Износ и разрывы являются сохраняющимися угрозами для промышленной работы, увеличивая расходы, продлевая время и ставя под угрозу общую эффективность операций. Керамические материалы — это способ сократить эти проблемы. Карбид кремния (SiC) и карбид вольфрама (WC) — два широко доступных варианта. Мы в Великолепная керамикаВ этой статье мы сравним оба материала и их эффективность в условиях износа.
Карбид кремния
Карбид вольфрама
Что такое карбид кремния
Карбид кремния хорошо известен своей пригодностью в химических и температурно-чувствительных приложениях. Этот материал представляет собой амальгаму углерода и кремния, атомы которых образуют ковалентные связи и придают материалу кристаллическую структуру.
После алмаза это самый твердый элемент. Это делает его пригодным для длинного списка применений, связанных с износом. Благодаря неоксидным свойствам карбида кремния он не подвержен коррозии, что еще больше повышает его надежность.
Что такое карбид вольфрама
Карбид вольфрама WC, как следует из его названия, представляет собой продукт из вольфрама и углерода, произведенный с помощью процесса, называемого Спекание. WC имеет долгую историю использования в промышленных целях. Эти материалы хороши, будь то износ, абразивная стойкость, тепловая или химическая стойкость.
Карбид кремния против карбида вольфрама в износоустойчивых применениях
Стоимость — важный, но не единственный фактор, влияющий на выбор износостойкого материала. В долгосрочной перспективе понимание надежности материала в различных рабочих ситуациях, таких как экстремальное давление, температура, истирание и воздействие химикатов, имеет решающее значение для понимания его общей эффективности.
Например, карбиды вольфрама имеют высокую цену, что оправдано их высокой прочностью на сжатие до 6833 МПа. Однако в операциях, связанных с экстремальными температурами, пластическая деформация делает большую часть этой прочности бесполезной. Это в конечном итоге делает их не очень подходящим вариантом для высоконапряженных применений. С другой стороны, материал с высокой термостойкостью может оказаться лучшей альтернативой.
На этом фоне карбид кремния (SiC) — это выход. Чаще всего он применяется в операциях, где требуется высокая температура и химическая стойкость. Однако оба вида керамики требуют тщательного рассмотрения множества факторов при выборе между ними. Эти факторы обсуждаются ниже.
Абразивные условия
Твердость керамики является основным аспектом износа. Чем тверже керамика, тем меньше она подвержена повреждениям. По шкале Мооса уровень твердости карбида кремния составляет 9,5, что выше твердости вольфрама 8,5-9. Таким образом, карбид кремния больше рекомендуется для абразивно-чувствительных применений.
С точки зрения плотности SiC находится на самом нижнем уровне с 3,21 г/см³, что намного ниже, чем у вольфрама с 15,6 г/см³. Такая низкая плотность делает карбид кремния простым в обращении. Кроме того, его высокая устойчивость к царапинам делает его еще более выигрышным вариантом.
Тяжелый шлам и экстремальные условия перекачки
Шламовые и насосные машины должны быть совместимы для эффективной работы в абразивных и коррозионных средах. Карбид кремния считается лучшим для работы в этих условиях. Его низкий коэффициент трения обеспечивает минимальный износ и потери энергии.
Напротив, карбид вольфрама из-за его кобальтовой связи очень уязвим к сильным кислотам. Однако это можно контролировать с помощью дополнительных покрытий хромом и молибденом, но это приведет к высоким конечным затратам. Таким образом, карбид кремния является предпочтительным выбором для таких применений.
Среды высокого давления
Буровые работы, такие как добыча нефти и газа, требуют высокого давления, и соответствующие уплотнения должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать это давление. Карбиды вольфрама обладают хорошим сочетанием высокой плотности и прочности, поэтому они идеально подходят для таких случаев. Однако, если рассматривать только прочность, карбиды кремния также полезны, но уступают вольфраму из-за своей высокой плотности.
Быстрые изменения температуры
Машины, используемые в высокотемпературных приложениях, таких как печи, должны быть изготовлены из термостойких материалов. Таким образом, термостойкость должна учитываться при выборе между кремнием и карбидом вольфрама.
Коэффициент температурного расширения карбида кремния составляет около 4–4,5×10⁻⁶/°C, тогда как у вольфрама он составляет 5,00–6,00 10⁻⁶/°C, что является низким показателем и считается наиболее подходящим. Но это еще не все. Что касается теплопроводности, кремний также превосходит другие по этому параметру, его теплопроводность составляет от 120 до 170 Вт/мК, тогда как у вольфрама она составляет от 84 до 100 Вт/мК.
Различия в долговечности и износостойкости
Карбид кремния отличается прочностью и термостойкостью. В приложениях, где высока вероятность износа и трения, SiC может быть надежным выбором. Его неоксидная природа в сочетании с его низкотемпературным коэффициентом предотвращает деформацию и обеспечивает его долговечность в самых разных приложениях.
С другой стороны, жесткость и прочность вольфрама не имеют себе равных. Это делает керамику долговечной при высоком давлении в течение длительных периодов времени. Поэтому для применений, не подверженных воздействию температуры и химических веществ, карбид вольфрама может быть подходящим решением.
Как выбрать между механическими уплотнениями из карбида кремния и карбида вольфрама
При выборе между кремнием и карбидом вольфрама важно сначала понять их вариант использования. Это включает тщательное рассмотрение множества аспектов, таких как наличие жидкостей, диапазоны температур, изменения уровней давления, истирание и вероятность коррозии.
Высокая плотность вольфрама в сочетании с его прочностью делает его широко совместимым в приложениях высокого давления. В отличие от этого, карбид кремния отстает только по плотности и обладает большей прочностью, температурной обработкой, коррозионной и абразивной стойкостью. Карбиды кремния также остаются очень стабильными при воздействии других химикатов.
Исходя из вышеприведенного анализа, можно с уверенностью сказать, что карбиды кремния хорошо подходят для всех типов износных применений, за исключением тех, которые связаны с экстремальным давлением. Кроме того, его цена, которая ниже по сравнению с вольфрамом, делает его более выгодным, но окончательный выбор зависит от предпочтений каждого процесса.
Итог
Оба материала, карбид кремния и карбид вольфрама, обладают уникальными преимуществами и ограничениями. В то время как карбид вольфрама остается популярным выбором для промышленного применения, карбид кремния становится экономически эффективной и универсальной альтернативой. Великолепная керамика посвящена предоставлению инновационных решений, адаптированных к вашим потребностям. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваш проект и узнать, как наш опыт может улучшить ваши процессы.