志盛威华耐磨涂料研究分析

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影响无机材料强度的因素是多方面的。材料强度的本质是内部质点间的结合力。为了使无机材料的实际强度提高到理论强度，北京志盛威华耐磨涂料研发专家人员进行了长期的大量的研究，作了无数次试验。从对材料变形及断裂的分析可知，在晶体结构稳定的情况下，控制材料强度的主要参数有三个，即弹性模量E、断裂表面能尺和裂纹尺寸C。其中E是非结构敏感的参数，只和材料的性能有关;R与微观结构有关，主要与材料的晶界能、结合性和缺陷有关;裂纹尺寸C是一个控制强度的主要参数。因此要提高材料的强度和韧性，应主要从消除缺陷和改善界面、阻止裂纹扩展人手。

1、选择弹性模量高的原料，提高材料硬度和耐磨性。弹性模量E是一个重要的材料常数，是原子间结合强度的标志，实际上是原子间结合力曲线上任何点的曲线斜率。共价键、离子键结合的晶体，由于结合力较强，通常有较高的弹性模量。分子键结合力较弱，因此弹性模量也较小。而且弹性模量还和原子间距离有关。从上述可以知道，要想获得高强耐磨材料，应该选择离子和共价化合物，如氧化物、氮化物、碳化物及硼化物和刚玉、板状刚玉、致密刚玉、碳化硅、碳化钛、硼化钛。硼化锆等常被用做磨料，广泛地应用于磨具行业。

2、应该形成微晶、高密度的微观结构。为了消除缺陷，提高晶体的完整性，细、密、匀、纯是当前陶瓷发展的一个重要方向，近年来出现了许多微晶、高密度、高纯的陶瓷材料，如热压氮化硅陶瓷，密度接近理论值，几乎不含气孔，有极高的机械强度和耐磨性，是传统陶瓷所无法比拟的。特别是近些年出现的各种纤维和晶须，具有完整的晶体结构，几乎无缺陷，强度可以提高一个数量级。因此，在设计超强耐磨陶瓷涂料时，应该充分考虑材料的结构，尽量控制气孔的含量，提高浇注密度，细化原料的晶体发育，形成微晶结构，增加晶体的完整性。

3、采用钢纤维增强和金属网增强双重补强机制。为了提高材料的耐磨性和结构强度，大力提高超强耐磨材料的使用寿命，增强材抖抵抗矿渣的高速机械冲击对材料造成的冲刷和磨损，减少材料在长期应力条件下疲劳造成的破坏，应该采取增强措施，改善材料的结构、优化其性能。纤维增强有效果明显，操作简单，成本低廉的特点，已经在材料设计中被广泛采用。而金属网增强和增韧，也在水泥行业中大面积使用，两种方法复合会进一步提高材料的韧性。钢纤维增强的物理学原理告诉我们，随着铆纤维的加入，材料的韧性会显著增加，原因是引入了塑性机制，改善了耐磨材料的变形机制，有效地提高了材料抵抗应力疲劳造成的剥落和掉块，从而提高了材料的韧性。

4、采用微细颗粒增强衬体的机械强度。当在陶瓷材料中加入高强颗粒时，材料抵抗应力诱发的裂纹扩张会得到明显的抑制。裂纹在应力的作用下发生扩展遇到颗粒时，由于颗粒极高的强度和小的膨胀系数，裂纹被“钉”扎住，要继续扩展必须要求更大的能量去穿透颗粒或发生裂纹偏转，增加界面面积，从而增加能量的消耗，提高材料的强度和韧性。加入颗粒后，材料的弹性模量和剪切模量都有所增加，材料的强度和耐磨性得到显著地提高，可以增加耐磨材料的使用寿命，降低生产成本。

5、化学强化材料的强度和韧性。为了提高耐磨陶瓷涂料养护期的强度和促进结合剂的水化进程，需要在材料的表面涂抹养护剂。必须设计新的养护剂，该养护剂是一种化学涂料，它采用离子交换的方式，使表面的摩尔体积比内部的大，由于表面体积膨胀大受到内部材料的限制，就产生两向状态的压应力，从而提高材料的屈服强度和断裂韧性。通常是用一种大的离子置换小的离子，由于这种置换受扩散和带电离子的影响，压力层厚度受到限制。化学强化是现代材料发展的一个重要方向，具有很强的可操作性，而且非常有效。