不同類型的陶瓷噴嘴材料磨損行為存在的差異

   不同類型的陶瓷噴嘴 材料在沖蝕磨損過程中其磨損行為存在較大的差異，這歸結(jié)于材料的結(jié)構(gòu)特征；同一材料在不同外部沖蝕條件下其磨損行為同樣存在著差異，這歸結(jié)于沖蝕條件對沖蝕行為的影響。由于碰撞過程受環(huán)境以及顆粒和壁面材料等因素的影響，進(jìn)行精1確的理論計算相當(dāng)困難，且目前尚無這方面的詳細(xì)實(shí)驗數(shù)據(jù)。以往對金屬等延性材料的磨損研究較多，而對脆性材料的沖蝕機(jī)理仍停留在用彈塑性力學(xué)理論的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行。從 Finnie關(guān)于沖蝕磨損的微切削機(jī)理提出以后，人們又陸續(xù)提出了一些其他機(jī)理，如疲勞磨損機(jī)理、薄片剝落機(jī)理、二次沖蝕機(jī)理、絕熱剪切變形局部化機(jī)理和脆性斷裂機(jī)理等?；谶@些機(jī)理建立的脆性材料沖蝕磨損模型這些模型是在不同的假設(shè)前提下建立起來的，使得模型的應(yīng)用存在一定的局限性，其缺陷在于：

1)沖蝕磨料顆粒并非是一種球型，在沖蝕時顆粒同時也要受到被沖蝕材料的反作用而變形或破碎。同時，這些模型未考慮到顆粒與被沖蝕材料之間的相互影響。

2) Evans沖蝕磨損理論認(rèn)為，不論顆粒沖擊能量的大小，沖擊點(diǎn)局部的磨損機(jī)制皆為橫向斷裂機(jī)制所控制，因而導(dǎo)致公式中沖蝕速度因子比實(shí)際偏高(n=3.17)。相反，Ruf和Wiederhorn等的沖蝕磨損模型假設(shè)中認(rèn)為沖擊動能完全由材料的塑性變形所吸收，因而在公式中表現(xiàn)出了沖蝕速度因子偏小(n=2。相反，Ruf 和 Wiederhorn等的沖蝕磨損模型假設(shè)中認(rèn)為沖擊動能完全由材料的塑性變形所吸收，因而在公式中表現(xiàn)出了沖蝕速度因子偏小(n=2.4)。

?脆性陶瓷噴嘴材料的沖蝕理論

   對脆性陶瓷噴嘴材料沖蝕磨損機(jī)理的研究，一般是將彈塑性力學(xué)應(yīng)用到?jīng)_蝕破壞過程中，利用顆粒沖擊材料表面后在彈塑性損傷區(qū)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的變化過程來分析各種裂紋的形成和擴(kuò)展。使用壽命長由于陶瓷噴嘴是由95％(^J203)的鋁土制成,其化學(xué)成分穩(wěn)定,機(jī)械強(qiáng)度良好,長期使用的溫度為l_600℃,短時間可達(dá)175017。沖蝕顆粒作用于脆性陶瓷噴嘴材料，在被沖蝕表面形成壓痕，壓痕周圍產(chǎn)生一定的塑性區(qū)。隨沖擊能量的增大，塑性區(qū)尺寸也將增大，當(dāng)達(dá)到定值時，首先在應(yīng)力集中1大的塑性區(qū)底部形成圖所示的中央徑向裂紋，隨著沖擊能量的逐漸增大，徑向裂紋逐漸擴(kuò)展。

壓痕應(yīng)力場可以分解為彈性應(yīng)力場和殘余應(yīng)力場兩部分，彈性應(yīng)力場隨硬質(zhì)點(diǎn)載荷的去除而去除，而殘余應(yīng)力場是由壓痕塑性區(qū)與其周圍的彈性區(qū)不匹配所造成的。磨料粒度越大,對高硬度陶瓷噴嘴的沖蝕磨損率影響越嚴(yán)重，而磨料粒度對硬質(zhì)合金噴嘴沖蝕磨損率的影響與陶瓷噴嘴相比不劇烈，其相對較高的沖蝕率主要來自磨料高硬度的貢獻(xiàn)。在殘余應(yīng)力場的作用下，質(zhì)點(diǎn)載荷的去除過程中在壓痕周圍形成輻射狀的橫向裂紋。卸載過程中產(chǎn)生橫向裂紋主要是因為原來的壓應(yīng)力場轉(zhuǎn)換為張應(yīng)力場，形成橫向裂紋是材料表面碎裂和導(dǎo)致脆性材料沖蝕發(fā)生的主要原因。

?圓柱形直孔陶瓷噴嘴應(yīng)力分析

（1）網(wǎng)格劃分

圓柱形直孔陶瓷噴嘴的網(wǎng)格劃分示意圖，將噴嘴沿軸線縱剖，在噴嘴網(wǎng)格劃分壁厚與長度所形成的矩形中(6mm×30mm)劃分6 ×15的網(wǎng)格。

(2)邊界條件

采用尺寸為中20mm×中8mm×30mm的噴嘴，60 目SiC磨料。B4C/(W,TiC)陶瓷噴嘴材料的彈性模量E=410GPa， 泊松比vt=0.2;SiC 磨料的彈性模量ED=475GPa，泊松比vp=0.142，密度為3.150g/cm3；噴嘴的兩個端面添加約束；在噴嘴入口端面施加均布壓力載荷， 內(nèi)孔施加坡度壓力載荷。5bar（500psi））和高壓工業(yè)細(xì)水霧噴嘴（工作壓力大于345bar（500psi））。載荷的大小按速度的不同由式(5-3) 計算。圓柱形直孔噴嘴邊界條件施加，X軸表示噴嘴軸線所在的位置，三角符號表示約束，施加載荷和約束的長方形表示噴嘴縱剖截面。

陶瓷噴嘴的制備是怎樣的

  陶瓷噴嘴 材料常用的原料有：氧化物、碳化物、硼化物、氮化物和添加劑等，它是由各種原料粉末及添加劑混合后經(jīng)粉末冶金工藝（主要是熱壓燒結(jié)）而制成的，其流程有：原料處理-混料球磨-干燥過篩-燒結(jié)成型-加工檢測。

首先，原材料的處理。陶瓷噴嘴是由各種粉料及添加劑混合后經(jīng)粉末冶金工藝而制成的，原材料的特性在一定程度上決定或影響其后的陶瓷噴嘴材料的制備工藝及性能。對原材料用粉末的基本要求有：1、細(xì)微化。2、高純化。3、粉末的形態(tài)、形貌。

粉料的球磨：按照一定比例配置的混合原料，由于粒度過大，必須進(jìn)行強(qiáng)化球磨，球磨的目的是使混合粉末進(jìn)一步細(xì)化，有利于提高材料致密程度，并降結(jié)溫度。純碳化硅陶瓷的強(qiáng)度、斷裂韌性和韌性均較低，在應(yīng)用中容易發(fā)生脆性斷裂，應(yīng)用受到限制。粉料的干燥：濕磨或濕混合后的液體介質(zhì)要干燥去除，漿料的干燥一般在真空干燥系統(tǒng)中進(jìn)行，要保證原料的徹底干燥。