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閥門廣泛地應用在現代工業的各個領域。但是在一些復雜、惡劣甚至極端的環境和場合,傳統金屬閥門已無法突破其材料上的極限,不能適應特殊工況的設計要求。因此,將新型陶瓷材料引入傳統閥門行業是必然的選擇。新型陶瓷又稱陶瓷、精細陶瓷等,包括結構(或工程)陶瓷和功能陶瓷兩大類,由于不同的化學組分和晶相結構,使其具有不同的特殊性質和功能,如高強、超硬、耐溫、耐腐、絕緣及各種電、磁、光和生物相容性等,可以廣泛用于機械、電子、化工、冶金、電力、醫藥、航空航天等各個方面,成為近代科學技術的重要組成部分。2?特點20世紀80年代,新型陶瓷材料的研究開發隨著工業技術的發展,形成了一股熱潮,新型特種結構陶瓷材料也由此在工業領域開始了大規模的應用。目前,各類工程陶瓷材料在世界上一些發達地區已形成了廣泛和穩定增長的市場。(1)氧化鋁較早進入傳統閥門行業的是以氧化鋁(Al2O3)為主體的陶瓷材料,其硬度達到92HRA,抗彎強度350MPa,雖然脆性較大,但成型、燒結性能較好、成品率高。由于受自身強度和脆性的限制,除在一些對強度要求不高的場合(例如水龍頭閥芯等)可用Al2O3直接制成整體閥瓣以外,在嚴酷的工業環境下,一般多通過鑲嵌、粘結等方式將Al2O3瓷件附于金屬表面,既利用金屬作為支撐骨架以解決其脆性大、強度低的不足,同時又發揮其超高的硬度對金屬材料起到保護作用。目前,采用此方式生產的主要是閘閥,適用于溫度不高、無腐蝕工況下磨損、沖刷嚴重的場合,以延長和提高閥門的使用壽命。金屬表面進行陶瓷熱噴涂也一直是被寄予厚望的解決方案,但受制于金屬與陶瓷材料極性的不相容,一直沒有解決好涂層的強度低、易剝落、熱脹冷縮一致性差的問題,在閥門行業尚未開始成熟地應用。在閥門行業特別是控制閥中占主導地位的是球閥和蝶閥。受結構和形狀的限制,在設計和制造陶瓷球閥和蝶閥時不宜采用Al2O3常用的鑲嵌、粘結等方式,目前可行和可靠的方法是采用整體實芯式陶瓷結構來制備全陶瓷閥門。經過等靜壓成型、熱壓燒結等工藝處理,陶瓷制品內在缺陷大為減少,整體強度和可靠性得到很大的提高。(2)氧化鋯，目前,陶瓷球閥、蝶閥主要材料都是使用氧化鋯(ZrO2)陶瓷。氧化鋯陶瓷與其他陶瓷材料相比,具有更突出的優良特性。穩定的化學性質,能經受現有大多數腐蝕性介質的侵蝕。較高的強度,硬度達到87HRA,抗彎強度\1150MPa,斷裂韌性高達35MPa#m1/2。良好的可加工性,可實現超凈加工,以此可極大地降低陶瓷閥門的開啟扭矩。?與金屬材料相近的膨脹系數,可實現在各種溫度環境下和金屬材料配合的同步。?極好的抗熱震性能,vT(e)\250。(3)整體式?作為特種閥門領域里的新品種,陶瓷閥門的發展除了要與市場需求同步外,還必須要以過硬的品質接受市場的檢驗,這要求生產廠家必須具備很高的材料技術和陶瓷加工技術。整體式陶瓷閥門制造技術要求非常高,并存在一定的難點。陶瓷內在缺陷的不可測性。陶瓷材料目前尚無法象金屬材料那樣進行準確的內在質量檢測,這是一項世界性的難題。這要求生產廠家必須要有穩定和嫻熟的、從陶瓷制粉到壓制成型、燒結及加工等全面的生產技術和裝備,并具備嚴密和完善的質量控制體系,以幅度減少缺陷概率,提升產品的可靠性。氧化鋯陶瓷難于成型,燒結的收縮率較大,特別是V形球閥、蝶閥等復雜形狀的陶瓷零件,極易在這些過程中形成缺陷并影響產品的質量,因此在結構設計方面要突破傳統金屬閥門的思維方式,必須盡量避免設計成直角或尖角等容易產生應力的結構,壁厚也要盡可能大而且均勻。陶瓷的硬度高,屬超硬材料,加工手段少、難度大。對于開關型和調節型陶瓷閥門來說,必須要確保陶瓷件的尺寸公差、形位公差和配合精度,才能有效提高閥門的密封性以及零配件的互換和配套能力。3?現狀由于制備全陶瓷閥門對生產廠家的技術水平和裝備水平要求很高,一直以來,世界上僅有少數幾個可以生產此類全陶瓷閥門,其產品占領絕大部分的市場。