Gwyddoniadur Falfiau Pêl Ceramig Tarddiad a Datblygiad (Rhan I)

Tarddiad a Datblygiad (Rhan I)

I. Geni Falfiau Pêl Ceramig

Gyda datblygiad parhaus technoleg ddiwydiannol, metel traddodiadol Falf Bêlwedi datgelu cyfyngiadau cynhenid ​​yn raddol wrth weithredu o danTymheredd Uchel, cyrydiad cryf, a chrafiad difrifolamodau. Mae problemau fel cyrydiad cyflym, gwisgo cyflymach, a pherfformiad selio ansefydlog wedi eu gwneud yn gynyddol analluog i fodloni gofynion rheoli hylif llym diwydiannau fel prosesu cemegol, meteleg, a chynhyrchu pŵer.

Arweiniodd yr her ddiwydiannol hirhoedlog hon at genhedlaeth newydd o falfiau yn seiliedig ar uwch Deunyddiau Ceramig— y Falf Pêl Ceramig.

1. Archwilio Cynnar ac Eginiad Technolegol (1940au–1960au)

Cyflymodd y Chwyldro Diwydiannol ddatblygiad y diwydiannau glo, cemegol a metelegol, gan yrru cynnydd sydyn yn y galw am reolaeth hylif ddibynadwy. Fodd bynnag, roedd falfiau metel confensiynol yn aml yn dioddef o tyllu, gollyngiad, a methiant cyflymwrth drin cyfryngau sy'n cynnwys gronynnau solet neu sy'n agored i asidau ac alcalïau cryf. Daeth costau cynnal a chadw uchel a risgiau diogelwch yn faterion anochel.

Oherwydd eu caledwch uchel, cryfder uchel, ymwrthedd gwisgo rhagorol, a sefydlogrwydd cemegol rhagorol, defnyddiwyd deunyddiau ceramig yn helaeth mewn cymwysiadau milwrol ac awyrofod ar ôl yr Ail Ryfel Byd. Gyda chynnydd technolegol parhaus, ehangodd y deunyddiau hyn yn raddol i gymwysiadau diwydiannol sifil, gan osod y sylfaen ddeunyddiol ar gyfer datblygu falfiau pêl ceramig.

Yn y 1940au, peirianwyr yn Yr Almaen a'r Unol Daleithiauoedd y cyntaf i geisio defnyddio cerameg alwminaar gyfer cydrannau trim falf, gan nodi dechrau archwilio falfiau ceramig. Fodd bynnag, arweiniodd cyfyngiadau mewn technoleg prosesu ar y pryd at ddwysedd ceramig anghyson a chaledwch annigonol. Roedd cydrannau ceramig yn dueddol o gracio o dan effaith hylif, ac ni ellid cyflawni selio dibynadwy rhwng rhannau ceramig a seddi falf metel. Achosodd problemau gollyngiadau difrifol i ymdrechion ymchwil cynnar oedi.

Erbyn y 1960au, newidiodd datblygiadau mewn gwyddor deunyddiau y sefyllfa hon yn sylweddol. Technoleg gwasgu isostatiggalluogi dwysedd ceramig mwy unffurf, tra bod sinteru tymheredd uchel wedi cynyddu caledwch i uwchlaw HRC 75Datblygiad llwyddiannus serameg zirconia a silicon nitridgwella caledwch yn sylweddol, gan dorri'r canfyddiad hirhoedlog bod cerameg yn frau yn ei hanfod.

Ar yr un pryd, integreiddiodd cwmnïau Japaneaidd technolegau peiriannu ceramig manwl gywirgyda dyluniad strwythurol falfiau pêl, gan ddatrys problemau hollbwysig sy'n gysylltiedig â chywirdeb lleoli pêl ac iawndal selio. Gosododd y datblygiadau hyn y sylfaen ar gyfer cymhwysiad diwydiannol falfiau pêl ceramig.

2. Masnacheiddio a Dilysu Technegol (1970au–1980au)

Ym mis Ionawr 1975, Japan Mae Fujikin Co, Ltd.dyfeisiodd y cyntaf falf seramig math-plwg, wedi'i gynhyrchu o 99.5% o gerameg alwmina. Daeth y cynnyrch hwn yn un o'r cyflawniadau cynrychioliadol cynharaf mewn technoleg falfiau ceramig. Erbyn 1981, cyflawnodd Fujikin gynhyrchu cyfresol, ac yn y flwyddyn ganlynol enillodd y cynnyrch wobrau yn Japan a'r Unol Daleithiau. Fe'i cymhwyswyd yn llwyddiannus yn y diwydiant lled-ddargludyddion, lle'r oedd purdeb uwch-uchel a dim halogiad ïon metel yn hanfodol (nodyn: falf math glôb ceramig oedd y cynnyrch hwn, sydd angen caledwch ceramig cymharol is).

Dylid nodi bod y falf hon yn perthyn i a categori falf arbenigol, a ddisgrifir yn aml mewn llenyddiaeth fel falf un seddneu falf nodwydd manwl gywirdeb, gyda gofynion caledwch cymharol gymedrol. Y falf pêl ceramig go iawn, sy'n gofyn am gryfder plygu llawer uwch ar gyfer deunyddiau ceramig, yn cael ei gydnabod yn gyffredinol i fod wedi dod i'r amlwg yn ddiweddarach. Yn ôl y cofnodion sydd ar gael, Nil-Cor (UDA)wedi dogfennu'r byd “Falf Bêl Gyntaf â Leinin Ceramig”yn 1980, gyda'r cymwysiadau diwydiannol cynharaf wedi'u cadarnhau yn ymddangos o gwmpas 1985.

Erbyn diwedd yr 1980au, roedd peirianwyr Ewropeaidd yn cydnabod ymwrthedd a chaledwch eithriadol cerameg peirianneg fel alwmina (Al₂O₃)a zirconiwm (ZrO₂), gan eu gwneud yn arbennig o addas ar gyfer cymwysiadau trwm mewn prosesu cemegol, meteleg, a gweithfeydd pŵer thermol. Trwy technoleg caledu trawsnewidmewn zirconia, y genhedlaeth gyntaf o cerameg wedi'i chaledudod i'r amlwg, gan ddatrys cyfyngiadau cryfder peli ceramig yn sylfaenol.

Yn y cyfamser, gwnaeth technegau malu a sgleinio uwch alluogi gorffeniad arwyneb lefel drych a sfferigrwydd perffaithrhwng peli ceramig a seddi falf. Ar y cam hwn, roedd hyfywedd technegol falfiau pêl ceramig wedi'i ddilysu'n llawn, ac roedd yr amodau ar gyfer diwydiannu yn eu lle i bob pwrpas.

II. Datblygiad Falfiau Pêl Ceramig

1. Datblygiadau Technolegol Allweddol (1990au)

I fynd i'r afael â braudeb cynhenid ​​cerameg, cyflwynodd ymchwilwyr ychwanegion arbennig, prosesau sinteru wedi'u optimeiddio, a nanotechnoleg, gan wella caledwch a chryfder mecanyddol yn sylweddol. Daeth microstrwythurau ceramig yn fwy unffurf, lleihawyd diffygion mewnol, a chynyddodd dibynadwyedd cyffredinol yn sylweddol.

Mewn gweithgynhyrchu, mabwysiadu Malu manwl gywirdeb CNCyn galluogi rheolaeth gywir o ddimensiynau'r bêl a'r sedd yn ogystal â garwedd yr wyneb. Diolch i briodweddau hunan-iro cerameg, cyflawnodd parau selio gyswllt eithriadol o dynn. Gellid rheoli cyfraddau gollyngiadau isod 10⁻⁶ Pa·m³/eiliad, yn llawer gwell na falfiau metel confensiynol.

2. Diwydiannu Byd-eang (Diwedd y 1980au – Dechrau'r 1990au)

Roedd y cyfnod hwn yn drobwynt hollbwysig wrth i falfiau pêl ceramig drawsnewid o ymchwil labordy i gymwysiadau diwydiannol ar raddfa fawr. Roedd uwchraddio diwydiannau trwm ledled y byd angen falfiau a oedd yn gallu gwrthsefyll cyrydiad a chrafiad ar frys, ac enillodd cerameg gydnabyddiaeth yn gyflym am eu manteision perfformiad cynhwysfawr.

Datblygiadau materol arloesol:
Gwellodd Sumitomo Chemical (Japan) galedwch yn sylweddol drwy ddatblygu zirconia wedi'i sefydlogi ag yttria, tra bod Corning (UDA) wedi optimeiddio prosesau melino a ffurfio powdr, gan gyflawni cywirdeb dimensiynol cydrannau falf o ±0.01 mm.

Gwelliant bywyd gwasanaeth:
Estynnwyd oes parau selio ceramig gan 5–10 gwaitho'i gymharu â chydrannau metel, gan leihau costau cynnal a chadw yn sylweddol.

Safoni:
Ym 1992, y Sefydliad Petrolewm America (API)gofynion pâr selio ceramig wedi'u hymgorffori yn API 6D – Falfiau Piblinell, hyrwyddo safoni diwydiant.

Patrymau datblygu rhanbarthol:

Unol Daleithiau America:
Digwyddodd mabwysiadu diwydiannol cynnar ym 1985, pan ddefnyddiodd Nil-Cor falfiau pêl ceramig yn Chemlink Petroleum Inc. (Oklahoma) i reoli hylifau asidig cyrydol iawn, gan ddatrys methiannau mynych falfiau gwydr ffibr yn llwyddiannus.
Ym 1988, Durcowedi cydweithio â sefydliadau ymchwil cerameg i lansio falfiau pêl wedi'u selio â cherameg ar gyfer cymwysiadau cemegol. Defnyddiwyd y falfiau hyn yn llwyddiannus yn system asid hydroclorig ffatri Freeport Dow Chemical, gan ymestyn oes y gwasanaeth o dri mis i dros ddwy flynedd.
Ym 1990, cyflwynodd Durco falfiau pêl ceramig sy'n gwrthsefyll crafiad ar gyfer sodlau mwyngloddio, gan gynyddu oes gwasanaeth o un mis i 18 mis mewn mwynglawdd copr yn Colorado.

Ewrop:
Yn canolbwyntio ar atebion wedi'u teilwra ar gyfer amodau gweithredu difrifol. Ym 1987, Neles (Y Ffindir)datblygu falfiau pêl ceramig gan ddefnyddio Zirconia Mg-PSZi ddatrys gollyngiadau mynych mewn falfiau rhyddhau treulydd mwydion, gan ymestyn oes y falf o 3–6 mis i 2–5 mlynedd.
Ym 1996, Cera-System (Yr Almaen)defnyddio falfiau pêl ceramig mewn systemau PCI (chwistrellu glo wedi'i falurio) ffwrnais chwyth, gan ymestyn oes y gwasanaeth bron i chwe gwaith a lleihau amlder cynnal a chadw dros 60%.

Japan:
Gan fanteisio ar ei diwydiant cerameg uwch, dilynodd Japan ddull integredig deunyddiau–falfmodel datblygu. Ym 1987, cyflwynodd Fujikin falfiau pêl ceramig zirconia, gan gyflawni selio sero halogiad mewn systemau dŵr pur iawn lled-ddargludyddion a dominyddu'r farchnad gemegol electronig pen uchel yn gyflym.

Tsieina:
Yn Tsieina, nodweddwyd datblygiad falfiau pêl ceramig gan delfrydau pragmatig ac Ymchwil a Datblygu annibynnol.
Ym 1991, Dr. Li Gang, ymchwilydd ôl-ddoethurol o Prifysgol Tianjin, ymunodd â'r Grŵp CSG (Daliadau Gwydr Deheuol Tsieina), gan ddod ag ef y cysyniad a'r dechnoleg gweithgynhyrchu o falfiau pêl ceramig zirconiaI gefnogi'r fenter hon, Cerameg Strwythurol Shenzhen CSG Co., Ltd.ei sefydlu, gyda Li Gang wedi'i benodi'n Rheolwr Cyffredinol cyntaf iddo.

Gyda diwydiannu llwyddiannus cerameg zirconia yn CSG Structural Ceramics, daeth y cwmni'n raddol yn adnabyddus fel y “Academi Filwrol Huangpu” diwydiant cerameg zirconia Tsieina, gan feithrin cenhedlaeth o dalent peirianneg deunyddiau ceramig a falfiau.

Yn Mehefin 1992, Jin Haojun Mrymunodd â CSG Structural Ceramics fel peiriannydd cynnyrch. Medi'r un flwyddyn, dyluniodd a datblygodd yn llwyddiannus Falf bêl seramig gyntaf TsieinaYn 1993, pasiodd y cynnyrch brofion cenedlaethol a chafodd ei gymhwyso'n llwyddiannus yn y diwydiannau clor-alcali a lliwio tecstilau, yn nodi genedigaeth swyddogol falfiau pêl ceramig a gynhyrchir yn y cartref yn Tsieina.

Yn ystod y cam hwn, integreiddio dwfn “arloesi deunyddiau” ac “uwchraddio offer”nid yn unig yn mynd i'r afael â'r heriau hirhoedlog y mae falfiau diwydiannol yn eu hwynebu ond hefyd yn gosod y seiliau technegol, safoni, a marchnadar gyfer datblygiad byd-eang ar raddfa fawr o falfiau ceramig yn yr 21ain ganrif.

3. Cynnydd Cryfder Tsieina

(Diwedd yr 20fed Ganrif – 2010au)

Ar y pwynt hwn, y canolfan dechnoleg fyd-eang a galw'r farchnad am falfiau pêl ceramig wedi dechrau symudo Ewrop, yr Unol Daleithiau, a Japan tuag at Tsieina. Nid trosglwyddiad syml o gapasiti gweithgynhyrchu oedd y newid hwn, ond yn hytrach trawsnewidiad a ysgogwyd gan arloesedd annibynnol parhaus gan fentrau Tsieineaidd, gan eu galluogi i esblygu o ddilynwyr i fod yn arloeswyr ar draws sawl maes cymhwysiad.

Yn 1993, yn dilyn cymhwyso llwyddiannus cyntaf Tsieina falf pêl seramig zirconia pwrpas cyffredinol—wedi'i ddatblygu gan Shenzhen CSG—mewn prosiectau clor-alcali yn Byrnu Petrocemegola Petrocemegol Qilu, rhoddwyd caniatâd i'r cynnyrch patent falf pêl ceramig.

Yn Medi 1993, gwerthusiad o gyflawniad gwyddonol a thechnolegol a drefnwyd gan y Swyddfa Gwyddoniaeth a Thechnoleg Dinesig Shenzhen, yn cynnwys arbenigwyr falfiau a deunyddiau domestig enwog, daeth i'r casgliad yn unfrydol mai'r falf bêl seramig oedd “y cyntaf yn y wlad, gan gyrraedd lefel uwch cynhyrchion rhyngwladol tebyg, a falf sy’n deilwng o gael ei hyrwyddo’n eang.”

Yn Hydref 1993, yn dilyn y cymhwysiad diwydiannol cyntaf llwyddiannus, lansiodd Shenzhen CSG yn gyflym dylunio cyfresol a chynhyrchu màs, tra'n cyflymu hyrwyddo'r farchnad ar yr un pryd.

Yn Mai 1995, cydnabuwyd falfiau pêl ceramig ar y cyd fel a “Cynnyrch Cenedlaethol Newydd 1995”gan Gomisiwn Gwyddoniaeth a Thechnoleg y Wladwriaeth, Banc Diwydiannol a Masnachol Tsieina, y Weinyddiaeth Lafur, Gweinyddiaeth Materion Arbenigwyr Tramor y Wladwriaeth, a'r Swyddfa Goruchwylio Technegol.

Nid yn unig y gwnaeth archwiliad ac ymarfer CSG yn ystod y 1990au oresgyn heriau cynnar mewn deunyddiau a gweithgynhyrchu, ond hefyd heuodd yr hadau ar gyfer diwydiant falfiau ceramig Tsieina, gan brofi dichonoldeb amnewid domestig a datblygiad annibynnol.

Yn y cyfamser, Mr. Wang Chen, peiriannydd yn Gorsaf Bŵer Tianjin Dagang, sylwodd fod falfiau a ddefnyddir mewn systemau tynnu lludw a slag fel arfer yn para dim ond 4–6 misoherwydd traul difrifol. I fynd i'r afael â'r mater hwn, sefydlodd Shengkai falf Co., Ltd.yn Mehefin 1994, yn arwain datblygiad yn bersonol o falfiau giât ceramigwedi'i gynllunio'n benodol ar gyfer cynhyrchu pŵer, meteleg, a diwydiannau cemegolgweithredu o dan amodau gwisgo eithafol.

Rhwng 1999 a 2002, cydnabuwyd cyflawniadau Ymchwil a Datblygu Shengkai fel Cynhyrchion Newydd Allweddol Cenedlaetholam bedair blynedd yn olynol, gyda nifer o brosiectau wedi'u cynnwys yn Tsieina Rhaglen y Fflama Rhaglen Uwch-Dechnoleg “863”Cafodd y cwmni Ardystiad ISO 9001 DNVyn 2000 a chafodd ei gydnabod fel Menter Uwch-Dechnoleg Genedlaetholyn 2001.

Mae Tianjin Shengkai yn cael ei ystyried yn eang fel y arloeswr falfiau giât ceramig go iawnac un o'r gweithgynhyrchwyr falfiau ceramig cynhwysfawr cynharaf yn Tsieina, yn ogystal â'r cyntaf i wneud cais cerameg alwminai falfiau giât. Estynnodd ei gynhyrchion oes gwasanaeth trwy 10–20 gwaitho'i gymharu â falfiau metel confensiynol, gan ddatrys problemau gwisgo hirhoedlog mewn cymwysiadau diwydiannol yn sylfaenol. Ar ôl cael eu rhestru ar NASDAQ yn 2010, dechreuodd y cwmni gynhyrchu falfiau pêl ceramig.

Yn Tachwedd 1995, Mr Zhang Zhongqiaoo Wenzhou a sefydlwyd Wenzhou Zhongli falf Co., Ltd., gan ddechrau datblygu falfiau pêl ceramig trwy gaffael cydrannau strwythurol ceramig gan CSG. Canolbwyntiodd y cwmni i ddechrau ar cymwysiadau cemegol cyrydol iawn, gan gronni profiad gwerthfawr o ddisodli falfiau metel nobl drud gyda dewisiadau amgen ceramig.

Yn 1996, Gwaith Cemegol Fuxindaeth y cyntaf i fabwysiadu falfiau pêl ceramig Shenzhen CSG yn gynhwysfawr mewn prosiect newydd, gan gynrychioli'r achos cymhwysiad falf pêl ceramig mwyaf y 1990auyn Tsieina.

Yn Mehefin 1998, Jin Haojun Mr, gynt yn beiriannydd craidd yn CSG, a sefydlwyd Yantai Jintai Meilin, gan symud ymlaen â datblygiad falfiau pêl ceramig a gynhyrchir yn y wlad. Drwy optimeiddio strwythur y cynnyrch a gwella cyffredinolrwydd, llwyddodd i ehangu meysydd cymhwysiad o dadsylffwreiddio nwy ffliw, chwistrellu glo wedi'i falurio mewn ffwrnais chwyth (PCI), a rhag-driniaeth metel poethi diwydiannau cemegol glo, cemegol silicon, cemegol halen, cemegau mân, meteleg, a batris lithiwm.

Yn yr erthygl hon, rydym wedi adolygu taith falfiau pêl ceramig o ymddangosiad technolegol byd-eangi datblygiad gwreiddiol a thwf cynnar yn Tsieina.

Yn y rhandaliad nesaf, byddwn yn canolbwyntio ar sut Falfiau pêl ceramig Tsieineaidd, drwy ddatblygiadau technolegol parhaus ac ymgysylltiad dwfn â'r farchnad, wedi'i gyflawni cynnydd neidio a chystadleurwydd byd-eangyn nhon ddiwydiannol yr 21ain ganrif.