浅谈氮化硅结合碳化硅耐磨材料在矿山机械的应用

许明智

摘要：工业化进程的加快有力推动了矿山机械制造行业的发展。目前矿山机械制造行业在实际发展过程中，面临的重要问题就是机械材料材质问题，材质不佳则会严重影响工程的质量及顺利实施。氮化硅结合碳化硅耐磨材料具有良好的产品性能和较低的生产成本，其具有高度的耐腐蚀、耐高温和耐磨等特性。在矿山机械中应用氮化硅结合碳化硅耐磨材料时，需要对产品结构的连接性、冲击韧性和均匀性加以优化，从而提高应用效果。本文就对氮化硅结合碳化硅耐磨材料在矿山机械的应用进行分析和探讨。

关键词：氮化硅结合碳化硅；耐磨材料；矿山机械；应用

对于矿山机械而言，其在实际工作中往往会因强烈磨损、物料腐蚀与摩擦等而失去效用，这样会因部件频繁检修与更换而过多停工，影响矿山作业的连续性，导致物力和人力的浪费。为了提高矿山机械设备的使用年限，需要大力开发新型的耐磨材料，如氮化硅结合碳化硅耐磨材料，保证材料的硬度和强度，促进矿山作业的顺利实施。

一、氮化硅结合碳化硅耐磨材料概述

对于氮化硅结合碳化硅耐磨材料而言，其特性主要表现在以下几方面：一是良好的抗热震性和高温抗蠕变性。碳化硅具有良好的导热性能，而氮化硅则具有较低的热膨胀率，将两者进行有效结合形成氮化硅结合碳化硅材料，则该材料则具有良好的抗热震性能。如果在冷热循环使用时，尺寸大小基本保持不变，温度由1300℃冷却为20℃时，需要进行数百次的加热循环，但是这不会对材料产生破坏，有效缩短烧成周期。此外，在氮化硅结合碳化硅耐磨材料的制造过程中，其尺寸变化都低于1%，并且由于玻璃相的缺乏，材料在高温状况下基本不会出现变形情况，因此废品和制品变形等情况也不会发生。二是良好的抗氧化性、耐磨损性和耐腐蚀性。相较于碳化硼、立方氮化硼和金刚石等物质而言，碳化硅和氮化硅的显微硬度相对较小，并且氮化硅具有较小的摩擦系数和良好的自润滑性。因此氮化硅结合碳化硅的复合材料具有良好的化学性能，其能够承受大部分碱液腐蚀和无机酸腐蚀，具备良好的抗氧化性能，能够有效抵抗熔融铝和铝合金熔液的润湿以及有色金属的侵蚀，高温点的绝缘性能良好。三是较强的抗折强度。相较于粘土碳化硅制品而言，氮化硅结合碳化硅耐磨材料的抗折强度更强，其室温抗折强度达到粘土碳化硅制品的2倍。如果不包括无定形相，室温保持在1200℃～1400℃的范围内，该耐磨材料的强度会进一步增加，达到粘土碳化硅制品的9倍。

二、氮化硅结合碳化硅耐磨材料在矿山机械中的应用及前景

（一）具体应用

氮化硅结合碳化硅耐磨材料在矿山机械中的应用，其具体可从几下方面进行分析：首先是重介质旋流器和水力旋流器方面。一般在利用重介质旋流器分选原煤时，其环境相对复杂化，所处的密度场和速度具有一定的复杂性，因此其内部磨损形式也相对较为复杂，并且冲蚀磨损具有多样化的类型，如表面疲劳磨损、腐蚀磨损、微切削磨损和撞击磨损等。此外，硬度、颗粒形状、原煤粒度大小和受入料的压力等因素也会影响旋流器内部的磨损。此外，氮化硅结合碳化硅陶瓷在水力旋流器的应用，其主要是用于弯头、耐磨板、喷嘴、内衬和沉砂口等部位。国外企业在对碳化硅复合材料加以生产后，将其用于较小冲击和其他应力的水力旋流器沉砂口的制作中，从而减小材料的磨损速度，降低机械的维修费用，延长机械的使用寿命。

其次是砂浆泵方面。砂浆泵多用于矿山作业中的腐蚀性、高浓度与强磨损的渣浆中，如煤泥、灰渣、精矿砂、输送尾、清淤和采矿等工作，这些工作对材料的耐腐蚀性能和耐磨性能具有较高的要求。目前我国大多数渣浆泵耐磨零部件材质，其都是选用高铬铸铁，其使用寿命仅仅只达1～2个月，为了提高高铬铸铁的使用期限，不断创新与升级泵用材料，使其经历了铸铁—特种金属合金—橡胶制品——工程塑料—陶瓷等过程。一般而言，利用改性聚氨酯弹性体能够延长砂泵的使用期限3～10倍，而利用氮化硅结合碳化硅的复合材料，则至少可提高其使用期限的10倍。目前我国已经开始利用氮化硅结合碳化硅陶瓷材料来制作叶轮，但是砂浆泵的利用则较少。

（二）应用前景

由于氮化硅结合碳化硅材料具有良好的耐磨性和耐热性，其被广泛应用在磨料磨具和耐火材料等行业，但是在矿山机械方面的应用相对较少，需要转变观念，积极尝试。目前氮化硅结合碳化硅陶瓷在应用过程中，应有效提高其与其他部件的连接、冲击韧性和结合的均匀性，并科学利用碳化硅晶须—氮化硅来改善其韧性。稀土和氧化物活化剂应用于氮化硅和碳化硅，能够改善常温耐压与抗折的强度，促进烧结时间的缩短。此外，氮化硅结合碳化硅材料的应用可从生产成本的降低、喷涂工艺、粘结与成型技术等方面考虑，促进其在矿山机械中适用范围和灵活性的提高。

结束语

综上所述，氮化硅结合碳化硅耐磨材料具有良好的抗热震性、高温抗蠕变性、氧化性、耐磨损性、耐腐蚀性和抗折强度，将其应用在矿山机械中，能够有效提高机械的作业率与性能，优化矿产资源配置。在今后的发展过程中，我国需要进一步提高机械制造工艺，大力研发高性能和高效率的机械，不断更新机械材质，从而实现矿产资源的高效利用。

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