碳化硅陶瓷耐磨管道，是指以重結(jié)晶碳化硅（RSiC）、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅（RBSiC）或無(wú)壓燒結(jié)碳化硅（SSiC）為主要基體的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷管，專門用于強(qiáng)磨粒、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)溫差工況下的物料輸送與換熱。 這類管道兼具高硬度、高導(dǎo)熱、低膨脹和優(yōu)良抗氧化性，在火電、冶金、化工、環(huán)保煙氣凈化、高溫?fù)Q熱器等系統(tǒng)中，已經(jīng)逐步替代部分金屬和耐火材料管道。

碳化硅陶瓷耐磨管道的定義

        從工程防磨應(yīng)用來(lái)看，碳化硅復(fù)合陶瓷管道可以分為兩大類：

        整體碳化硅陶瓷管

        以 SiC 陶瓷為主體，通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)、重結(jié)晶或熱壓燒結(jié)等工藝制成自支撐管體，常見(jiàn)于高溫?fù)Q熱器、煙氣凈化過(guò)濾管等，對(duì)耐溫、耐蝕和耐熱震要求很高的場(chǎng)合。

        碳化硅陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管

        以鋼管或合金管為殼體，內(nèi)襯一層碳化硅陶瓷或碳化硅涂層，通過(guò)粘貼、涂抹或機(jī)械卡固等方式形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，兼顧鋼管的機(jī)械強(qiáng)度與陶瓷的耐磨性能。

        不管是哪種形式，只要管道內(nèi)工作面主要由 SiC 陶瓷承受物料沖刷，并且用于高磨損、高溫、高腐蝕介質(zhì)輸送，即可歸入碳化硅陶瓷耐磨管道的范疇。

碳化硅復(fù)合陶瓷管道性能特點(diǎn)

        碳化硅復(fù)合陶瓷管道的性能優(yōu)勢(shì)，主要來(lái)自于碳化硅材料自身的物理和化學(xué)特性。

• 高硬度與耐磨性，碳化硅陶瓷莫氏硬度約為9.2，遠(yuǎn)高于普通鋼鐵和耐磨鑄鐵，非常適合煤粉、礦漿、顆粒等強(qiáng)磨損沖刷工況。

• 高溫力學(xué)性能穩(wěn)定，這是碳化硅陶瓷的重要特點(diǎn)之一，碳化硅陶瓷能夠在1400℃左右的高溫環(huán)境仍能保持較高抗彎強(qiáng)度，部分熱壓或熱等靜壓燒結(jié)碳化硅陶瓷在1600 ℃左右的高溫下，強(qiáng)度仍然可維持在 500 MPa 左右，強(qiáng)度保持率明顯優(yōu)于氧化鋁陶瓷和金屬材料。

• 低膨脹、高導(dǎo)熱、抗熱震，碳化硅陶瓷的熱膨脹系數(shù)為4.0～4.6×10??/K，遠(yuǎn)低于普通鋼，配合其 35～100 W/(m·K) 的較高導(dǎo)熱率，使溫度梯度更容易被擴(kuò)散，減少熱應(yīng)力集中，從而獲得較好的熱震穩(wěn)定性。

• 耐腐蝕與抗氧化，在多數(shù)酸堿鹽介質(zhì)中，Si-C 共價(jià)鍵的鍵能非常高，而且擁有很強(qiáng)的化學(xué)惰性，不與大多數(shù)強(qiáng)酸，強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)，表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性，而在含氧濃度高的空氣中，SiC表面會(huì)形成一層致密 SiO2薄膜，起到保護(hù)層的作用，能很好的適應(yīng)化工、高鹽煙氣、腐蝕性粉塵等工況。

        正是因?yàn)檫@些特性，碳化硅陶瓷耐磨管道在高溫、強(qiáng)磨損、強(qiáng)溫差環(huán)境下的綜合表現(xiàn)明顯優(yōu)于多數(shù)金屬和普通陶瓷材料。

冷熱循環(huán) 100 次實(shí)驗(yàn)與開裂風(fēng)險(xiǎn)

        熱震性能是評(píng)價(jià)碳化硅陶瓷耐磨管能否在復(fù)雜工況下可靠使用的關(guān)鍵指標(biāo)，因此，西拓通過(guò)冷熱循環(huán)100次試驗(yàn)，來(lái)了解下碳化硅陶瓷是否適應(yīng)冷熱交替的復(fù)雜工況環(huán)境。 實(shí)驗(yàn)的核心是：在規(guī)定的溫差和保溫時(shí)間下，多次將試樣從高溫急冷到低溫，觀察是否產(chǎn)生裂紋、剝落以及強(qiáng)度衰減。

冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)工況：

• 樣品：反應(yīng)燒結(jié)碳化硅RBSiC

• 起始溫度：室溫約 25 ℃；

• 高溫段：將碳化硅陶瓷耐磨管樣段加熱至約 800 ℃；

• 保溫時(shí)間：每次高溫段保溫 15 min；

• 冷卻方式：取出后自然風(fēng)冷至室溫；

• 循環(huán)次數(shù)：100 次。

碳化硅陶瓷冷熱循環(huán)100次的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)可以得知，碳化硅陶瓷即使在驟冷驟熱的情況下也沒(méi)有發(fā)生結(jié)構(gòu)性開裂或大面積剝落，仍然保持了較高的力學(xué)性能和表面結(jié)構(gòu)。

總結(jié)

        綜合前面的性能與試驗(yàn)分析，可以了解到碳化硅陶瓷在惰性或弱氧化氣體中，碳化硅陶瓷耐磨管的耐高溫性能非常好，高溫強(qiáng)度保持較好，是已知結(jié)構(gòu)陶瓷中高溫力學(xué)性能非常優(yōu)秀的材料之一。

        得益于低膨脹和高導(dǎo)熱特性，配合合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝方式，碳化硅陶瓷耐磨管道在較大的冷熱循環(huán)次數(shù)下仍能保持良好的完整性，特別適合高溫?zé)煔狻峄摇⒎垠w高溫輸送及換熱系統(tǒng)。

FAQ:

Q1：碳化硅陶瓷耐磨管道主要用在什么場(chǎng)合？

A1: 碳化硅陶瓷耐磨管道適合高溫、高磨損、高腐蝕工況，如火電粉煤灰輸送、冶金礦漿管線、化工高溫?zé)煔鈨艋蛽Q熱系統(tǒng),火力發(fā)電管道耐磨等。 它有整體陶瓷管和陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管兩種形式，都能承受強(qiáng)沖刷和復(fù)雜溫度變化。

Q2：碳化硅陶瓷為什么耐高溫？

A2: SiC陶瓷共價(jià)鍵強(qiáng)，高溫下鍵合強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)低，可在1400℃左右穩(wěn)定工作，適合高溫噴煤管、換熱器等高溫環(huán)境。 抗氧化性能好，高溫變形小。