據(jù)統(tǒng)計，摩擦約消耗掉全世界1/3的一次性能源，約有80%的機器零部件都是因為磨損而失效的。機械零部件的磨損失效與摩擦副材料的選用和使用工況密切相關(guān)。一般將在摩擦磨損條件下使用，其磨損量小的材料稱為耐磨材料；將具有摩擦系數(shù)小的材料稱為減摩材料；具有摩擦系數(shù)大的材料稱為摩阻材料。針對不同的工況和機械零部件所要求的摩擦磨損性能，正確選擇和使用合適的材料是非常重要的。如在高沖擊環(huán)境下使用的耐磨材料一般選用高錳鋼比較合適，但在小沖擊載荷環(huán)境中，選用高錳鋼就發(fā)揮不出高錳鋼形變硬化的優(yōu)勢，而選用高鉻鑄鐵則更為合適。此外，不管是減摩材料還是摩阻材料也都希望其同時具有良好的耐磨性能。材料具有好的耐磨性能不僅可延長機械零部件的使用壽命，減少零部件的更換及工人的勞動強度，而且可以節(jié)省能源和材料資源。所以，針對不同工況和機械零部件性能要求，正確選擇耐磨材料在提高機械設備性能、節(jié)約能源等方面具有重要意義。

耐磨陶瓷及應用案例舉例

氧化鋯研磨桶（華創(chuàng)精細陶瓷）

上一篇帖子分享了粉體工程的耐磨陶瓷應用案例，本篇來整理一下的耐磨陶瓷種類有哪些~

耐磨材料種類有哪些？

耐磨材料的種類很多，按照材料的化學構(gòu)成可將其分為金屬耐磨材料、陶瓷耐磨材料、聚合物耐磨材料和耐磨復合材料；按照材料結(jié)構(gòu)可以分為整體耐磨材料和表面耐磨材料；按照耐磨材料的使用溫度不同可分為常溫耐磨材料和高溫耐磨材料。

①金屬材料。金屬材料又可分為耐磨鋼和耐磨鑄鐵。常用的有耐磨合金鋼、高錳鋼、軸承鋼和工具鋼等。除高錳鋼是靠形變硬化提高耐磨性以外，其他耐磨鋼主要是通過加入碳化物形成元素，與碳形成碳化物來提高鋼的硬度和鋼的耐磨性。目前，耐磨鋼的發(fā)展趨勢是微合金化（如加入B、Ti、Nb、V等）強化、稀土改性和復合化強化，這些微量元素在鋼中形成化合物，如在鋼中加入B等微量元素形成硼化物，加入Ti、Nb、V等形成高硬度碳化物提高鋼的耐磨性。在鑄造過程中加入WC和AlO。等顆粒強化鋼基體形成鋼基復合材料。

②陶瓷材料。用作耐磨陶瓷的材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等，典型的耐磨陶瓷有氧化鋁、碳化硅、氮化硅等。陶瓷材料很脆，因此耐磨陶瓷材料的增韌是研究的主攻方向。硬質(zhì)合金也稱為金屬陶瓷，是WC或TiC顆粒增強Co基合金，常用作刀具、磨具等要求非常耐磨的部件。

③聚合物耐磨材料。聚合物耐磨材料主要有尼龍、聚氨酯、環(huán)氧樹脂和橡膠等。聚合物材料的不足是硬度低和使用溫度低，因此常用陶瓷顆粒或纖維進行強化以提高其強度和耐磨性。

為經(jīng)濟目的，現(xiàn)代企業(yè)通常采用高速工藝技術(shù)，工廠的效率是由下列參數(shù)決定的∶裝備特性和耐用性；投資成本、運行成本、維護和維修費用，其中最重要的是生產(chǎn)中安全可靠，和減少維修。所以，減少高速運行設備的磨損和腐蝕是非常重要的。由于陶瓷材料杰出的特性，采用陶瓷能解決許多應用中所要求的耐磨和耐腐蝕的問題。與金屬材料和聚合物相比，陶瓷具有較好的耐磨性能、耐腐蝕性和絕熱性。

常見的耐磨陶瓷種類？

一、氧化物陶瓷

1、氧化鋁陶瓷

氧化鋁陶瓷通常是指以α-氧化鋁為主晶相的陶瓷材料。根據(jù)氧化鋁含量的不同，有75瓷、85瓷、90瓷、95瓷和99瓷等牌號。以α-氧化鋁為主晶相的陶瓷材料具有很高的硬度和機械強度，良好的抗磨性，熱導性，耐電強度和絕緣電阻高，介質(zhì)損耗小，電性能隨溫度和頻率的變化較穩(wěn)定等優(yōu)良性能，而且制造方便，表面均勻平整，被廣泛用作電絕緣材料。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的Al₂O₃晶體結(jié)構(gòu)有十余種，但主要的有三種，在1300℃以上的溫度時其它晶相幾乎完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al₂O₃。

氧化鋁陶瓷材料由于來源廣，價格便宜，抗磨性好，所以在工業(yè)中得到的應用最廣。研究表明，95%Al2O3陶瓷材料的抗沖蝕磨損性能為高鉻鑄鐵（Cr15Mo3）的5倍多。對于摩擦磨損，氧化鋁含量較低時，氧化鋁含量對氧化鋁陶瓷的耐磨性產(chǎn)生影響，隨Al2O3含量提高，其耐磨性提高，并且在濕磨時效果更顯著。

氧化鋁球磨機耐磨襯磚及研磨介質(zhì)

氧化鋁陶瓷氣流分級輪（左，蘇州珂瑪）

2、氧化鋯陶瓷

氧化鋯研磨介質(zhì)的密度高（氧化鋁球比重約3.6g/cm3，氧化鋯球比重約6.0g/cm3），強度和韌性很高，因此具有優(yōu)異的耐磨性和非常高的研磨效率，并可防止物料污染，特別適用于濕法研磨和分散的場合，目前己廣泛應用于陶瓷、磁性材料、涂料、油墨、醫(yī)藥食品等工業(yè)領(lǐng)域。例如：高級汽車漆、手機漆、噴墨油墨、高級化妝品等。氧化鋯研磨珠憑借其高比重(氧化鋁球比重約3.6g/cm3，氧化鋯球比重約6.0g/cm3)、韌性大、優(yōu)異的耐磨損性，逐步成為目前市面上使用最廣泛的研磨介質(zhì)。

鈰穩(wěn)定氧化鋯研磨珠（來源：廣州柏勵司研磨介質(zhì)）

在粉體工程中，氧化鋯除了作為研磨介質(zhì)，其另外一個重要應用便是作為砂磨機的配件關(guān)于砂磨機大家都不陌生，它的任務就是研磨。一臺優(yōu)秀的砂磨機，需要具備研磨效率高，設備性能穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)勢。為了確保這些優(yōu)勢，就得對其配件提出要求：一，具有耐磨的性能，即研磨時磨損率低，不會對研磨產(chǎn)品造成嚴重污染；二，硬度夠大，才能確保研磨的高效性。而在陶瓷件中，氧化鋯是目前適用范圍比較廣的，也是應用在砂磨機內(nèi)最成熟的陶瓷配件。在目前工藝較為成熟的四大金剛材料，氧化鋯、氧化鋁、碳化硅、氮化硅中，氧化鋯的韌性最佳，在高速旋轉(zhuǎn)的砂磨機中，作為轉(zhuǎn)子優(yōu)勢更加明顯。因為高速旋轉(zhuǎn)的過程，轉(zhuǎn)子和物料進行的接觸磨削過程中，很容易導致陶瓷件出現(xiàn)裂紋，久而久之會致使陶瓷件斷裂，唯有氧化鋯陶瓷能夠滿足這種特殊使用工況的使用韌性，陶瓷轉(zhuǎn)子的應用滿足了許多無鐵磁污染、高純超細粉體的制備與應用需求。

耐磨抗揍的氧化鋯砂磨機零件

3、氧化鋯氧化鋁鋁復相陶瓷

氧化鋁瓷球因其硬度高，化學性質(zhì)穩(wěn)定，價格適宜，受到廣泛應用；氧化鋯研磨球因其比重大，韌性好，也受到諸多市場的應用，但Al₂O₃陶瓷的脆性問題嚴重阻礙氧化鋁陶瓷的應用和發(fā)展，近年來研究者們試圖通過添加第二相來改善氧化鋁陶瓷的力學性能。

氧化鋁硬度高，氧化鋯韌性好。兩種材料形成高強高韌的優(yōu)良復合材料，應用更加廣泛。ZTA陶瓷在常溫下具有較高的抗彎強度和斷裂韌性，因此氧化鋯增韌陶瓷具有優(yōu)良的耐磨性。這種復合陶瓷材料既顯現(xiàn)出氧化鋯陶瓷高韌性和高強度的特性，又保留了氧化鋁陶瓷高硬度的優(yōu)點，而且隨著這種綜合力學性能的提高，其耐磨性也得到了較大的改善，兩種材料的具體配比可根據(jù)用戶的實際使用要求進行調(diào)整。氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷性能優(yōu)于99氧化鋁陶瓷，價格低于氧化鋯陶瓷。鋯鋁陶瓷研磨體/耐磨襯片引入微量元素鋯改性增韌，利用相變增韌，形成多晶結(jié)構(gòu)，強度和韌性提高，耐磨性好，使陶瓷研磨體/耐磨襯片的抗沖擊韌性能力大幅度提高。

鋯鋁復合研磨介質(zhì)（右）淄博啟明星

二、碳化物陶瓷

碳化物陶瓷由于自身具有高硬度、高強度以及高耐磨性等特點，因而廣泛的應用于耐腐蝕、耐磨損的高溫環(huán)境中，常見的有碳化硅、碳化硼等高耐磨陶瓷。

1、碳化硅陶瓷

碳化硅陶瓷以其優(yōu)異的性能廣泛應用于國防、機械、冶金、電子等工業(yè)領(lǐng)域。在眾多的陶瓷材料中，碳化硅由于其硬度高、耐高溫、熱穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)低以及優(yōu)良的熱傳導性能，一直是材料科學研究的熱點。碳化硅相比氧化鋯應用于砂磨機研磨筒，至少有散熱快，成本低，更耐磨等幾個優(yōu)勢。散熱快的優(yōu)勢，可以防止物料在研磨體內(nèi)因溫度過高發(fā)生團聚，從而提高研磨效率。在耐磨方面，碳化硅有出色的表現(xiàn)，但其也有韌性不足，容易碎裂的缺點，要做成大桶是相當不容易的。

散熱好又耐磨的砂磨機研磨內(nèi)桶-直徑800mm碳化硅研磨陶瓷

2、碳化硼

熱壓碳化硼、屬非金屬難熔化合物，是人造磨料中最硬的物質(zhì)之一，熱壓制品有很高的耐磨能力，灰黑色有光澤。碳化硼陶瓷具有良好的耐磨性能，因此在耐磨領(lǐng)域具有重要應用，應用碳化硼陶瓷制作的噴嘴，在嚴酷條件下具有較長的使用壽命，遠高于氧化鋁、碳化鎢等材料制作的噴嘴。

在粉體工程單元操作中，用離心式噴霧干燥器制取陶瓷粉料，具有污染小、 干燥速度快、 含水量均勻、 顆粒粒度分布狹窄、 粉體流動性好等優(yōu)點，但很多陶瓷粉硬度較高，對高速旋轉(zhuǎn)的離心噴頭磨損嚴重，使用碳化硼可以有效提升噴頭的使用壽命。

超耐磨的碳化硼噴頭

三、氮化物陶瓷

1、氮化硅陶瓷

氮化硅陶瓷比重小，熱膨脹系數(shù)低，抗熱沖擊性好，斷裂韌性高，在航天航空、汽車發(fā)動、機械、化工等領(lǐng)域都有著廣泛的用途，尤其是作為新型高溫結(jié)構(gòu)材料更是優(yōu)勢明顯。

在粉體工程領(lǐng)域，氮化硅氣流粉碎機分級輪的密度為3.2g/m，自身本體重量是金屬材質(zhì)的2/3。氮化硅分級輪的最大的使用特點是防止金屬污染，另外比重比氧化鋯陶瓷小40%，不但也可以大大降低電機能耗，也對電機要求小，在現(xiàn)有電機下可以實現(xiàn)超頻，以得到粒徑更細的顆粒。

輕量耐磨的氮化硅陶瓷分級輪(新疆新特能源)

氮化硅作為一種新型的磨介在進入工業(yè)應用領(lǐng)域，憑借著極低的磨損率及優(yōu)異的力學性能等，備受關(guān)注，盡管受限于氮化硅的成本及加工水平等原因，氮化硅的應用并沒有那么廣泛，而且氮化硅比重比較小并不利于高效研磨，但研磨介質(zhì)的使用的低磨損量要求來說，氮化硅還是一個及其有潛力的研磨材料。

用了十年的氮化硅磨介，磨損量只有一丟丟

（廣州石潮特種陶瓷用過的研磨介質(zhì)）

2、氮化鋁

氮化鋁陶瓷擁有高硬度和高溫強度性能，可用作切割工具、砂輪和拉絲模以及制造工具材料、金屬陶瓷材料的原料。還具有優(yōu)良的耐磨損性能，可用作耐磨損零件，但由于造價高，只能用于磨損嚴重的部位。將某些易氧化的金屬或非金屬表面包覆AIN涂層，可以提高其抗氧化、耐磨的性能；也可以用作防腐蝕涂層，如腐蝕性物質(zhì)的處理器和容器的襯里等。

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粉體圈編輯：Alpha

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