堅固的先進(jìn)技術(shù)陶瓷在泵的設計和制造中應用

　　陶瓷部件并不比其他非金屬部件更受歡迎。其中部分原因是由于成本，部分是由于偏見(jiàn)——認為它們更適合要求嚴苛的應用。摩根技術(shù)陶瓷（MTC）公司的Paul Manison揭開(kāi)了覆蓋在這種材料上的神秘面紗的一角。

　　效率和壽命已成為泵的重要買(mǎi)點(diǎn)，因此制造商設法在每個(gè)設計和制造環(huán)節尋找改進(jìn)空間。采用技術(shù)陶瓷部件可能會(huì )大大改進(jìn)運行性能。

　　陶瓷材料過(guò)去一直被人忽視，因為它們的高成本掩蓋了其所有的優(yōu)勢�，F在，在制造商努力滿(mǎn)足更加嚴格的環(huán)保和維護控制條例的過(guò)程中，許多公司走在了前列，例如格蘭富公司正在研究如何將這種材料融合到其現有以及新泵的設計中。

先進(jìn)的技術(shù)陶瓷

　　先進(jìn)陶瓷制成的部件不易磨損，壽命長(cháng)且性能穩定。它們特別適用于制造堅固耐用的泵產(chǎn)品，例如家用和工業(yè)用泵。它們比金屬部件具有更多優(yōu)勢。陶瓷部件制成的循環(huán)加熱泵通�？梢允褂�15年以上。

　　先進(jìn)陶瓷可以形成或燒制成硬度僅次于金剛石的一種材料，而且采用陶瓷注射成型、干壓和擠出等制造工藝，仍然可以制成各種復雜的形狀。

采用注射成型可以大規模生產(chǎn)形狀復雜的精密部件

　　這種部件還可以通過(guò)金屬處理和銅焊技術(shù)，簡(jiǎn)單地與金屬或其他陶瓷部件相連。

　　多年來(lái)，幾家領(lǐng)先的泵業(yè)制造商已經(jīng)充滿(mǎn)信心地采用陶瓷來(lái)制造潛水泵、離心泵和其他工業(yè)泵的軸承和密封環(huán)。雖然其優(yōu)勢明顯，但陶瓷仍然是一種非標準材料。

　　對于中央加熱系統和家庭服務(wù)系統中所用的循環(huán)泵，需要它們在長(cháng)時(shí)間的運轉過(guò)程中具有安靜、穩定和高效的性能特點(diǎn)，通常每年最多可運行5000小時(shí)。

　　世界領(lǐng)先的泵業(yè)制造商格蘭富意識到，傳統的不銹鋼軸/碳軸承對泵的壽命和噪音有著(zhù)直接影響。格蘭富經(jīng)過(guò)研究發(fā)現，氧化鋁陶瓷軸和軸承組合使泵具有了出眾的穩定性和使用壽命。

　　不銹鋼軸/碳軸承在泵的設計和制造中還是最普遍的，但是這種材料組合對于加熱系統中的石灰石和黑色的氧化鐵粒子并非總具有最佳的耐磨性。這些泵部件的逐漸磨損提高了噪音，降低了泵效，某些情況下還會(huì )導致泵的停機。過(guò)去，陶瓷材料的高成本掩蓋了其所有的優(yōu)勢�，F在，許多泵業(yè)公司開(kāi)始著(zhù)手研究如何將這種材料融合到其現有以及新型號泵的設計中，以提高泵的性能和使用壽命。

MTC公司生產(chǎn)的一系列泵和閥門(mén)部件

　　陶瓷軸/軸承在含有磨蝕性粒子的水中旋轉，所形成的磨損幾乎可以忽略，因此長(cháng)時(shí)間運轉后噪音也不會(huì )提高。那么為什么沒(méi)有更多的泵業(yè)制造商選擇陶瓷？下面是一些關(guān)于這種材料的普遍誤解：

誤解

　　1. 陶瓷昂貴。生產(chǎn)精密技術(shù)陶瓷部件的工藝步驟復雜，因此單個(gè)部件的制造成本可能高于聚合物或金屬部件。但是，必須考慮總體價(jià)格/性能的比值。使用低性能材料的隱形成本包括較短的使用壽命、更批頻繁的維修、故障率的提高、性能的下降和磨損以及噪音的增加。

　　2. 陶瓷易碎。陶瓷容易碎嗎？這可能是陶瓷工程師們被問(wèn)到的最普遍的問(wèn)題，答案既是肯定的也是否定的。大多數工程師在談到陶瓷的彎曲強度和碎裂強度時(shí)都會(huì )緊張，可能這是由于我們知道餐盤(pán)都很容易摔裂。但是新一代的高技術(shù)陶瓷材料具有很高的強度。它們與我們家里常見(jiàn)的那種陶瓷處于譜圖的兩端。它們與某些標準金屬材料相當，通過(guò)很好的設計，根本不用擔心碎裂問(wèn)題。

　　盡量減小拉伸應力、消除應力提高點(diǎn)、確保壓縮載荷、精確計算應力分布都會(huì )防止發(fā)生故障。這種陶瓷材料可以達到最高的機械和物理強度。領(lǐng)先的陶瓷制造商摩根技術(shù)陶瓷（MTC）公司生產(chǎn)性能獨特的陶瓷部件，可用于車(chē)輛和盔甲中。該公司的產(chǎn)品可以滿(mǎn)足最嚴格的城市防彈需求。

　　陶瓷材料非常耐久，還可以在外科手術(shù)中為外科醫生和病人提供人造關(guān)節。創(chuàng )新的制造技術(shù)使這種材料具有了生物相容性和耐久性?xún)?yōu)勢，其在醫學(xué)領(lǐng)域的應用日益廣泛。

先進(jìn)陶瓷用作人造髖關(guān)節材料，通常具有20年以上的使用壽命

　　3. 只有形狀簡(jiǎn)單的部件才可以量產(chǎn)。自20世紀20年代使用陶瓷火花塞和絕緣體以來(lái)，技術(shù)和材料已經(jīng)出現了重大進(jìn)展。干壓、等壓成型、綠色加工和擠出已經(jīng)成為常見(jiàn)的成型工藝。

　　對于高精度部件的大中型規模的生產(chǎn)，MTC公司采用陶瓷注射成型（CIM），CIM是一種創(chuàng )新的成型工藝，用于各種部件的制造，包括形狀復雜的部件。批次間的質(zhì)量穩定性及優(yōu)異處理能力將公差減小到了±25 祄，而且無(wú)需用金剛石打磨。當部件的復雜程度超出傳統成型工藝（如干壓）的加工能力時(shí)，可以采用CIM ；當CNC加工無(wú)法實(shí)現更大規模的生產(chǎn)時(shí)，CIM也是一種替代選擇。

　　4. 由于陶瓷非常硬，無(wú)法將其打磨到緊公差。陶瓷以極高的硬度而廣為人知（洛氏硬度75-86R45N），其硬度僅次于金剛石。采用最新的金剛石處理和研磨輪技術(shù)，可以將陶瓷的精度公差縮小到微米。

　　5. 陶瓷會(huì )收縮。先進(jìn)陶瓷僅在制造過(guò)程中會(huì )發(fā)生收縮。陶瓷部件在高溫下燒制去除粘結劑，隨后，材料被燒結成一個(gè)厚重的物體。在燒結過(guò)程中，部件會(huì )均勻收縮25%，同時(shí)形狀保持不變。通過(guò)良好的過(guò)程控制，燒制的部件可以具有緊公差，通常不需要進(jìn)行后燒結處理。

　　6. 陶瓷不具備高溫穩定性。在高速應用領(lǐng)域，旋轉過(guò)程中產(chǎn)生的磨擦熱可能會(huì )使金屬軸承發(fā)生問(wèn)題。這些問(wèn)題通過(guò)使用陶瓷都有所緩解，因為它們具有優(yōu)異的熱性能。某些等級的氧化鋁部件可以在超過(guò)1200℃的溫度下運轉。陶瓷在室溫下的熱膨脹系數（CTE）通常在6.3-8.1×10-6/℃之間。

　　7. 陶瓷多孔。根據特定應用的要求，它們成為多孔材料，例如過(guò)濾器。但是泵中的陶瓷部件可以燒結成無(wú)空的實(shí)心部件。氧化鋁的密度通常為3.5-3.95g/cm3，氧化鋯為5.5-6.0g/cm3。

　　時(shí)代不同了，陶瓷正變得越來(lái)越普遍，不僅僅是在泵行業(yè)，而是在每一個(gè)行業(yè)中——從航空航天到半導體，從軍事到醫療。

　　隨著(zhù)與環(huán)境和性能相關(guān)的許多要求增多，制造商別無(wú)選擇，只能尋找更廣闊的市場(chǎng)，開(kāi)始投資具有長(cháng)期回報的領(lǐng)域。這其中的關(guān)鍵是要與材料專(zhuān)家合作。找到一家能夠從概念和可行性研究到原型開(kāi)發(fā)再到大規模生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程都能提供幫助的公司。一旦找到這樣的合作伙伴并成功地將陶瓷融入設計中時(shí)，沒(méi)有人會(huì )再向后看了。