一、        引  言

1.      金属阀门的局限性

利用金属材料制造阀门产品有悠久的历史，在人类生产技术发展历程中起过不可替代的巨大作用。随着工业技术的发展，对阀门产品不断地提出新的要求，同时也促进了阀门产品在材料、结构及加工工艺方面的飞速变革。广大科技人员及科研机构对阀门使用的金属材料的研制，就是其中的一部分，不论在金属材料的品种上和加工工艺方面都取得了巨大的成绩。

但是终因金属本身的结构及其物理化学的决定，限制了它在高流速、高磨损、强腐蚀等恶劣工况下的使用，致使阀门寿命短、失效快、造成泄漏，从而影响了工业系统的正常稳定运行。

2.      陶瓷材料的应用及陶瓷阀门的定义

新型结构陶瓷与传统工业陶瓷相比，具备了许多卓越的性能，它可以用于恶劣环境下的耐蚀、耐磨、耐高温部件。尤其是韧性的提高使陶瓷材料有了更广泛的应用领域，其在阀门中的应用就是一个成功范例。用陶瓷材料制造阀门的阀芯部件及流道部件，诞生了陶瓷阀门这一新的概念。

二、        选择陶瓷材料的科学依据

1.      材料失效机理

材料的断裂、腐蚀、磨损是材料失效的三大要素，30％～50％的能源消耗于磨损，80％的材料失效于磨损。

混有多棱角固相颗粒的介质，流经流道和密封副表面时产生的效果犹如磨削一样，介质中的颗粒会对材料表面产生不规则的磨削，使其表面材料产生切削，并不断的被介质冲掉，从而又出现新的材料表面，又继续上述磨损过程，致使材料很快失效。

强腐蚀性介质，通过材料表面的化学腐蚀和电化学腐蚀，使材料不断被腐蚀变质，并溶入流动的介质中，同时新出现的表面，继续被腐蚀，连续不断，最终导致材料失效。

因此材料科学工作者非常重视对材料耐磨性的研究，陶瓷材料的出现是一个很大的转折点，陶瓷材料非常耐磨，材料的使用寿命大大提高了。

2.  结构陶瓷材料的特性

陶瓷材料由于其晶体结构及化学键形式，较其他材料更耐磨、耐腐蚀、耐高温和抗变形。这是因为陶瓷材料的原子结合一般是离子或共价键结合，比金属具有高得多的结合强度；其次，陶瓷材料可以说是结构敏感材料，致密烧结的陶瓷材料具有比金属高得多的弹性模量；再者，陶瓷材料普遍不显示其塑性特点，不像金属那样容易产生塑性变形，因此体现了陶瓷材料高硬度抗磨损的特性。

3.陶瓷材料的发展趋势

随着新型材料科学技术的不断发展和进步，陶瓷材料技术更加趋于成熟和完善，陶瓷材料因其具有以上优良的特性，得到了广泛的应用，但是陶瓷

材料的缺陷在于它的脆性（裂纹）、均匀性差、可靠性低、韧性较差，因而其应用受到了较大的限制。近十几年来，由于马氏体相变增韧技术、复合材料技术及纳米陶瓷概念的发展及进步，已使陶瓷材料的“脆性”得到了大大改进，其韧性和强度得到了极大的提高，使陶瓷材料具有像金属一样的柔韧性和可加工性，应用范围不断扩展。

三、陶瓷阀门的特性

1、陶瓷材料在阀门中应用的理论基础

1.1陶瓷材料韧性的提高和陶瓷加工设备的发展，使陶瓷材料的精密加工成为可能。

随着马氏体相变增韧技术、复合材料技术及纳米陶瓷的出现，陶瓷材料的韧性大大提高了，使其应用于工业领域成为可能。烧结后的陶瓷材料，其形状尺寸和表面质量等通常难以满足使用要求，须进行适当的加工和处理，因陶瓷材料很硬，莫氏硬度为7-8，仅次于金刚石，加工只能用金刚石刀具靠磨削来完成。目前国内外尚无现成的实现大口径陶瓷件的加工设备，我们采用在现有通用机床上进行改造，变成多种形式的“磨床”来磨削陶瓷工件。陶瓷加工时，要选择适当的加工条件，如应用金刚石砂轮磨削时，使用低浓度的油性切削液，可防止粉末状切削或脱落的磨粒残留在工件表面上而导致表面划伤和加速砂轮磨损；而研磨时应采用细软的研具，且使用蒸馏水或去离子水，可防止被加工件的氧化或因研磨液中的杂质引起表面划伤。陶瓷材料韧性的提高和陶瓷加工设备的发展，使陶瓷材料的精密加工成为可能。陶瓷材料本身所具备的优良特性及现代陶瓷技术的改进决定了陶瓷材料在阀门行业中应用的可行性。

1.2根据对阀门的不同要求，陶瓷与金属阀体的配合采用不同的技术路线

针对陶瓷与金属热膨胀系数的不同，我们采用几种技术路线：

1）用过 配合，首先将金属部件加热，使其膨胀到一定温度，可将陶瓷部件嵌入金属阀座或阀芯内。

2）选择粘接剂粘接工艺。

3）设计特殊机械机构来固定陶瓷和金属。

2、合理应用陶瓷材料改善了阀门性能，延长了使用寿命

根据对阀门的不同技术要求，阀芯材料选择不同的配方和不同工艺的陶瓷材料。根据不同的工况要求，可选择不同的陶瓷材料配方用于阀芯，内衬等，主要供选择的有部分稳定氧化锆陶瓷（PSZ）、四方氧化锆多晶体陶瓷（TZP）、氧化锆增韧氧化铝陶瓷（ZTA）和氧化锆增韧莫来石陶瓷（ZTM）材料，陶瓷材料的选择主要视实际工况而定，在不同的工况下选择合适的陶瓷材料。普通中、低压及温度在350℃下的工业系统，我们采用ZTA、和PSZ陶瓷，为满足高温高压、高撞击场合，我们将原有的微米级陶瓷粉体部分加以进一步细化使之粒度达到纳米级来改善其多项性能指标。这不仅改善了阀门的性能，还提高阀门的性价比，大大延长了阀门的使用寿命。

四、陶瓷阀门的应用领域

1、陶瓷阀门在高磨损工况下的应用

陶瓷的高硬度可以使陶瓷阀门应用在高磨损的恶劣工况下，例如电站、冶金锅炉的除灰系统、煤粉制备和锅炉给煤系统、炉底渣处理系统、锅炉排污管道、高炉煤粉喷吹系统、高炉水冲渣系统、高炉和转炉煤气清洗系统、氧化铝粉输送系统、炼油厂三旋分装置等等。

2、陶瓷阀门在强腐蚀工况下的应用

陶瓷阀门可以应用于强腐蚀性工况条件下，例如锅炉烟气的脱硫脱硝系统、石油化工的酸碱强腐蚀工况，特别是高温下的强腐蚀，以及腐蚀和磨损同时存在的恶劣工况更能显示出陶瓷材料的优越特性。

3            陶瓷阀门在食品卫生行业的应用，大大提高其卫生等级。

陶瓷材料同金属材料相比卫生等级高，由于陶瓷在阀门内腔中的使用，杜绝了在食品制药等生产环节中，由于物料输送中的磨损将金属微粒带入食品或药品中去，可以满足医药、食品行业中对卫生等级有较高要求的工况条件。

五、        陶瓷阀门的发展远景

1.      合理应用陶瓷材料降低成本，提高阀门性能

根据不同的工况，在阀门中合理的应用陶瓷材料，提高了阀门产品的耐磨性、防腐性、抗高温高压及密封性，集中体现为大大延长了阀门的使用寿命。工业陶瓷阀门的使用提高了系统运行的安全性、稳定性，节约企业的制造成本和检修成本。制造陶瓷的原料广阔，用铝、碳、硅等普通元素就能制造出性能优越的陶瓷材料，可以节约大量金属材料和稀有的矿产资源。

2.      陶瓷阀门的被认知，推动陶瓷阀门的普及化及产业化

随着陶瓷材料技术的成熟和完善，陶瓷阀门以其优异的性能越来越被业内人士所认同，陶瓷阀门相对于金属阀门在经济效益和社会效益上所显示出的优势、势必会带动陶瓷阀门替代金属阀门，向产业化发展，同时也逐步将这种新型材料移入到其他工业领域，带动工业领域科技的进步与发展。