิกขั้นสูงสี่ชนิดได้แก่ ที่มีความสำคัญในด้านวาล์วที่ใช้งานหนัก และรวมถึงซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC), ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4), อลูมินาและเซอร์โคเนีย วัสดุวาล์วและบอลวาล์วได้รับการคัดเลือกตามความต้องการใช้งานเฉพาะ
เซอร์โคเนียมีสองรูปแบบหลักที่ใช้ในวาล์วที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนและความแข็งเท่ากันกับเหล็ก เซอร์โคเนียเสถียรบางส่วนจากแมกนีเซีย (Mg-PSZ) มีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลันและความเหนียวสูงสุด ในขณะที่โพลีคริสตัลไลน์เซอร์โคเนีย yttria tetragonal (Y-TZP) ) ยากกว่าแต่มีแนวโน้มที่จะเกิดการย่อยสลายจากความร้อนใต้พิภพ
ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) มีจำหน่ายในสูตรต่างๆ ซิลิคอนไนไตรด์เผาด้วยแรงดันแก๊ส (GPPSN) เป็นวัสดุที่ใช้บ่อยที่สุดสำหรับวาล์วและส่วนประกอบวาล์ว ให้ความแข็งและความแข็งแรงสูง ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีเยี่ยม และมีเสถียรภาพทางความร้อน นอกเหนือจากความเหนียวโดยเฉลี่ย นอกจากนี้ Si3N4 ยังใช้ทดแทนเซอร์โคเนียในสภาพแวดล้อมไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูงได้อย่างเหมาะสม ซึ่งป้องกันการย่อยสลายด้วยความร้อนจากความร้อน
เนื่องจากมีงบประมาณจำกัด ตัวระบุจึงสามารถเลือกได้จาก SiC หรืออลูมินา วัสดุทั้งสองมีความแข็งสูง แต่ไม่แข็งแรงกว่าเซอร์โคเนียหรือซิลิคอนไนไตรด์ นี่แสดงให้เห็นว่าวัสดุเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานส่วนประกอบแบบคงที่ เช่น บูชวาล์วและบ่าวาล์ว มากกว่า ลูกบอลหรือแผ่นดิสก์ที่มีความเครียดสูง
วัสดุเซรามิกขั้นสูงมีความเหนียวต่ำกว่าและความแข็งแรงใกล้เคียงกันกว่าวัสดุโลหะที่ใช้ในการใช้งานวาล์วที่ใช้งานหนัก รวมถึงโครเมียมเหล็ก (CrFe) ทังสเตนคาร์ไบด์ ฮาสเตลลอย และสเตลไลท์
การใช้งานบริการที่รุนแรงเกี่ยวข้องกับการใช้วาล์วโรตารี เช่น บัตเตอร์ฟลายวาล์ว วาล์วบอลวาล์วลอย และสปริง ในการใช้งานดังกล่าว Si3N4 และเซอร์โคเนียให้ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ความเหนียว และความแข็งแกร่งเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายที่สุด เนื่องจากความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อน ของวัสดุ อายุการใช้งานของส่วนประกอบจะสูงกว่าส่วนประกอบที่เป็นโลหะหลายเท่า ประโยชน์อื่นๆ ได้แก่ คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพของวาล์วตลอดอายุการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่ความสามารถในการปิดและการควบคุมยังคงอยู่
ภาพนี้แสดงให้เห็นในการใช้บอลและไลเนอร์ไคนาร์/RTFE ที่มีวาล์วขนาด 65 มม. (2.6 นิ้ว) โดยสัมผัสกับกรดซัลฟิวริกและอิลเมไนต์ 98% ซึ่งจะถูกแปลงเป็นเม็ดสีไทเทเนียมออกไซด์ ลักษณะที่รุนแรงของตัวกลางหมายความว่าส่วนประกอบเหล่านี้สามารถ ใช้งานได้นานถึงหกสัปดาห์ อย่างไรก็ตาม การใช้การตัดแต่งบอลวาล์ว (รูปที่ 1) ผลิตจาก Nilcra!" ซึ่งเป็นแมกนีเซียมที่มีความเสถียรบางส่วนที่เป็นกรรมสิทธิ์ของเซอร์โคเนีย (Mg-PSZ) ที่ให้ความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม ทำให้สามารถให้บริการได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลาสามปีโดยไม่มีการหยุดชะงักใดๆ การสึกหรอที่ตรวจพบได้
ในวาล์วเชิงเส้นตรงซึ่งรวมถึงวาล์วมุม วาล์วปีกผีเสื้อ หรือโกลบ เซอร์โคเนียและซิลิคอนไนไตรด์เหมาะสำหรับทั้งปลั๊กและบ่าเนื่องจากลักษณะ "เบาะแข็ง" ของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ ในทำนองเดียวกัน อะลูมิเนียมออกไซด์สามารถใช้ได้ในไลเนอร์และกรงบางชนิดในระดับสูง การปิดผนึกสามารถทำได้โดยการจับคู่ลูกบดบนบ่าวาล์ว
สำหรับบูชวาล์ว รวมถึงปลั๊กวาล์ว ทางเข้าและทางออก หรือบุชชิ่งตัว วัสดุเซรามิกหลักสี่ชนิดสามารถใช้ได้ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งาน ความแข็งสูงและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุพิสูจน์ให้เห็นว่าเป็นประโยชน์ต่อประสิทธิภาพและการบริการ ชีวิตของผลิตภัณฑ์
ตัวอย่างเช่น วาล์วปีกผีเสื้อ DN150 ที่ใช้ในโรงกลั่นอะลูมิเนียมของออสเตรเลีย ปริมาณซิลิกาที่สูงของตัวกลางอาจทำให้บูชวาล์วสึกหรอในระดับสูง ไลเนอร์และจานแบบดั้งเดิมทำจากโลหะผสม CrFe 28% และใช้สำหรับ 8 ถึง 10 สัปดาห์ อย่างไรก็ตาม ด้วยวาล์วที่ทำจาก Nilcra!" Zirconia (รูปที่ 2) อายุการใช้งานจึงเพิ่มขึ้นเป็น 70 สัปดาห์
เนื่องจากความเหนียวและความแข็งแรง เซรามิกจึงทำงานได้ดีในการใช้งานวาล์วส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนที่ส่งผลให้วาล์วมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนวงจรชีวิตโดยรวมโดยลดการหยุดทำงานของชิ้นส่วนทดแทน ซึ่งช่วยลดเงินทุนหมุนเวียน และสินค้าคงคลัง ลดการจัดการด้วยมือ และปรับปรุงความปลอดภัยด้วยการรั่วไหลที่น้อยลง
การใช้วัสดุเซรามิกในวาล์วแรงดันสูงถือเป็นข้อกังวลหลักประการหนึ่งมาเป็นเวลานาน เนื่องจากวาล์วเหล่านี้ต้องรับภาระตามแนวแกนหรือแรงบิดสูง อย่างไรก็ตาม ผู้เล่นหลักในภาคสนามกำลังพัฒนาการออกแบบบอลวาล์วเพื่อปรับปรุงความทนทานของแรงบิดของไดรฟ์
ข้อจำกัดที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือขนาด เบาะที่ใหญ่ที่สุดและลูกบอลที่ใหญ่ที่สุด (รูปที่ 3) ที่ผลิตจากเซอร์โคเนียที่มีความเสถียรบางส่วนจากแมกนีเซียคือ DN500 และ DN250 ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันผู้ระบุส่วนใหญ่ชอบเซรามิกสำหรับส่วนประกอบที่มีขนาดเหล่านี้
แม้ว่าวัสดุเซรามิกจะได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม แต่จำเป็นต้องปฏิบัติตามหลักเกณฑ์ง่ายๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้สูงสุด วัสดุเซรามิกควรใช้ก่อนเมื่อจำเป็นเท่านั้นเพื่อลดต้นทุน ควรหลีกเลี่ยงมุมที่แหลมคมและความเข้มข้นของความเครียดทั้งภายในและภายใน ภายนอก
ความไม่ตรงกันของการขยายตัวทางความร้อนที่อาจเกิดขึ้นใดๆ จะต้องได้รับการพิจารณาในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ เพื่อลดความเครียดของห่วง จำเป็นต้องเก็บเซรามิกไว้ด้านนอก ไม่ใช่ด้านใน สุดท้ายนี้ ความจำเป็นสำหรับเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตและการตกแต่งพื้นผิวควรได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ สามารถเพิ่มต้นทุนจำนวนมากและไม่จำเป็นได้
การปฏิบัติตามแนวทางและแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในการเลือกวัสดุและการประสานงานกับซัพพลายเออร์ตั้งแต่เริ่มต้นโครงการ จะทำให้สามารถบรรลุโซลูชันที่สมบูรณ์แบบสำหรับทุกการใช้งานบริการที่จริงจัง
ข้อมูลนี้ได้มาจากเนื้อหา บทวิจารณ์ และการดัดแปลงโดย Morgan Advanced Materials
Morgan Advanced Materials – เซรามิกทางเทคนิค (28 พฤศจิกายน 2019) วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานบริการที่มีความต้องการสูง AZOM สืบค้นเมื่อวันที่ 14 มกราคม 2022 จาก https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305
Morgan Advanced Materials – เซรามิกทางเทคนิค” วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานที่รุนแรง” AZOM 14 มกราคม 2565 ..
Morgan Advanced Materials – เซรามิกทางเทคนิค” วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานที่รุนแรง”. AZOM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 (เข้าถึง 14 มกราคม 2022)
Morgan Advanced Materials – เซรามิกทางเทคนิค2019 วัสดุเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานบริการที่รุนแรง AZoM เข้าถึงวันที่ 14 มกราคม 2022 https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305
ในการสัมภาษณ์นี้ AZoM พูดคุยกับ Mohamed Rahaman ศาสตราจารย์เกียรติคุณกิตติคุณสาขาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมิสซูรี เกี่ยวกับเซรามิกชีวภาพและศักยภาพการใช้งานในวิศวกรรมชีวการแพทย์
AZoM ได้พูดคุยกับ Dr. Iolanda Duarte และ Juliane Moura เกี่ยวกับงานวิจัยของพวกเขา ซึ่งคำนึงถึงการมีอยู่ของพืชที่อันตรายมากบนแผงเซลล์แสงอาทิตย์
AZoM ได้พูดคุยกับศาสตราจารย์ Andrea Fratalocchi จาก KAUST เกี่ยวกับงานวิจัยของเขา ซึ่งมุ่งเน้นไปที่แง่มุมของถ่านหินที่ไม่เคยมีใครรู้จักมาก่อน
การใช้จาระบีอย่างไม่เหมาะสมอาจทำให้ตลับลูกปืนเสียหายได้หลายครั้ง ด้วยอายุการใช้งานตลับลูกปืน 40% นั้นไม่เพียงพอที่จะให้คุณค่าทางวิศวกรรม การหล่อลื่นด้านล่างและการหล่อลื่นมากเกินไปจึงเป็นประเด็นสำคัญในการตรวจสอบ LUBExpert ช่วยให้คุณใช้น้ำมันหล่อลื่นที่ถูกต้องในตำแหน่งที่ถูกต้อง ถูกเวลา.
นี่คือฟอยล์ทองแดงรีดมาตรฐานของ JX Nippon Mining & Metals ที่มีความยืดหยุ่นและต้านทานการสั่นสะเทือนในอุดมคติ
XRDynamic (XRD) 500 ของ Anton Paar เป็นเครื่องวัดการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์แบบผงอเนกประสงค์อัตโนมัติ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ XRD ที่มีประสิทธิภาพและอเนกประสงค์