석유 산업에 구조용 세라믹 재료의 응용

신소재의 세계에서는 세라믹재료, 금속재료, 유기고분자재료가 삼원적 힘을 형성함과 동시에 서로 복합되어 서로의 장점을 배우고 약점을 보완하여 새로운 소재의 기둥이 됩니다. 기술 혁명.

세라믹은 주로 일부 비금속 광물, 질화규소, 산화규소 등으로 구성되어 있습니다. 강철에 비해 내열성과 내화학성이 우수하여 각종 합금을 대체하여 내연기관 등 고온 기계 장비 제조에 매우 적합합니다. 엔진. 1990년대 이후 핫멜트 기술과 분무 건조 기술이 더욱 발전하면서 사람들이 세라믹의 실제 구성을 이해하는 데 도움이 되었습니다. 세라믹을 모체재료로 사용하고 연속섬유, 위스커, 입자 등의 강화제와 혼합하여 생성된 세라믹 복합재료는 항공, 정밀기기, 기계공구, 전자공학 등 다방면에서 복합 세라믹 장치를 제조하는데 사용될 수 있습니다. 그리고 인체.

​​​​하이테크 컴파운딩 후 일반 세라믹의 피로 강도와 내식성은 강철이나 내열합금 재료보다 훨씬 높습니다. 특히 엔진, 항공우주 장비 또는 다이빙 장비를 만드는데 이상적입니다. 마이크로파 건조 기술이 점점 더 완벽해짐에 따라 복합 세라믹의 성능은 계속해서 향상되고 있습니다. 독일 공구 제조업체는 복합 세라믹의 경도를 활용하여 금속판 절단용 드릴 비트 및 나이프와 같은 절단 공구를 생산합니다. 영국 기업들은 감속기어, 볼샤프트 및 기타 제품을 생산할 때 복합 세라믹의 사용도 늘렸습니다. 인체에 들어가는 특정 금속 지지체를 대체하기 위해 복합 세라믹을 사용하려는 미국 의료 부문의 목표도 현실이 되었습니다. 2000년 말까지 국제 시장의 첨단 복합 세라믹 매출은 서유럽 시장의 550억 달러, 일본 시장의 300억 달러를 포함하여 1,900억 달러에 이르렀습니다. 21세기에 들어서면서 미국, 유럽 공동체, 일본 및 일부 개발도상국의 첨단 복합 세라믹 개발에 대한 투자 증가율은 20%를 초과할 것입니다. 미군만 복합 세라믹 연구 및 개발에 2억 달러를 투자했습니다. 고급 구조용 세라믹은 자동차, 항공기, 에너지 운송, 전력 장비 및 기계 산업에 널리 사용되어 왔으며 점차 화학 산업, 원자력 공학, 의료 장비 및 식품 기계 및 기타 산업에서 사용되고 있습니다. 주요 용도로는 각종 고온구조부품(노즐, 열교환기, 세터, 고온필터, 고온볼밸브, 발열체 등)이 있습니다.등), 내마모 부품(베어링, 볼밀 미디어, 탈수판 등), 부식 방지 부품(예: 파이프, 볼 밸브, 펌프 재료 등), 씰, 충격 방지 구조 부품(세라믹) 장갑), 엔진용 세라믹 부품 등

1980년대 국제 석유위기를 배경으로 각국은 세라믹 엔진 개발에 막대한 자금을 투자하기 위해 경쟁했고, 이로 인해 수많은 첨단 세라믹, 특히 구조용 세라믹 제품 및 준비 기술이 개발되었습니다. 현재 첨단 세라믹을 이용해 개발한 자동차 세라믹 엔진 부품과 세라믹 분말을 사용해 표면을 개질한 자동차 부품이 대거 출시돼 자동차의 작동 성능이 크게 향상됐다.

세라믹 재료의 군사적 사용은 항상 미국 첨단 재료 프로그램의 주요 부분이었습니다. 세라믹은 유리-세라믹 장갑 조종석부터 패트리어트 미사일, 아파치 헬리콥터에 이르기까지 군사 장비에 널리 사용됩니다. 경량 세라믹은 현대 전투기에도 널리 사용됩니다. 승무원을 지상 공격으로부터 보호하기 위해 기내 좌석, 측면 및 바닥에 세라믹 갑옷이 설치되는 경우가 많습니다. 세라믹은 많은 군용 레이더 통신 시스템에도 사용됩니다. 패트리어트 미사일 시스템의 레이더는 세라믹 부품으로 구성됩니다. 구조용 세라믹의 경우 절삭 공구의 수명은 일반 금속 공구보다 수십 배 더 깁니다. 예를 들어, 탄질화티타늄 기반 초경합금과 단결정 다이아몬드는 비철금속, 세라믹, 유리, 흑연 및 기타 재료를 정밀 가공하는 데 가장 적합한 도구입니다.

에너지, 운송, 자동차, 항공우주, 전자, 군사 및 기타 분야에서 이러한 재료에 대한 수요가 증가함에 따라 고성능 세라믹 절단 도구의 적용이 더욱 널리 퍼질 것입니다.

고급 구조용 세라믹은 고강도, 고온 저항, 내마모성, 내식성, 작은 비중 및 우수한 화학적 안정성과 같은 많은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 금속 및 고분자 재료와 비교할 때 가장 큰 단점은 부서지기 쉽고 충격에 강하지 않다는 것입니다. 따라서 첨단 구조용 세라믹 재료의 적용 범위와 속도는 주로 작업의 두 가지 측면에 달려 있습니다. 하나는 세라믹의 취성 문제를 해결하는 것이고, 다른 하나는 생산 공정의 경제성입니다. 특히, 세라믹의 특성은 원료의 입자크기, 순도, 소성 후 미세구조, 가공조건 등에 매우 민감하므로 새로운 세라믹 소재의 연구개발과 생산공정의 개선이 동시에 이루어져야 하며, 그리고 그 둘은 분리될 수 없습니다.

석유산업의 유전 중 하나인일부 드릴링 장비 부품, 리프팅 장비 부품, 펌프, 볼 밸브, 파이프 조인트, 다양한 파이프라인 및 내식성과 내마모성이 요구되는 기타 여러 부품의 경우 세라믹이 금속을 대체하여 서비스 수명을 연장하고 오일 회수율을 높이는 것을 고려할 수 있습니다. 또한 폼 세라믹, 초소성 세라믹, 플라스틱 복합 세라믹, 세라믹 분말 윤활제 및 다양한 파인 세라믹 재료 및 부품도 석유 산업에서 널리 사용됩니다.

​​​​경량 발포 세라믹은 독립적인 기포 구조, 작은 비중, 우수한 가공 성능, 우수한 단열 및 고온 저항을 가지고 있습니다. 이러한 경량 발포 세라믹은 세라믹 분말과 발포제를 혼합한 원료를 가열하여 발포시킨 무기질 경량 발포체입니다. 소결 공정 조건과 원료의 배합을 조절함으로써 폴리우레탄 폼과 같이 균일한 독립 셀(직경 0.1mm~3mm)을 갖는 구조가 생성됩니다. 콘크리트보다 단열성능이 8~20배 높고, 최대 내열온도는 800°C에 이른다.

고온 구조용 세라믹 재료의 개발 외에도 표면 필름 세라믹 재료의 응용 범위가 지속적으로 확대되고 있으며 개발 전망은 매우 낙관적입니다. 소형화, 다층화, 박막화, 다기능화 경향이 있습니다. 기계 및 화학 산업 분야에서 사용되는 것 외에도 세라믹 필름으로 덮인 금속 공예품도 성공적으로 생산되었습니다. 예를 들어, 최근 일본에서는 마음대로 늘리고 접을 수 있는 탄성 세라믹 소재가 출시됐다. 이 방법으로 생산된 질화규소 소결 세라믹은 절삭공구, 실링링, 베어링, 노즐 등 각종 복잡한 형상의 제품과 각종 내열성, 내마모성, 내식성 제품 등을 효율적이고 경제적으로 제조할 수 있다. . 기능성 세라믹은 이제 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 예를 들어 초전도 세라믹은 저항과 열손실 없이 전류를 흐르게 할 수 있어 자기부상열차는 시속 200~300㎞의 속도로 주행할 수 있어 전망이 무궁무진하다. 슈퍼컴퓨터의 데스크탑 크기 컴퓨팅 장치는 오늘날의 컴퓨터보다 수천 배 빠르게 실행됩니다. 기능성 세라믹의 다른 응용 분야로는 다양한 센서, 액추에이터, 광전자 재료, 반도체 및 다층 커패시터가 있습니다. 세라믹 코팅은 금속과 같은 많은 재료를 보호하거나 윤활하는 데에도 자주 사용됩니다.

이러한 세라믹 코팅은 컴퓨터 및 기타 전자 장치의 정전, 구성 요소 오작동 및 과도한 마모를 효과적으로 방지할 수 있습니다. 고성능 세라믹 재료의 가공에서는 최근 레이저 가공 기술이 보편화되었습니다. 세라믹 재료의 레이저 가공 기술은 가공 비용을 50%까지 절감할 수 있습니다. 이 스킬이 기술은 금형 제조 비용으로 인해 금형을 사용하지 않고 생산되는 소규모 배치 및 소규모 사양의 특정 세라믹 부품에 특히 적합합니다. 먼저, 세라믹 재료를 레이저를 사용하여 1000°C로 가열하여 연화시킵니다. 레이저의 강도와 가열되는 면적을 정밀하게 제어해야 하며, 가열되는 면적은 재료의 아주 작은 부분으로 제한됩니다. 뜨거운 세라믹 재료는 가공을 위해 초경질 붕소화 재료로 만들어진 선반으로 이동됩니다. 레이저 가공의 가장 큰 장점 중 하나는 단일 절단으로 복잡한 기하학적 치수를 얻을 수 있다는 것입니다. 반면 기존 방법에서는 재료를 형성하기 위해 여러 개의 선반이 필요합니다.