Zużycie i zużycie to ciągłe zagrożenia dla prac przemysłowych, zwiększające koszty, wydłużające czas i obniżające ogólną skuteczność operacji. Materiały ceramiczne są sposobem na ograniczenie tych problemów. Węglik krzemu (SiC) i węglik wolframu (WC) to dwie powszechnie dostępne opcje. My w Piękna ceramika, w tym artykule porównamy oba materiały i ich skuteczność w zastosowaniach ciernych.
Węglik krzemu
Węglik wolframu
Co to jest węglik krzemu
Węglik krzemu jest dobrze znany ze swojej przydatności w zastosowaniach chemicznych i wrażliwych na temperaturę. Materiał ten jest amalgamatem pierwiastków węgla i krzemu, których atomy tworzą wiązania kowalencyjne i nadają materiałowi strukturę krystaliczną.
Po diamencie jest to najtwardszy pierwiastek. Dzięki temu nadaje się do długiej listy zastosowań związanych ze zużyciem. Ze względu na właściwości nietlenkowe węglika krzemu jest on odporny na korozję, co dodatkowo zwiększa jego niezawodność.
Co to jest węglik wolframu
Węglik wolframu WC, jak wskazuje jego nazwa, jest produktem wolframu i węgla wytwarzanym w procesie zwanym Spiekanie. WC ma długą historię zastosowań przemysłowych. Materiały te są gotowe do użycia, niezależnie od tego, czy chodzi o zużycie, ścieranie, ciepło czy odporność chemiczną.
Węglik krzemu kontra węglik wolframu w zastosowaniach ściernych
Koszt jest istotnym, ale nie jedynym czynnikiem wpływającym na wybór materiału ściernego. Na dłuższą metę zrozumienie niezawodności materiału w różnych warunkach pracy, takich jak ekstremalne ciśnienie, temperatura, ścieranie i narażenie na działanie chemikaliów, ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia jego ogólnej wydajności.
Na przykład węgliki wolframu mają wysokie ceny, co jest uzasadnione ich wysoką wytrzymałością na ściskanie, sięgającą 6833 MPa. Jednak w przypadku operacji obejmujących ekstremalne temperatury odkształcenie plastyczne sprawia, że duża część tej wytrzymałości staje się bezużyteczna. Ostatecznie sprawia to, że nie są one zbyt odpowiednią opcją do zastosowań o wysokim naprężeniu. Z drugiej strony materiał o wysokiej odporności na temperaturę może okazać się lepszą alternatywą.
W tym kontekście węglik krzemu (SiC) jest dobrym rozwiązaniem. Najczęściej stosuje się go w operacjach, w których wymagana jest wysoka temperatura i odporność chemiczna. Jednak obie ceramiki wymagają starannego rozważenia wielu czynników przy wyborze między nimi. Czynniki te omówiono poniżej.
Warunki ścierne
Twardość ceramiki jest podstawowym aspektem zastosowań ściernych. Im twardsza ceramika, tym mniej podatna na uszkodzenia. W skali Mohsa poziom twardości węglika krzemu wynosi 9,5, przewyższając twardość wolframu 8,5-9. Dlatego węglik krzemu jest bardziej zalecany w zastosowaniach wrażliwych na ścieranie.
Jeśli chodzi o gęstość, SiC jest na najniższym poziomie z 3,21 g/cm³, znacznie niższym niż 15,6 g/cm³ Tungesten. Ta niska gęstość sprawia, że węglik krzemu jest łatwy w obsłudze. Ponadto jego wysoka odporność na zarysowania sprawia, że jest to sytuacja korzystna dla obu stron.
Gęsta zawiesina i ekstremalne warunki pompowania
Maszyny do szlamu i pompowania muszą być kompatybilne, aby skutecznie pracować w środowiskach ściernych i korozyjnych. Węglik krzemu jest uważany za najlepszy do pracy w takich warunkach. Jego niski współczynnik tarcia zapewnia minimalne zużycie i utratę energii.
Z drugiej strony węglik wolframu, ze względu na wiązanie kobaltu, jest bardzo podatny na silne kwasy. Można to jednak kontrolować za pomocą dodatkowych powłok chromowych i molibdenowych, ale będzie to skutkowało wysokimi kosztami końcowymi. Dlatego węglik krzemu jest preferowanym wyborem do takich zastosowań.
Środowiska o wysokim ciśnieniu
Zastosowania wiertnicze, takie jak ropa i gaz, wiążą się z wysokim ciśnieniem, a ich odpowiednie uszczelnienia powinny być wystarczająco mocne, aby wytrzymać te ciśnienia. Węgliki wolframu mają dobrą kombinację wysokiej gęstości i wytrzymałości, więc idealnie pasują w takich przypadkach. Jednak jeśli weźmiemy pod uwagę tylko wytrzymałość, węgliki krzemu są również przydatne, ale są gorsze od wolframu ze względu na ich wysoką gęstość.
Szybkie zmiany temperatury
Maszyny używane w zastosowaniach wysokotemperaturowych, takich jak piece, muszą być wykonane z materiałów odpornych na temperaturę. Dlatego też, wybierając pomiędzy krzemem a węglikiem wolframu, należy wziąć pod uwagę odporność na temperaturę.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej węglika krzemu wynosi około 4 do 4,5×10⁻⁶/°C, w porównaniu do 5,00 do 6,00 10⁻⁶/°C wolframu, co jest wartością niską i uważaną za najbardziej odpowiednią. Ale to nie wszystko. Jeśli chodzi o przewodność cieplną, krzem również góruje w tym parametrze, z przewodnością w zakresie od 120 do 170 W/mK w porównaniu do 84 do 100 W/mK wolframu.
Różnice w trwałości i odporności na zużycie
Węglik krzemu wyróżnia się wytrzymałością i odpornością na temperaturę. W zastosowaniach, w których prawdopodobieństwo zużycia i tarcia jest wysokie, SiC może być niezawodnym wyborem. Jego natura beztlenkowa w połączeniu z niskim współczynnikiem temperaturowym zapobiega odkształceniom i zapewnia trwałość w szerokim zakresie zastosowań.
Z drugiej strony sztywność i wytrzymałość wolframu są niezrównane. Dzięki temu ceramika jest trwała w zastosowaniach wysokociśnieniowych przez dłuższy czas. Tak więc w zastosowaniach, które nie są narażone na temperaturę i działanie chemikaliów, węglik wolframu może być rozwiązaniem.
Jak wybrać pomiędzy uszczelnieniami mechanicznymi z węglika krzemu i węglika wolframu
Wybierając pomiędzy węglikiem krzemu a węglikiem wolframu, ważne jest, aby najpierw zrozumieć ich zastosowanie. Obejmuje to staranne rozważenie wielu aspektów, takich jak obecność płynów, zakresy temperatur, zmiany poziomów ciśnienia, ścieranie i ryzyko korozji.
Wysoka gęstość wolframu w połączeniu z jego wytrzymałością sprawia, że jest on szeroko kompatybilny w zastosowaniach wysokociśnieniowych. W przeciwieństwie do tego węglik krzemu pozostaje w tyle tylko pod względem gęstości i ma większą wytrzymałość, odporność na temperaturę, korozję i ścieranie. Węgliki krzemu pozostają również bardzo stabilne, gdy są wystawione na działanie innych chemikaliów.
W oparciu o powyższą analizę można śmiało powiedzieć, że węgliki krzemu są dobrze przystosowane do wszystkich typów zastosowań ściernych, z wyjątkiem tych, w których występuje ekstremalne ciśnienie. Ponadto ich cena, która jest niska w porównaniu do wolframu, sprawia, że są korzystniejsze, ale ostateczny wybór zależy od preferencji każdego procesu.
Podsumowanie
Zarówno węglik krzemu, jak i węglik wolframu oferują wyjątkowe zalety i ograniczenia. Podczas gdy węglik wolframu pozostaje popularnym wyborem do zastosowań przemysłowych, węglik krzemu wyłania się jako opłacalna i wszechstronna alternatywa. Piękna ceramika jest oddany dostarczaniu innowacyjnych rozwiązań dostosowanych do Twoich potrzeb. Skontaktuj się z nami już dziś, aby omówić swój projekt i odkryć, w jaki sposób nasza wiedza specjalistyczna może podnieść poziom Twoich procesów.