陶瓷材料在机械工程中的应用
机械工程材料手册
机械工程材料手册机械工程材料是机械制造中的重要组成部分，它直接影响着机械产品的性能、质量和寿命。
在机械工程中，选择合适的材料对于产品的设计和制造至关重要。
本手册将介绍常见的机械工程材料及其特性，帮助工程师和设计师更好地选择和应用材料，提高产品的性能和可靠性。
一、金属材料。
金属材料是机械制造中最常用的材料之一，它具有良好的强度、硬度和耐磨性。
常见的金属材料包括钢、铝、铜、铁等。
钢是一种铁碳合金，具有优异的机械性能，适用于制造各种零部件和结构件。
铝具有较低的密度和良好的导热性，适用于制造轻型结构件。
铜具有良好的导电性和导热性，适用于制造电气部件和散热器。
铁是一种常见的结构材料，具有良好的可焊性和加工性，适用于制造各种机械零部件。
二、非金属材料。
除了金属材料外，非金属材料在机械工程中也扮演着重要的角色。
常见的非金属材料包括塑料、陶瓷、复合材料等。
塑料具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，适用于制造各种零部件和外壳。
陶瓷具有良好的耐高温性和硬度，适用于制造高温部件和摩擦件。
复合材料由两种或两种以上的材料组成，具有优异的综合性能，适用于制造高强度和轻质的零部件。
三、材料选择与应用。
在机械工程中，材料的选择与应用是至关重要的。
首先，需要根据产品的工作条件和要求选择合适的材料，如强度、硬度、耐磨性等。
其次，需要考虑材料的加工性能和成本，确保能够满足制造工艺和经济性的要求。
最后，需要对材料进行合理的设计和应用，确保产品具有良好的性能和可靠性。
综上所述，机械工程材料是机械制造中不可或缺的一部分，合理选择和应用材料对于产品的性能和质量至关重要。
本手册将帮助工程师和设计师更好地了解机械工程材料的特性和应用，提高产品的设计和制造水平，推动机械制造技术的发展。
结语。
通过对机械工程材料的介绍，我们可以更好地了解不同材料的特性和应用，为机械产品的设计和制造提供参考和指导。
希望本手册能够帮助工程师和设计师更好地选择和应用材料，提高产品的性能和可靠性，推动机械制造技术的发展。
机械工程中的新材料与新工艺
机械工程中的新材料与新工艺引言：机械工程作为一门重要的工程学科，涉及到各种机械设备和工具的设计、制造和使用。
随着科技的不断进步和发展，机械工程领域也在不断创新和改进。
本文将重点讨论机械工程中的新材料与新工艺，探讨它们对机械工程的影响和应用。
一、新材料的应用1. 先进复合材料先进复合材料是近年来在机械工程领域中得到广泛应用的一种新材料。
它由两种或多种不同性质的材料组合而成，具有轻质、高强度、耐磨、耐腐蚀等优点。
在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域中，先进复合材料已经取代了传统的金属材料，使得相关设备更加轻便、高效。
2. 高温合金高温合金是一种能够在极端高温环境下保持稳定性能的材料。
在航空发动机、燃气轮机等高温工作环境中，高温合金能够承受高温和压力的同时保持良好的机械性能，确保设备的安全运行。
高温合金的应用使得机械设备的工作温度范围扩大，提高了设备的可靠性和使用寿命。
3. 先进陶瓷材料先进陶瓷材料是一种具有高硬度、高耐磨、高耐腐蚀等特点的材料。
在机械工程中，先进陶瓷材料广泛应用于轴承、密封件、切削工具等部件的制造中。
与传统金属材料相比，先进陶瓷材料具有更好的耐磨性和耐腐蚀性能，能够提高设备的工作效率和使用寿命。
二、新工艺的发展1. 3D打印技术3D打印技术是一种通过逐层堆叠材料来制造物体的新工艺。
在机械工程中，3D打印技术已经广泛应用于原型制造、定制零件制造等领域。
通过3D打印技术，可以实现复杂结构的制造，减少材料浪费，提高生产效率。
此外，3D打印技术还可以实现快速响应市场需求，为机械工程师提供更多创新的设计思路。
2. 激光切割技术激光切割技术是一种利用激光束对材料进行切割的新工艺。
在机械工程中，激光切割技术已经广泛应用于金属材料和非金属材料的切割加工中。
与传统的机械切割方法相比，激光切割技术具有切割精度高、速度快、自动化程度高等优点。
激光切割技术的应用使得机械工程师能够更好地实现复杂形状的零件制造，提高生产效率。
新型陶瓷刀具在机械工程中的应用
第３ ８卷第 ２期
２０ ０２年 ２ 月
机
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行 了比较 。 由图可 知 ，复合 ｓ ４ ｉ 刀具 的切 削寿命 Ｎ
前言
切削加 工直 接影响 工业 生产 的效率 、成本 和 能 源消耗 新型陶瓷刀具以其优异的性能给机械加工 工 艺带来 革命 性 的变化 。这 些变化如 下 。 （）可 以加工传统 刀具难 以加工或根本加 工不动 １
新型陶瓷刀具在机械工 程 中的应用
苗赫 濯 齐龙浩 曾照强 司文捷
（ 华大学材 料科 学与 工程系 清 北京
仇启 源
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摘要 ：通过硬质颗粒弥散 ．提高了 ｓ 基 和 Ｔ（ Ｎ） 陶瓷的硬度和切削自 力，解决 了一系列超硬难 加工材料 的 Ｉ 基 Ｃ
加工 问鹿 新型陶 瓷刀具在工业泵 、轧 辊、矿 山机槭 、轴承和汽 车等领域中得到 了应用 ．提高了生产 效率，降低 了加工成奉 ．促进 了机槭加工工艺的改革 ，并带来很大的社会经济效益 关键词：切削加 工 陶瓷刀具 Ｓ Ｎ４ ｉ Ｎ ｉ Ｔ（ ） ｇ Ｃ
足够作为刀具使用的，而其硬度有明显的提高。这 对于 要求 耐磨性 好 的切 削 需求是 十分有 利 的 。 图 ２是 Ｓ Ｎ －ｉ Ｎ 系统陶瓷刀具材料的性能 ｉ （ ） ， ＴＣ 剪裁示意图。可 以看到，无论是以 Ｔ Ｃ ） ｉ Ｎ 为基，或 （ 以 ｓ Ｎ 为基 ， ｂ４ 对方的弥散加入总是能使复合陶瓷刀
要比 ｓＮ 刀具长好几倍。 ｉ
的高硬材料， 例如硬度高达 ６￣６ Ｒ 的各类淬硬 ５ ８ Ｃ Ｈ
先进材料在机械工程中的应用研究报告
先进材料在机械工程中的应用研究报告机械工程作为一门应用广泛的学科，其发展与材料科学的进步息息相关。
先进材料的出现为机械工程领域带来了新的机遇和挑战。
本文将对先进材料在机械工程中的应用进行详细探讨。
一、先进材料的概述先进材料是指那些具有优异性能或特殊功能的材料，它们在强度、硬度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等方面往往超越传统材料。
常见的先进材料包括复合材料、纳米材料、高温合金、陶瓷材料等。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成。
例如，碳纤维增强复合材料具有高强度、低密度的特点，在航空航天领域的机械部件中得到了广泛应用。
纳米材料则是指尺寸在纳米量级（1-100 纳米）的材料。
由于其特殊的尺寸效应，纳米材料表现出独特的物理、化学和力学性能，如纳米金属材料的高强度和良好的塑性。
高温合金能够在高温环境下保持良好的力学性能和抗氧化性能，是航空发动机和燃气轮机等高温部件的关键材料。
陶瓷材料具有高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，但脆性较大。
通过改进制备工艺和添加增韧相，陶瓷材料在机械工程中的应用范围不断扩大。
二、先进材料在机械零部件中的应用1、复合材料在机械传动部件中的应用齿轮：碳纤维增强复合材料制成的齿轮具有重量轻、传动效率高、噪声低等优点，适用于对重量和性能要求较高的场合，如汽车变速器。
传动轴：采用复合材料制造的传动轴可以减轻重量，提高转动惯量，改善车辆的动力性能和燃油经济性。
2、纳米材料在机械摩擦副中的应用轴承：纳米级的润滑添加剂可以在轴承表面形成一层保护膜，减小摩擦系数，提高轴承的使用寿命。
活塞环：纳米涂层的活塞环能够降低磨损，提高密封性，减少机油消耗。
3、高温合金在发动机部件中的应用涡轮叶片：高温合金制造的涡轮叶片能够承受高温燃气的冲击和腐蚀，保证发动机的正常工作。
燃烧室：高温合金制成的燃烧室壁能够在高温高压环境下保持稳定的性能。
4、陶瓷材料在刀具和模具中的应用陶瓷刀具：具有高硬度和耐磨性，适用于高速切削加工，能够提高加工效率和加工质量。
工程机械中常用的隔热方法
工程机械中常用的隔热方法工程机械中的隔热方法主要是为了防止机械设备在工作过程中受到高温的影响，保护机械设备的正常运行。
常见的隔热方法包括以下几种：1. 隔热涂层：隔热涂层是一种将具有隔热性能的材料涂覆在机械设备表面的方法。
隔热涂层可以有效地减少传热，降低机械设备表面的温度。
常见的隔热涂层材料包括陶瓷涂层、高温涂层等。
2. 隔热屏障：隔热屏障是一种将具有隔热性能的材料制作成屏障状的结构，用于隔离机械设备和高温环境之间的热流。
隔热屏障可以有效地减少热传导和热辐射，达到隔热的效果。
常见的隔热屏障材料包括陶瓷纤维、石棉等。
3. 隔热罩：隔热罩是一种将具有隔热性能的材料制作成罩状的结构，用于覆盖在机械设备上，起到隔热的作用。
隔热罩可以有效地减少机械设备表面的热传导和热辐射，降低机械设备的温度。
常见的隔热罩材料包括陶瓷纤维、石棉等。
4. 隔热隔音材料：隔热隔音材料是一种具有隔热和隔音性能的材料，可以应用于机械设备的隔热层。
隔热隔音材料可以有效地减少热传导和噪音传播，提高机械设备的工作环境。
常见的隔热隔音材料包括岩棉、硅酸盐等。
5. 隔热填充物：隔热填充物是一种将具有隔热性能的材料填充到机械设备内部的空腔中，起到隔热的作用。
隔热填充物可以有效地减少热传导和热辐射，降低机械设备的温度。
常见的隔热填充物包括岩棉、泡沫塑料等。
6. 隔热隔烟屏：隔热隔烟屏是一种将具有隔热和隔烟性能的材料制作成屏状的结构，用于隔离机械设备和高温环境之间的热流和烟雾。
隔热隔烟屏可以有效地减少热传导、热辐射和烟雾传播，保护机械设备的正常运行。
常见的隔热隔烟屏材料包括岩棉、硅酸盐等。
7. 隔热板材：隔热板材是一种具有隔热性能的板状材料，可以应用于机械设备的隔热层。
隔热板材可以有效地减少热传导和热辐射，降低机械设备的温度。
常见的隔热板材包括矿渣棉板、硅酸钙板等。
以上是工程机械中常用的隔热方法，通过采用这些方法可以有效地降低机械设备的温度，保护设备的正常运行。
功能化陶瓷涂层在机械工程中的应用及发展趋势
功能化陶瓷涂层在机械工程中的应用及发展趋势引言：随着科技的不断发展，机械工程领域对材料的要求也越来越高。
纳米材料的应用为机械工程带来了巨大的创新和发展机会。
功能化陶瓷涂层作为一种纳米材料的应用，不仅在表面硬度和耐磨性方面具有优势，还可以提供更多功能性特征。
本文将介绍功能化陶瓷涂层在机械工程中的应用，并探讨其发展趋势。
一、功能化陶瓷涂层的概述功能化陶瓷涂层是一种在金属表面上制备的陶瓷涂层，其主要成分为陶瓷颗粒和粉末。
功能化陶瓷涂层在机械工程中具有优异的性能，如高硬度、耐磨性、耐高温等。
它们可以应用于各种机械零件和工具，增加其使用寿命和性能。
二、功能化陶瓷涂层在机械工程中的应用1.增强材料的硬度和耐磨性：功能化陶瓷涂层可以在金属表面形成一层陶瓷涂层，提高材料的硬度和耐磨性。
这使得机械零件在摩擦和磨损环境下更加耐用，并减少维护和更换成本。
2.降低摩擦系数和磨损：功能化陶瓷涂层可以减少金属之间的摩擦系数，降低能量损耗，并延长机械零件的使用寿命。
在高速运动部件和复杂传动系统中的应用，功能化陶瓷涂层也能够有效减少磨损。
3.提供热稳定性和耐蚀性：功能化陶瓷涂层具有良好的热稳定性和耐蚀性，因此可以在高温和腐蚀环境中得到应用。
例如，在航空航天领域中，功能化陶瓷涂层能够提供绝缘和耐热功能，保护机械零件免受腐蚀和高温破坏。
4.提高材料的粘附性和质量：功能化陶瓷涂层能够在金属表面形成致密的结构，提高涂层与基材的粘附性。
这将增加机械零件的质量和可靠性，并提高工作效能。
三、功能化陶瓷涂层的发展趋势1.多功能化陶瓷涂层的研发：随着技术的不断进步，未来的功能化陶瓷涂层将不仅仅具备硬度和耐磨性等基本特性，还能提供更多的功能性特征。
例如，目前研究人员正在探索具有自润滑、自修复和智能感应功能等多功能化陶瓷涂层的应用。
2.纳米技术的应用：纳米技术对功能化陶瓷涂层的应用具有巨大的潜力。
通过精确控制纳米颗粒的尺寸和组成，可以改变涂层的性能和功能特征。
机械设计基础学习机械工程材料的选择与应用
机械设计基础学习机械工程材料的选择与应用机械设计是机械工程学科的核心领域之一，它涉及到机械元件的设计、制造与应用。
而在机械设计的过程中，材料的选择与应用是至关重要的因素之一。
本文将探讨机械设计中常用的工程材料以及它们的特点与应用。
一、金属材料金属材料是机械设计中最常用的材料之一。
常见的金属材料包括钢、铁、铝、铜等。
钢具有高强度、刚性和耐磨性的特点，广泛应用于制造机械零件和结构件。
铝材轻巧、导热性好，常用于制造轻型机械零件和外壳。
铜材具有良好的导电性和导热性，适用于电子元器件的制造。
在选择金属材料时，需要考虑其强度、耐腐蚀性、导电性等特性，以及成本和可加工性等因素。
二、合成材料合成材料是指由两种或两种以上的材料组合而成的材料。
常见的合成材料有复合材料、聚合材料、陶瓷复合材料等。
复合材料由纤维和基质组成，具有高强度、高刚度和低密度的特点，在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
聚合材料如塑料、橡胶等具有良好的抗腐蚀性和绝缘性能，常用于制造密封件和电气元件。
陶瓷复合材料具有高温耐磨性和绝缘性能，适用于高温和腐蚀环境下的应用。
三、非金属材料非金属材料包括塑料、橡胶、玻璃等。
塑料具有良好的韧性和绝缘性能，广泛应用于电器、家具等领域。
橡胶具有良好的弹性和耐磨性，适用于制造密封件和减震器等。
玻璃具有透明的特性，适用于制造光学元件和仪器。
四、选材原则在机械设计中，选材的原则是根据机械零件所处的工作环境和工作要求来选择合适的材料。
首先，要考虑材料的强度和刚度，以保证机械零件在工作负荷下不发生变形和破坏。
其次，要考虑材料的耐磨性和耐腐蚀性，以延长机械零件的使用寿命。
同时，还需考虑材料的导热性、导电性和绝缘性能，以满足特定工作要求。
最后，成本和可加工性也是选材的考虑因素之一。
五、材料应用案例1. 在汽车制造领域，使用高强度的钢材制造车身和车架，以提高碰撞安全性能。
2. 在飞机制造领域，使用复合材料制造机翼和机身，以提高飞机的轻量化和燃油效率。
机械工程中常用的材料及其特性分析
机械工程中常用的材料及其特性分析机械工程是应用物理学和材料科学的领域，其中涉及到广泛的材料选择。
在机械工程中，材料的选择和使用对于提高产品性能和延长寿命至关重要。
本文将分析机械工程中常用的几种材料及其特性。
1. 金属材料金属材料是机械工程中最常见的材料之一。
金属具有良好的导电性、热传导性和可塑性。
常用的金属材料包括钢、铝、铜和铁等。
- 钢：钢具有强度高、硬度大的特点，同时具有较好的塑性。
它被广泛应用于制造机械零件和结构件。
- 铝：铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造轻型结构和航空航天器件。
- 铜：铜具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子设备和导线等领域。
- 铁：铁是常见的结构材料，具有良好的韧性和可塑性。
2. 塑料材料塑料是一种具有可塑性、耐腐蚀性和绝缘性的高分子化合物。
它们在机械工程领域中得到了广泛应用。
- 聚乙烯（PE）：聚乙烯具有较高的强度和良好的耐化学性，常用于制造管道、储罐和塑料零件等。
- 聚丙烯（PP）：聚丙烯是一种具有良好耐腐蚀性和高韧性的材料，常用于汽车零部件和容器等领域。
- 聚氯乙烯（PVC）：聚氯乙烯是一种广泛使用的塑料材料，它具有优异的耐化学性和电绝缘性能，常用于制造管道、电线等。
- 聚苯乙烯（PS）：聚苯乙烯具有低成本、良好的耐冲击性和绝缘性能，在包装和电子器件等领域有广泛应用。
3. 纤维材料纤维材料是由纤维形状的颗粒组成的材料，常用于机械工程领域的结构件和强度要求较高的零件。
- 碳纤维：碳纤维具有极高的强度和刚度，同时重量很轻，被广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
- 玻璃纤维：玻璃纤维具有优异的强度、耐腐蚀性和绝缘性能，在船舶、风力发电和建筑等领域有广泛应用。
- 聚酰胺纤维（ARAMID）：聚酰胺纤维具有很高的强度和耐热性，广泛用于防弹材料、绳索和高温隔热材料等。
4. 陶瓷材料陶瓷材料是一类脆性材料，具有良好的耐磨、耐高温和绝缘性能。
在机械工程中，陶瓷材料主要用于制造轴承、绝缘体和切削工具等。
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技术讲座陶瓷材料在机械工程中的应用郭春丽(河北理工大学机械学院唐山063009)1用陶瓷材料制造切削刀具在金属材料机械加工中,切削加工是最基本、最可靠的精密加工手段,刀具材料的性能对切削加工效率、精度、表面质量、刀具寿命有着决定性的影响。
在现代切削加工中,陶瓷刀具材料以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性,在高速切削领域和切削难加工材料方面扮演着越来越重要的角色。
陶瓷刀具材料主要包括氧化铝、氮化硅及赛隆系列。
其他陶瓷材料,例如氧化锆、硼化钛陶瓷等作为刀具材料也有使用。
1.1氧化铝系列纯的氧化铝陶瓷含Al2O399%以上,强度低,抗热震性及断裂韧性较差,切削时易崩刃,故没有广泛使用。
碳化物、氮化物和硼化物材料具有很高的强度和硬度,可以作为Al2O3陶瓷中的增强相。
这类物质包括TiC、TiN、TiB2、Ti(CN)、WC、ZrC等。
采用重复热压工艺制备Al2O3-Ti(C N)刀具材料,抗弯强度可达820 MPa,断裂韧性7.4MPa#m1P2,维氏硬度20.4GPa。
切削试验表明:此种材料适合连续切削铸铁和硬化钢,尤其适合间歇切削硬化钢。
晶须是一种广泛使用的增强增韧陶瓷材料,增强Al2O3使用的主要是SiC、Si3N4晶须。
SiC晶须在Al2O3基体中起加强棒的作用,并使应力在基体内分散。
这种陶瓷刀具断裂韧性、强度和硬度都比较高,非常适合加工镍基耐热合金及较低的切削速度加工各种铸铁和非金属脆性材料。
Si3N4晶须加入到Al2O3基体中可以提高陶瓷的抗热冲击性,适合切削镍铬铁耐热合金材料。
氧化锆相变增韧是一种广泛使用的增韧工艺。
在Al2O3材料中加入15%部分稳定的氧化锆,1550e真空烧结2h,制备出ZrO2-Al2O3复合材料,断裂韧性8.2MPa#m1P2,抗弯强度可达884MPa。
这类陶瓷刀具具有较好的韧性和抗热冲击性,但耐磨性较差,主要用于铸铁和合金的粗加工。
1.2氮化硅系列氮化硅材料是在氧化铝材料以后出现的一种刀具材料。
它比氧化铝材料的强度和断裂韧性高,其抗弯强度一般可达900~1000MPa,断裂韧性5~7MPa# m1P2,硬度91~93HRA,耐热性可达1300~1400e,不易产生裂纹,可以获得稳定的使用寿命。
采用热压自增韧的方法可以进一步提高氮化硅陶瓷的强度和韧性,即控制烧结过程,使一部分氮化硅晶粒发育成具有较大长径比的棒状晶粒(晶粒的长径比可达3~8),从而获得类似于晶须增韧的效果,断裂韧性可达10.02MPa#m1P2。
这种自增韧陶瓷刀具是一种适合切削冷硬铸铁和淬硬钢的刀具材料,特别适合于断续切削。
在氮化硅基体中添加适量金属碳化物等复合强化剂,利用复合强化效应制成的氮化硅复合陶瓷,其性能比热压氮化硅陶瓷优越得多。
在Si3N4中添加Al2O3、Y2O3、TiC、TiN和MgO等成分,可以采用冷压烧结而降低成本。
B-赛隆就是在Si3N4中加入Al2O3烧结而成,兼有Al2O3和Si3N4的特性,其热硬性比硬质合金和Al2O3都高,刀尖温度高于1000e时仍可高速切削。
其最大特点是可提高切削速度,加大进给量,提高金属切削率,延长刀具寿命。
纳米材料是近年来研究的热点,广泛应用到材料#45#2005.No.12陶瓷科学的各个方面。
以Si-C-N纳米微粉为增强相,以Si3N4为基体,Y2O3、La2O3为烧结助剂,采用热压法制备了SiC p-Si3N4纳米复相陶瓷。
其室温、高温力学性能比氮化硅单相陶瓷有较大提高,断裂韧性分别为11.78MPa#m1P2和14.69MPa#m1P2(温度1350e),抗弯强度分别为934MPa和696MPa(温度1350e)。
1.3Sialon(赛隆)系列Sialon是氧化铝和氮化硅的固溶体,其生产工艺一般是热压烧结。
Sialon陶瓷具有A、B两种晶体结构, B-Sialon具有较高的断裂韧性,而A-Sialon具有较高的硬度。
目前有两种制备自增韧A-Sialon陶瓷的方法:¹通过控制成核过程的热力学特点,在烧结体内原位生长出长柱状A-Sialon晶粒以得到自增韧A-Sia-lon陶瓷。
º采用燃烧合成工艺,制备单相柱状A-Sialon粉体,将此粉体按照适当比例添加到原料中制备自增韧A-Sialon陶瓷。
Sialon陶瓷刀具抗弯强度可达到1050~1450 MPa,硬度HRA94,断裂韧性也是几种陶瓷刀具中最高的,冲击强度远胜于一般陶瓷刀具(3~4倍)而接近于涂层金属陶瓷刀具。
Sialon陶瓷具有良好的抗热冲击性能,与Si3N4陶瓷刀具相比,Sialon陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力强,耐热温度达1300 e以上,且具有较好的抗塑性变形能力。
Sialon陶瓷刀具适合于高速切削、强力切削、断续切削;不仅适合于干切削,也适合于湿切削。
Sialon陶瓷可成功地用于铸铁、镍基合金、钛基合金和硅铝合金的加工。
因其与钢的化学亲和力大,Sialon陶瓷刀具不适合加工钢材。
2用陶瓷材料制造轴承传统的轴承多采用金属制成,以油作为润滑介质。
但在使用中有许多缺点,如不适用于高温、高速、有化学腐蚀的场合,油润滑易泄漏污染环境等。
采用陶瓷材料制造轴承可以弥补金属轴承的不足。
Si3N4以其优良的性能成为制造陶瓷滚动轴承的首选材料,已经在高速车床、航空航天发动机、化工机械和设备等许多领域得到了应用。
例如,美国的诺顿公司已将Si3N4陶瓷轴承应用在航天飞机的液压泵上,比钢轴承减重60%,提高轴承运转速度50%~ 100%,而且在运转时可以少用或不用润滑油。
美国宇航工业使用的陶瓷轴承使用温度已达800e。
德国的KGM工厂制造的Si3N4轴承使用的领域包括高温、水、酸、硫介质、水下作业、饮料工业、酸处理工厂、化工医药设备以及印染、渔业设备。
实践证明,陶瓷作为一种滚动轴承材料使用是成功的。
用于制造滑动轴承(水润滑)的陶瓷材料主要有氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷两大类。
氧化物陶瓷主要包括氧化铝、氧化锆等;非氧化物陶瓷则主要包括碳化物和氮化物等。
试验表明:非氧化物陶瓷的抗磨损性能更好,其中以Sialon和Si3N4综合性能最佳。
Mo2FeB2是新研制成功的陶瓷滑动轴承材料,具有良好的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性和与钢良好的可焊性,可广泛用于各类滑动轴承。
陶瓷轴承有如下优点:1)高速:陶瓷的重量仅为同体积钢重量的40%,这样就能减少离心载荷与打滑,使陶瓷轴承比传统轴承转速提高20%~40%。
2)长寿命:陶瓷材料的硬度比钢的硬度高得多,硬度高能减少磨损。
此外陶瓷还具有较高的抗压强度,根据特定材料和试验类型,大约是钢的5~7倍。
当轴承中有杂质时,陶瓷轴承很少产生剥落失效,因此陶瓷轴承通常具有更长的使用寿命。
3)低发热:陶瓷的摩擦系数大约为钢的30%,因此陶瓷轴承产生的热量较少,这样可延长轴承的寿命。
4)低热膨胀:氮化硅的热膨胀大约是钢的20%,故有益于在温度变化大的环境中使用。
但是其轴和轴承座选择钢材时,必须采取相应措施以适应其配合度。
5)耐腐蚀:陶瓷材料不活泼的化学特性使陶瓷轴承具有优良的耐腐蚀性。
6)绝缘:陶瓷材料不导电,可使轴承及轴承座免遭电弧损伤。
7)耐高温:陶瓷轴承允许的工作温度为1090e,陶瓷材料即使在高温下强度和硬度也不会降低,所以对用在高温环境中的轴承来说,该材料是非常有利的。
3用陶瓷材料作其他产品3.1用陶瓷材料制作铸型)))陶瓷型#46#陶瓷2005.No.12陶瓷型铸造是以陶瓷作为铸型材料的一种铸造方法,铸出的铸件精度和表面质量均优,可以不经切削或只进行很少的切削加工,属于一种精密铸造方法。
制作金属型的基本原理:以耐火度高、热膨胀系数小的耐火材料作为骨料,用经过水解的硅酸乙酯作为粘结剂配制成陶瓷浆料,在催化剂的作用下,经过注浆、结胶、硬化、脱模、喷烧和焙烧等工序制成表面光洁、尺寸精度高的陶瓷铸型。
陶瓷型铸造广泛用于模具的制造,如锻模、冲模、压铸模、玻璃器皿模等。
与机加工模具相比成本降低20%~40%,制造周期缩短50%~80%。
如上海桑塔纳轿车汽缸盖模具,采用陶瓷型精铸H13钢模具,表面粗糙度Ra值为6.3~12.5 L m,尺寸精度达到0.35 P100 ,可满足生产要求,替代进口模具,制造成本仅为进口模具的25%。
3.2用陶瓷材料制作喷砂嘴陶瓷材料硬度高、耐磨性好,代替铸铁、钢、硬质合金将其制成喷砂嘴,与各种干式或湿式喷砂、喷丸机配套使用。
以压缩空气或磨液泵为动力,通过喷枪、喷砂嘴将磨料高速喷射到零件表面,达到表面处理的目的(表面强化和表面改性、表面清理、表面喷磨料切割等)。
一种新型的陶瓷喷砂嘴的制备工艺是:B4C粉和(W,Ti)C粉按一定比例混合,以乙醇作为介质,经150 h的强化球磨,使平均粒径达0.8L m以下,再经热压烧结成形。
力学性能试验和冲蚀磨损试验表明:随(W, Ti)C含量的增加,陶瓷喷砂嘴材料的致密度显著增加,晶粒显著细化,抗弯强度和断裂韧性大大提高。
3.3泡沫陶瓷过滤器泡沫陶瓷是一种气孔率为70%~90%、体积密度为0.3~0.6g P 、具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构的多孔陶瓷制品,除具有耐高温、耐腐蚀等一般陶瓷所具有的性能外,还具有密度小、气孔率高、比表面积大、对流体自扰性强等特点,因而被成功用于熔融金属过滤,显著提高铸件质量,降低废品率。
目前已研制出多种材质(如Al2O3、ZrO2、SiC、Si N等)适合不同用途的泡沫过滤器。
铝合金、铜合金在熔化形成铸件过程中容易吸收气体和混入非金属夹杂物,从而降低铸件的使用性能和加工性能。
因此采用过滤器滤除金属液中的杂质。
铝合金、铜合金铸件通常选用堇青石质泡沫陶瓷过滤片,滤片网眼尺寸0.8~1.2 。
可以使铸件的废品率从原来的30%~40%降到3%~4%。
泡沫陶瓷过滤器同样适合于球磨铸铁、合金钢、不锈钢等高温合金的铸造过滤。
钢铁材料比重较大、熔点高,对泡沫陶瓷的高温强度、软化温度以及抗热冲击性能要求比较高,通常选用氧化铝或碳化硅材质的泡沫陶瓷过滤片,滤片网眼尺寸2~3 。
3.4陶瓷泵结构陶瓷具有优异的耐磨、耐腐蚀性能,用其制成陶瓷泵输送含有颗粒的流体、强腐蚀性流体或高纯流体,显示出比金属材料更为优异的性能。
现已开发的新型陶瓷泵有:磁性驱动离心泵、卧式离心泵、液环真空泵、双螺杆泵和齿轮泵等。
一般在接触流体的关键部件(如叶轮、轴套、外壳、端盖等)使用陶瓷材料。
所用材料有氧化锆、氮化硅、氧化铝等。
结构陶瓷泵的使用寿命一般较长,如氮化硅陶瓷双螺杆泵使用寿命为现有泵的10倍。
3.5其他异形产品有些加工机械中高速运转的零部件采用塑料、化纤、橡胶等制成,这些零部件易受磨损、受助剂和加工时降解物的腐蚀,用结构陶瓷零件替代正好可以弥补这一不足。