ویژگی‌های مقاومت سایشی کاربید سیلیکون ۹۰٪ چیست؟ - وبلاگ

سلام، من جیک هستم، یک رهبر فنی در یکی از تامین کنندگان کاربید سیلیکون که مردم به مواد صنعتی با کارایی بالا اعتماد دارند. هنگامی که مشتریان از خود می پرسند، "مقاومت 90٪ سیلیکون کاربید سیلیکون چه مشکلی در برابر سایش دارد؟" من آن را دریافت می کنم - اکثر مواد نوید عملکرد طولانی مدت را می دهند، اما بسیاری از آنها مانند این موارد از آن پشتیبانی نمی کنند. پس از سال‌ها کار با این ترکیب، آزمایش آن در همه چیز، از قطعات معدن گرفته تا لاینرهای پمپ، دقیقاً آنچه را که مقاومت 90 درصدی SiC را متمایز می‌کند، از کف آزمایشگاه تا میدان مشخص می‌کنم.

اول از همه، بیایید یک اصول اولیه را روشن کنیم، فقط برای تنظیم صحنه: کاربید سیلیکون اغلب توسط افراد قدیمی صنعت "کاربوراندوم" نامیده می شود، درست است؟ این ماده بسیار سخت و سرامیکی مانندی است که برای چندین دهه وجود داشته است، اما اخیراً به یکی از کاربردهای با سایش بالا تبدیل شده است. 90٪ کاربید سیلیکون، به طور خاص، به این معنی است که چگالی بالایی از دانه های SiC دارد (10٪ دیگر عمدتاً یک ماده اتصال دهنده است که همه آن را بدون اینکه شکننده کند، نگه می دارد). اگر می‌خواهید درباره منشأ نام کربوراندوم غواصی کنید، [سیلیکون کاربید که به عنوان «کاربوراندوم» نیز شناخته می‌شود] جدول زمانی سریعی دارد که بسیار جالب‌تر از یک واقعیت سرگرم‌کننده ورودی کتاب‌های درسی است، در واقع به طور تصادفی زمانی که دانشمندان در تلاش برای ساخت الماس در دهه 1800 بودند، اختراع شد.

اکنون، مقاومت در برابر سایش به دو چیز بزرگ مربوط می شود: سختی (مقاومت در برابر خراشیدگی یا فرورفتگی چیزی) و چقرمگی (چقدر خوب وقتی آن خراش یا ضربه اتفاق می افتد ترک نمی خورد). 90٪ SiC میخ هر دو، بسیار بهتر از، مثلا، فولاد استاندارد یا حتی کامپوزیت های سرامیکی درجه پایین تر. بیایید با پایه شروع کنیم: ساختار دانه آن. اندازه ذرات SiC موجود در مواد شما در اینجا نقش مهمی ایفا می کند. اگر دانه ها بیش از حد بزرگ باشند، به احتمال زیاد وقتی روی سطح سخت دیگری ساییده می شوند، از بین می روند. خیلی کوچک هستند و به خوبی به هم متصل نمی شوند تا در برابر سایش مقاومت کنند. کاربید سیلیکون 90% استاندارد ما از اندازه ذرات تنظیم شده برای تعادل استفاده می کند - می توانید مشخصات دقیق را در اینجا در [Silicon Carbide Particle Size 0-10.html] بررسی کنید، جایی که ما درجه بندی را طوری تنظیم می کنیم که همه چیز را از قطعات تکمیل کننده ریز گرفته تا تجهیزات استخراج سنگین تنظیم کنیم.

صبر کنید، بیایید در مورد معنای واقعی "پوشیدن" در اینجا مشخص کنیم، زیرا همه پوشیدن یکسان نیستند. سایش ساینده (زمانی که ذرات کوچک قسمت شما را خراش می دهند)، سایش چسب (زمانی که دو سطح به هم می چسبند و مواد جدا می شوند) و سایش ضربه (زمانی که بار سنگین به طور مکرر به قسمت شما برخورد می کند) وجود دارد. 90٪ SiC هر سه را خرد می کند، و در اینجا دلیل اهمیت آن برای استفاده در دنیای واقعی است. سایش ساینده رایج‌ترین سردرد برای قطعات صنعتی است - تسمه‌های نقاله را در نظر بگیرید که شن جابجا می‌کنند، دوغاب‌های ماسه را پمپ می‌کنند یا حتی اجزای شیر در عملیات‌های نفت و گاز که با قطعات سنگ سروکار دارند. 90% SiC دارای درجه سختی ویکرز در حدود 2500-2800 گیگا پاسکال است که تقریباً سه برابر سخت‌تر از فولاد کربنی است (که در حدود 800 گیگا پاسکال است). این بدان معناست که وقتی یک سنگ یا ذره معدنی کوچک به یک قطعه SiC 90 درصد برخورد می کند، احتمال خراش آن کمتر از برخورد با یک آستر فولادی است. ما یک مشتری در صنعت معدن داشتیم که پروانه های پمپ فولادی خود را با 90 درصد SiC ما عوض کرد و آنها هزینه های تعویض را 70 درصد در 18 ماه کاهش دادند. این عددی نیست که من فقط از هوای رقیق بیرون آوردم - ما آن چیزها را از نزدیک دنبال می کنیم، و داستان مشتری با قطعات مورد استفاده در فرآوری سیمان نیز تکرار می شود.

سایش چسب یکی دیگر از مواردی است که مواد ارزان‌تر را بالا می‌برد. هنگامی که دو سطح فلزی تحت فشار به یکدیگر ساییده می شوند، تکه های ریز فلز می توانند از یک قسمت به قسمت دیگر منتقل شوند و باعث گرفتگی یا تجزیه تدریجی شوند. مواد سرامیکی معمولاً در اینجا بهتر هستند زیرا ضریب اصطکاک پایینی دارند، اما همه سرامیک ها یکسان ساخته نمی شوند. 90٪ انبساط حرارتی کم کاربید سیلیکون نیز کمک می کند - وقتی قطعات داغ می شوند (که در محیط های با سایش زیاد معمول است)، به اندازه فلز منبسط نمی شوند، بنابراین فاصله بین اجزا ثابت می ماند و احتمال چسبیدن سطوح به هم را کاهش می دهد. برخی افراد 90٪ SiC را با سایر گریدهای کاربید سیلیکون مخلوط می کنند، بنابراین اگر در مورد تفاوت بین SiC تقویت شده با کربن و نسخه استاندارد 90٪ ما کنجکاو هستید، [Carbon Silicon Carbide] چگونگی مقاومت در برابر سایش را در هنگام سفت نگه داشتن مواد تجزیه می کند.

سایش ضربه ای جایی است که بسیاری از سرامیک ها کوتاه می آیند - آنها فوق العاده سخت هستند، اما شکننده هستند، بنابراین ضربه بزرگ می تواند کل قسمت را ترک کند. به همین دلیل است که 90 درصد SiC یک نقطه شیرین است: فاز اتصال 10 درصد (معمولاً ترکیبی از سیلیکون و کربن، یا یک چسب سرامیکی) مانند یک ضربه‌گیر برای این ضربه‌ها عمل می‌کند. ما همیشه این را در آزمایشگاه خود آزمایش می‌کنیم - توپ‌های فولادی 1 کیلوگرمی را از ارتفاع 2 متری روی نمونه‌های آزمایشی رها می‌کنیم و قطعات SiC 90 درصد ما به سختی علامت سطحی دارند، در حالی که SiC با دانه‌های پایین یا قطعات سرامیکی خالص اغلب ترک می‌خورند یا تراشه می‌کنند. یکی از مشتریان در صنعت ساخت و ساز از صفحات سایش 90 درصد SiC ما برای لوله های تغذیه سنگ شکن خود استفاده کرد و آنها به ما گفتند که از تعویض صفحات هر 2 هفته به هر 6 ماه یکبار می روند. این تفاوت بین ماده ای است که می تواند اثرات روزانه را تحمل کند و ماده ای که نمی تواند.

اما صبر کنید، این فقط ترکیب نیست - نحوه ماشینکاری 90٪ کاربید سیلیکون نیز مهم است، درست است؟ اگر آن را به درستی ماشین کاری نکنید، می توانید عیوب سطحی کوچکی ایجاد کنید که به نقاط سایش تبدیل شده و منجر به خرابی سریعتر می شود. تیم ما سال‌ها را صرف پالایش فرآیندهای ماشین‌کاری ما کرده است، و [ماشین‌کاری کاربید سیلیکون] نحوه استفاده از ابزار الماس و سنگ‌زنی دقیق را برای به دست آوردن سطحی صاف و بدون نقص که مقاومت در برابر سایش مواد را تقویت می‌کند، توضیح می‌دهد. به عنوان مثال، یک سطح ناهموار با ترک‌های ریز ذرات ساینده را می‌گیرد و سریع‌تر از سطح صاف و صیقلی سائیده می‌شود، بنابراین مرحله ماشینکاری فقط به مناسب کردن آن نیست، بلکه باعث ماندگاری آن می‌شود.

اکنون، بیایید در مورد برنامه های کاربردی دنیای واقعی صحبت کنیم، زیرا این جایی است که مقاومت در برابر سایش در واقع خود را نشان می دهد. ما یک تن سی سی سی سی سی 90 درصد را برای لاینرهای پمپ، به ویژه برای استخراج معادن و تصفیه فاضلاب، که در آن دوغاب های پر از شن، سیلت و مواد شیمیایی ثابت هستند، می فروشیم. ما همچنین کاشی‌های سایش را برای تیغه‌های بولدوزر و سطل‌های بیل مکانیکی و حتی قطعاتی برای اجزای توربین بادی که با گرد و غبار ناشی از باد مقابله می‌کنند، عرضه می‌کنیم. یک سوال متداول که ما دریافت می کنیم این است که "آیا 90% SiC در مقایسه با فولاد ارزش هزینه اضافی را دارد؟" بیایید سریع محاسبه کنیم: پروانه های فولادی ممکن است هر کدام 200 دلار قیمت داشته باشند و 6 ماه دوام داشته باشند، در حالی که پروانه های 90 درصد SiC ما هر کدام 500 دلار قیمت دارند و 3 سال عمر می کنند. در طول 5 سال، این 10 پروانه فولادی (2000 دلار) در مقابل 2 پروانه SiC (1000 دلار) است - نصف هزینه، زمان توقف بسیار کمتر برای جایگزینی. زمان از کار افتادن یک هزینه پنهان هنگفت در کارهای صنعتی است، اتفاقاً اگر پمپ شما به مدت 8 ساعت خاموش شود، تولید از دست می‌رود، که بسیار بیشتر از خود قطعه است.

Silicon Carbide Also Known As Silicon Carbide Particle Size 0-10

یکی دیگر از مواردی که مقاومت سایش 90 درصد SiC را منحصر به فرد می کند، نحوه مقاومت آن در شرایط سخت است، نه فقط سایش ساده. هم در محیط‌های با دمای بالا (تا 1600 درجه سانتی‌گراد، که بسیار گرم‌تر از آن است که اکثر قطعات فلزی بدون نرم شدن آن را تحمل کنند) و هم در محیط‌های خورنده (اسیدها، بازها، آب شور) کار می‌کند. یک مشتری در صنعت نفت فراساحلی از صندلی‌های شیر 90 درصد SiC ما استفاده می‌کند، و آنها به ما گفتند که آب شور و شن و ماسه در دریای شمال در 3 ماه از صندلی‌های فلزی می‌خوردند - صندلی‌های SiC ما بیش از 2 سال دوام آورده‌اند. این یک پیروزی دیگر است، زیرا اگر یک ماده فقط برای کاربردهای خشک و کم ضربه خوب باشد، چندان مفید نیست، اما 90٪ SiC همه کاره است.

صبر کنید، بیایید به یک تصور غلط رایج بپردازیم: برخی از مردم فکر می کنند که "درصد کاربید سیلیکون بالاتر همیشه بهتر است" در مورد مقاومت در برابر سایش. این درست نیست. اگر به 98% SiC بروید، ماده بسیار شکننده‌تر می‌شود، بنابراین ممکن است سخت‌تر شود، اما وقتی جسم سنگینی را به زمین می‌اندازید ترک می‌خورد و در محیط‌های با ضربه زیاد بی‌فایده می‌شود. 90٪ نقطه شیرین است زیرا سختی و چقرمگی را متعادل می کند، بنابراین می تواند هم سایش و هم ضربه را تحمل کند. به همین دلیل است که ما به جای دنبال کردن درصد بالاتری که عملکرد واقعی را ارائه نمی دهد، به این درجه برای اکثر کاربردهای پوشاک صنعتی پایبند هستیم.

بیایید در مورد تعمیر و نگهداری نیز صحبت کنیم، زیرا این بخش بزرگی از سایش طولانی مدت است. قطعات ساخته شده از 90% SiC نیازی به تعمیر و نگهداری خاصی ندارند - شما فقط آنها را مانند هر قطعه فرسوده دیگری بازرسی می کنید و از آنجایی که عمر طولانی تری دارند، به دفعات برای تعویض آنها تجهیزات را خاموش نمی کنید. یکی از مشتریان بلندمدت ما در صنعت سیمان به ما گفت که تغییر به قطعات سایش 90 درصد SiC ما تنها در سال اول 40 درصد هزینه تعمیر و نگهداری آنها را کاهش داد. این یک مشکل بزرگ است، زیرا نیروی کار اغلب گرانتر از خود قطعه است.

اکنون، اگر در حال خواندن این مطلب هستید و فکر می‌کنید، «هی، من برنامه‌ای دارم که در آن قطعات خیلی سریع فرسوده می‌شوند، می‌تواند کاربید سیلیکون 90 درصد به شما کمک کند»، من اینجا هستم تا به شما بگویم که می‌توانیم آن را مطابق با نیازهای شما تنظیم کنیم. ما 90% SiC یک اندازه را نمی فروشیم، ما اندازه ذرات، مخلوط بایندر و حتی پوشش سطح را بر اساس آنچه که از آن استفاده می کنید، تنظیم می کنیم. به عنوان مثال، اگر به قطعه ای برای دوغاب های ساینده ریز نیاز دارید، از ذرات SiC کوچکتر استفاده می کنیم و اگر برای ضربه سنگین معدنی باشد، از اندازه دانه کمی بزرگتر با چسب سخت تر استفاده می کنیم. اگر می‌خواهید درباره روش‌های مختلف استفاده از کاربید سیلیکون 90 درصد در صنایع اطلاعات بیشتری کسب کنید، [مصرف‌های پودر سیلیکون کاربید] تجزیه کامل دارد، اما اگر مورد استفاده خاصی دارید، در تماس با آن درنگ نکنید.

من 12 سال است که در این تجارت فعالیت می کنم و مواد زیادی را دیده ام که می آیند و می روند، اما مقاومت 90 درصدی SiC در برابر سایش یکی از معدود مواردی است که به طور مداوم باعث افزایش تبلیغات می شود. این فقط یک "سرامیک بهتر" نیست، بلکه ماده ای است که مشکلات واقعی را برای افرادی که از تعویض قطعات هر چند ماه یکبار، درگیر شدن با خرابی ها و هزینه های تعمیر و نگهداری خسته شده اند، حل می کند. نکته کلیدی در اینجا این است که همه چیز در مورد تعادل است: 90٪ SiC دارای سختی برای مقاومت در برابر خراش، سختی برای مقابله با ضربه، و ماشینکاری و اندازه ذرات مناسب برای ماندگاری مقاومت در برابر سایش است.

اگر آماده هستید که تعویض قطعات فرسوده را متوقف کنید و در هزینه ها صرفه جویی کنید، با تیم ما تماس بگیرید تا در مورد پروژه خود صحبت کنید. ما می‌توانیم نمونه‌های آزمایشی را برای شما ارسال کنیم، مشخصات را به شما معرفی کنیم و به شما کمک کنیم بفهمید که آیا 90% کاربید سیلیکون برای برنامه شما مناسب است یا خیر. بدون پیشنهاد فروش، فقط توصیه صادقانه بر اساس آنچه که در این زمینه برای صدها مشتری کار کرده ایم.

مراجع

وبر، WS (2018). سیلیکون کاربید: خواص و کاربردهای صنعتی مجله مهندسی و علوم سرامیک، 39(2)، 45-62.
اسمیت، آل (2021). مقاومت در برابر سایش کامپوزیت های کاربید سیلیکون با دانه بالا در محیط های ساینده. لباس، 476، ماده 203892.
موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST). (2022). پایگاه داده خواص مکانیکی برای سرامیک های پیشرفته. Gaithersburg، MD: وزارت بازرگانی ایالات متحده.
میلر، TR (2020). تجزیه و تحلیل هزینه و فایده اجزای سایش کاربید سیلیکون برای سیستم های پمپ صنعتی. مجله تعمیر و نگهداری صنعتی، 14(5)، 18-22.
Zhang، L.، و همکاران. (2019). مقاومت در برابر ضربه کامپوزیت های سیلیکون کاربید 90% با بایندرهای سیلیکون-کربن. مجله انجمن سرامیک اروپا، 39 (15)، 4689-4697.