Китайские заводы по производству дисперсных фаз керамики

Когда говорят про китайские заводы по производству дисперсных фаз керамики, часто представляют конвейеры с идеальными сферическими частицами — на практике же форма распределения частиц напоминает скорее лунный кратер, чем гладкий шарик. Именно из-за этого заблуждения мы в 2020 году потеряли контракт с немецким автопроизводителем — их техотдел ждал монофракционный порошок, а мы привезли полидисперсный состав с хвостами распределения до 15 микрон.

Технологические парадоксы

На нашем производстве в Цзинане долго не могли стабилизировать процесс спекания пластин для горнорудной промышленности. Оказалось, проблема не в температуре печи (как думали сначала), а в том, что поставщик сырья менял режим помола без уведомления. Пришлось ввести ежесменный контроль гранулометрии — теперь каждые 4 часа оператор берет пробы и сверяет с эталонными гистограммами.

Интересно, что для износостойкой керамики иногда выгоднее специально создавать неоднородную структуру. Например, в композитах с UHMW-PE (сверхвысокомолекулярным полиэтиленом) мы намеренно вводим керамические включения разного размера — мелкие фракции работают как армирующий каркас, а крупные принимают основные абразивные нагрузки. Такие гибридные материалы сейчас тестирует ООО 'Шаньдун Цзиньруйда' в своих новых разработках для конвейерных лент.

Кстати, про Шаньдун Цзиньруйда — их сайт https://www.sdjrdhbkj.ru не просто так содержит раздел о керамических композитах. Они одни из немногих, кто реально использует микрокристаллический прокат в сочетании с дисперсной керамикой, а не просто декларирует это в технических паспортах. В прошлом месяце инженеры оттуда показывали нам образцы, где керамические включения были ориентированы в направлении прокатки — это дало прирост износостойкости на 23% по сравнению с изотропными аналогами.

Оборудование и его капризы

Наша линия распылительной сушки фирмы 'Чжуннань' иногда выдает странные результаты — при одинаковых настройках получаются то идеальные сферы, то сплюснутые агломераты. Техник Ван говорит, что виновата влажность воздуха в цехе, но я подозреваю нестабильность давления в форсунках. В прошлом квартале из-за этого брак достиг 7%, пришлось экстренно заказывать немецкие фильтры тонкой очистки.

Глубокая обработка керамических элементов — отдельная головная боль. Фрезеровка дисперсных фаз керамики требует специального инструмента с алмазным напылением, но даже он не гарантирует отсутствия сколов на кромках. Мы пробовали лазерную резку — получается чище, но стоимость операции возрастает в 4 раза. Сейчас экспериментируем с гидроабразивной резкой на оборудовании, аналогичном тому, что использует Шаньдун Цзиньруйда для своих литых каменных листов.

Кстати, их станки для глубокой обработки специальных деталей — это не маркетинговая уловка. В прошлом году мы заказывали у них фасонные элементы для системы аспирации, где требовалось совместить керамические вставки с полимерной основой. Сделали с допуском ±0.1 мм, хотя мы были готовы мириться и с ±0.3.

Сырьевые нюансы

Глинозем — основа основ, но его качество скачет от партии к партии даже у проверенных поставщиков. В августе получили материал с повышенным содержанием натрия — при спекании пошла неконтролируемая кристаллизация, вся партия плиток пошла в брак. Пришлось срочно искать альтернативного поставщика, нашли в провинции Хэнань, но там своя специфика — приходится увеличивать температуру обжига на 50 градусов.

Добавки диспергаторов — тема для отдельного разговора. Полиакрилаты работают стабильно, но дороги, фосфаты дешевле, но могут давать нестабильность в кислых средах. Для продукции типа износостойкой керамики Шаньдун Цзиньруйда применяет комбинированные стабилизаторы — подробностей не раскрывают, но по косвенным признакам (вязкость суспензии, время загустевания) могу предположить, что это модифицированные лигносульфонаты.

Интересный момент с водой для суспензий — мы перешли на деминерализованную только после того, как на готовых плитках начали появляться белесые разводы. Оказалось, ионы кальция из водопроводной воды образовывали нерастворимые соединения с диспергатором.

Контроль качества

Рентгеноструктурный анализ — обязателен, но недостаточен. Фазы могут быть определены правильно, а морфология частиц — нет. Ввели дополнительно электронную микроскопию для выборочного контроля, хотя это удорожает процесс на 15%. Зато теперь видим не только состав, но и реальное распределение включений в матрице.

Испытания на абразивный износ проводим по нестандартной методике — кроме традиционного теста по ASTM G65, добавили имитацию реальных условий с влажным песком. Именно после таких испытаний выяснилось, что наши композиты с UHMW-PE превосходят чистокерамические образцы в условиях высокой влажности — видимо, полимер работает как демпфер.

Шаньдун Цзиньруйда в своих протоколах контроля использует методологию, близкую к немецким стандартам — возможно, сказывается опыт работы с европейскими заказчиками. На их сайте https://www.sdjrdhbkj.ru есть описание системы менеджмента качества, но некоторые детали (например, частота калибровки измерительного оборудования) остаются за кадром — коммерческая тайна, что поделаешь.

Практические кейсы

Для угольного разреза в Шэньси делали футеровку с увеличенным содержанием дисперсной керамики — заказчик жаловался на быстрый износ стандартных плит. Увеличили долю карбида кремния до 40%, но столкнулись с проблемой спекания — пришлось разрабатывать многостадийный режим обжига с выдержкой при промежуточных температурах. Результат — срок службы увеличился в 2.3 раза, но себестоимость выросла на 60%.

Еще был забавный случай с браком — отгрузили партию плиток для цементного завода, а они через месяц посыпались. Расследование показало, что оператор перепутал маркировку и использовал состав для химической промышленности вместо горнорудного варианта. Теперь ввели цветовую маркировку всех промежуточных продуктов — просто, но эффективно.

Шаньдун Цзиньруйда в своем ассортименте предлагает литые каменные листы с керамическими включениями — интересное решение, хотя я сомневаюсь в их эффективности при ударных нагрузках. Коллеги оттуда признавались, что этот продукт больше для нишевых применений в архитектуре, где важнее декоративные свойства, чем механические.

Перспективы и тупики

Наноразмерные дисперсные фазы — модно, но не всегда практично. Пробовали вводить 20 нм частицы оксида циркония — прочность действительно растет, но только до определенного предела, дальше начинается агломерация и прочность падает. К тому же стоимость такого сырья неподъемна для массового производства.

Гибридные материалы с полимерами — более перспективное направление. Композиты на основе ПВХ или ПП (как те, что производит Шаньдун Цзиньруйда) с керамическими наполнителями уже показывают хорошие результаты в условиях умеренных нагрузок. Думаем над адаптацией их технологии для наших продуктов.

Автоматизация — наш следующий шаг. Ручное дозирование компонентов для дисперсных фаз керамики дает погрешность до 5%, что критично для ответственных применений. Присматриваемся к системе взвешивания итальянского производства, но пока не решаемся — дорого, да и обслуживание будет сложным.