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阀门广泛地应用在现代工业的各个领域。但是在一些复杂、恶劣甚至极端的环境和场合,传统金属阀门已无法突破其材料上的极限,不能适应特殊工况的设计要求。因此,将新型陶瓷材料引入传统阀门行业是必然的选择。新型陶瓷又称陶瓷、精细陶瓷等,包括结构(或工程)陶瓷和功能陶瓷两大类,由于不同的化学组分和晶相结构,使其具有不同的特殊性质和功能,如高强、超硬、耐温、耐腐、绝缘及各种电、磁、光和生物相容性等,可以广泛用于机械、电子、化工、冶金、电力、医药、航空航天等各个方面,成为近代科学技术的重要组成部分。2 特点20世纪80年代,新型陶瓷材料的研究开发随着工业技术的发展,形成了一股热潮,新型特种结构陶瓷材料也由此在工业领域开始了大规模的应用。目前,各类工程陶瓷材料在世界上一些发达地区已形成了广泛和稳定增长的市场。(1)氧化铝较早进入传统阀门行业的是以氧化铝(Al2O3)为主体的陶瓷材料,其硬度达到92HRA,抗弯强度350MPa,虽然脆性较大,但成型、烧结性能较好、成品率高。由于受自身强度和脆性的限制,除在一些对强度要求不高的场合(例如水龙头阀芯等)可用Al2O3直接制成整体阀瓣以外,在严酷的工业环境下,一般多通过镶嵌、粘结等方式将Al2O3瓷件附于金属表面,既利用金属作为支撑骨架以解决其脆性大、强度低的不足,同时又发挥其超高的硬度对金属材料起到保护作用。目前,采用此方式生产的主要是闸阀,适用于温度不高、无腐蚀工况下磨损、冲刷严重的场合,以延长和提高阀门的使用寿命。金属表面进行陶瓷热喷涂也一直是被寄予厚望的解决方案,但受制于金属与陶瓷材料极性的不相容,一直没有解决好涂层的强度低、易剥落、热胀冷缩一致性差的问题,在阀门行业尚未开始成熟地应用。在阀门行业特别是控制阀中占主导地位的是球阀和蝶阀。受结构和形状的限制,在设计和制造陶瓷球阀和蝶阀时不宜采用Al2O3常用的镶嵌、粘结等方式,目前可行和可靠的方法是采用整体实芯式陶瓷结构来制备全陶瓷阀门。经过等静压成型、热压烧结等工艺处理,陶瓷制品内在缺陷大为减少,整体强度和可靠性得到很大的提高。(2)氧化锆，目前,陶瓷球阀、蝶阀主要材料都是使用氧化锆(ZrO2)陶瓷。氧化锆陶瓷与其他陶瓷材料相比,具有更突出的优良特性。稳定的化学性质,能经受现有大多数腐蚀性介质的侵蚀。较高的强度,硬度达到87HRA,抗弯强度\1150MPa,断裂韧性高达35MPa#m1/2。良好的可加工性,可实现超净加工,以此可极大地降低陶瓷阀门的开启扭矩。¼与金属材料相近的膨胀系数,可实现在各种温度环境下和金属材料配合的同步。½极好的抗热震性能,vT(e)\250。(3)整体式 作为特种阀门领域里的新品种,陶瓷阀门的发展除了要与市场需求同步外,还必须要以过硬的品质接受市场的检验,这要求生产厂家必须具备很高的材料技术和陶瓷加工技术。整体式陶瓷阀门制造技术要求非常高,并存在一定的难点。陶瓷内在缺陷的不可测性。陶瓷材料目前尚无法象金属材料那样进行准确的内在质量检测,这是一项世界性的难题。这要求生产厂家必须要有稳定和娴熟的、从陶瓷制粉到压制成型、烧结及加工等全面的生产技术和装备,并具备严密和完善的质量控制体系,以幅度减少缺陷概率,提升产品的可靠性。氧化锆陶瓷难于成型,烧结的收缩率较大,特别是V形球阀、蝶阀等复杂形状的陶瓷零件,极易在这些过程中形成缺陷并影响产品的质量,因此在结构设计方面要突破传统金属阀门的思维方式,必须尽量避免设计成直角或尖角等容易产生应力的结构,壁厚也要尽可能大而且均匀。陶瓷的硬度高,属超硬材料,加工手段少、难度大。对于开关型和调节型陶瓷阀门来说,必须要确保陶瓷件的尺寸公差、形位公差和配合精度,才能有效提高阀门的密封性以及零配件的互换和配套能力。3 现状由于制备全陶瓷阀门对生产厂家的技术水平和装备水平要求很高,一直以来,世界上仅有少数几个可以生产此类全陶瓷阀门,其产品占领绝大部分的市场。