閥門廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)的各個領(lǐng)域。但是在一些復(fù)雜、惡劣甚至極端的環(huán)境和場合,傳統(tǒng)金屬閥門已無法突破其材料上的極限,不能適應(yīng)特殊工況的設(shè)計要求。因此,將新型陶瓷材料引入傳統(tǒng)閥門行業(yè)是必然的選擇。新型陶瓷又稱陶瓷、精細(xì)陶瓷等,包括結(jié)構(gòu)(或工程)陶瓷和功能陶瓷兩大類,由于不同的化學(xué)組分和晶相結(jié)構(gòu),使其具有不同的特殊性質(zhì)和功能,如高強(qiáng)、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(jī)械、電子、化工、冶金、電力、醫(yī)藥、航空航天等各個方面,成為近代科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。2?特點20世紀(jì)80年代,新型陶瓷材料的研究開發(fā)隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,形成了一股熱潮,新型特種結(jié)構(gòu)陶瓷材料也由此在工業(yè)領(lǐng)域開始了大規(guī)模的應(yīng)用。目前,各類工程陶瓷材料在世界上一些發(fā)達(dá)地區(qū)已形成了廣泛和穩(wěn)定增長的市場。(1)氧化鋁較早進(jìn)入傳統(tǒng)閥門行業(yè)的是以氧化鋁(Al2O3)為主體的陶瓷材料,其硬度達(dá)到92HRA,抗彎強(qiáng)度350MPa,雖然脆性較大,但成型、燒結(jié)性能較好、成品率高。由于受自身強(qiáng)度和脆性的限制,除在一些對強(qiáng)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(yán)酷的工業(yè)環(huán)境下,一般多通過鑲嵌、粘結(jié)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(qiáng)度低的不足,同時又發(fā)揮其超高的硬度對金屬材料起到保護(hù)作用。目前,采用此方式生產(chǎn)的主要是閘閥,適用于溫度不高、無腐蝕工況下磨損、沖刷嚴(yán)重的場合,以延長和提高閥門的使用壽命。金屬表面進(jìn)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(qiáng)度低、易剝落、熱脹冷縮一致性差的問題,在閥門行業(yè)尚未開始成熟地應(yīng)用。在閥門行業(yè)特別是控制閥中占主導(dǎo)地位的是球閥和蝶閥。受結(jié)構(gòu)和形狀的限制,在設(shè)計和制造陶瓷球閥和蝶閥時不宜采用Al2O3常用的鑲嵌、粘結(jié)等方式,目前可行和可靠的方法是采用整體實芯式陶瓷結(jié)構(gòu)來制備全陶瓷閥門。經(jīng)過等靜壓成型、熱壓燒結(jié)等工藝處理,陶瓷制品內(nèi)在缺陷大為減少,整體強(qiáng)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(yōu)良特性。穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),能經(jīng)受現(xiàn)有大多數(shù)腐蝕性介質(zhì)的侵蝕。較高的強(qiáng)度,硬度達(dá)到87HRA,抗彎強(qiáng)度\1150MPa,斷裂韌性高達(dá)35MPa#m1/2。良好的可加工性,可實現(xiàn)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(shù),可實現(xiàn)在各種溫度環(huán)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(lǐng)域里的新品種,陶瓷閥門的發(fā)展除了要與市場需求同步外,還必須要以過硬的品質(zhì)接受市場的檢驗,這要求生產(chǎn)廠家必須具備很高的材料技術(shù)和陶瓷加工技術(shù)。整體式陶瓷閥門制造技術(shù)要求非常高,并存在一定的難點。陶瓷內(nèi)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(jìn)行準(zhǔn)確的內(nèi)在質(zhì)量檢測,這是一項世界性的難題。這要求生產(chǎn)廠家必須要有穩(wěn)定和嫻熟的、從陶瓷制粉到壓制成型、燒結(jié)及加工等全面的生產(chǎn)技術(shù)和裝備,并具備嚴(yán)密和完善的質(zhì)量控制體系,以幅度減少缺陷概率,提升產(chǎn)品的可靠性。氧化鋯陶瓷難于成型,燒結(jié)的收縮率較大,特別是V形球閥、蝶閥等復(fù)雜形狀的陶瓷零件,極易在這些過程中形成缺陷并影響產(chǎn)品的質(zhì)量,因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面要突破傳統(tǒng)金屬閥門的思維方式,必須盡量避免設(shè)計成直角或尖角等容易產(chǎn)生應(yīng)力的結(jié)構(gòu),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(guān)型和調(diào)節(jié)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(xiàn)狀由于制備全陶瓷閥門對生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平和裝備水平要求很高,一直以來,世界上僅有少數(shù)幾個可以生產(chǎn)此類全陶瓷閥門,其產(chǎn)品占領(lǐng)絕大部分的市場。