图为对陶瓷旋转接头设计新品进行耐压力测试

新品螺旋直径为4mm.左图为产品实际图，右图为模拟图

照片来源：Fraunhofer IWM（德国弗劳恩霍夫材料力学研究所）

　　【eCorr中国腐蚀与防护网消息】钢在多数情况下性质较为稳定，但高温、酸性环境容易对其产生影响。目前绝大多数螺丝由钢制成，研究人员正在开发一种陶瓷螺丝替代钢制螺丝，现已能对陶瓷螺丝的耐压能力进行准确预估。

　　如果几秒钟的分神使你在路上绊倒，诊断结果为复合性骨折，医生会用夹板对骨片进行固定以确保骨头正确愈合。若使用金属螺丝固定夹板，会有不相容的风险，因此许多医生会选择陶瓷螺丝。长期植入物都面临相似的问题。即使只是一个小小的螺丝，只要其包含金属材料，便会产生磁性，妨碍核磁共振成像诊断以及未来对电脑的使用。由于陶瓷螺丝具有绝缘性，并且在酸、碱液中较稳定，还可应用于化学、电气和热能领域。陶瓷螺丝能够承受1000℃以上的高温，而金属螺丝在500℃便会软化。除了螺丝，工业炉也几乎全由陶瓷制成，以承受高温。“最弱的材料会限制产品的应用，因此螺丝工作温度不能超过其能承受的最高温度。” 弗劳恩霍夫材料力学研究所研究员Christof Koplin介绍道，“陶瓷螺丝可以帮助我们最终实现向全瓷技术的飞跃。”

　　但如今生产商仍对此持怀疑态度：众所周知，陶瓷脆性很大。尽管一些陶瓷制品的承载能力与钢接近，但当材料被制成最终的螺旋状后，据估计，其强度只有原来的10%-20%.直到现在，螺丝生产商还不清楚这些螺丝可以承受的负载。

　　螺丝硬度测试

　　德国弗莱堡IWM的研究人员与德累斯顿弗劳恩霍夫陶瓷技术和烧结材料研究所IKTS和柏林工业大学机床和工厂管理研究所IWF的同事们一起，正致力于通过螺丝实验设备及计算机模拟研究该问题。据Koplin介绍，研究人员正在对不同的陶瓷螺丝进行测试，以检验它们所能承受的压力。该项目由德国联邦经济与技术部（BMWi）和德国联邦工业研究协会（AiF）提供资金支持。

　　同时，研究人员也在优化螺丝设计。而挑战在于，即使是相同的螺丝，其负载能力也大不相同。因此，螺丝的负载受限于他们所能承受的最小载荷。陶瓷成分则是影响负载能力的决定性因素。在生产过程中，如果有小微粒不慎进入材料主架，会产生微小裂纹，从而使材料失效。研究人员正在对生产工艺进行优化，以避免生产过程中裂纹的出现。“我们可以通过减少分布曲线的范围来提高螺丝的抗压能力。”Koplin介绍道。他认为之前螺丝的螺纹处理步骤存在很大的改进空间，可以通过注射成型或砂纸打磨进行改进。在工艺优化之后，螺丝生产商可向IWM获知满足螺丝目标承载能力的最优设计及最佳生产工艺。

　　研究人员用该实验装置对其实验室制造的陶瓷螺丝进行了耐压力测试，陶瓷螺丝的承载能力超过钢样品承载能力的30-50%,该结果表明优化工艺已见成效。如果螺丝再大一些，在多数领域中该承载能力已足够满足应用需求。

　　原文网址：http://phys.org/news/2014-04-ceramic-corrosion-resistant.html


 

责任编辑：刘娟

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