陶瓷阀的发展与现状
Development Status of Ceramic Valves
——访烟台金泰美林科技有限公司总经理金浩军先生
——Talk with Mr. Jin Haojun, GM of Yantai Kingway Science & Technology Co., Ltd.
文/刘卫《控制阀信息》编辑部
目前各行业普遍使用的阀门为金属阀门，金属阀门的使用已有上百年的历史，虽然金属阀门经过结构及材料的改进，但受金属材料属性的限制，在应对化工、煤炭、石油等恶劣环境下越来越高磨损、强腐蚀等恶劣工况的需求时，会出现易泄漏、扭矩大、密封面不耐腐蚀的情况，使用寿命短，泄漏严重等情况，大大影响了系统运行的稳定性。而将陶瓷材料应用于工业阀门是一项大胆和有益的创新。
不同于普通的陶瓷材料，结构陶瓷具有优越的强度、硬度、绝缘性、热传导、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐磨耗、高强度等特点，因此，在非常严苛的环境或工程应用条件下，所展现的高稳定性与优异的机械性能，在材料工业上倍受瞩目，其使用范围也日渐扩大。目前常见的结构陶瓷的材料由单一或复合的氧化物或非氧化物组成，如单由Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4，或相互复合，或与碳纤维结合而成。一般用于制造陶瓷发动机和耐磨、耐高温的特殊构件。随着工业的发展，各流体控制领域的高温高压高腐蚀含颗粒介质工况的出现，而近年来，新型陶瓷材料在石油、化工、机械等领域的应用非常活跃，利用陶瓷的耐磨性、耐腐性制作耐磨耐腐零件代替金属材料，是高技术材料市场的重要发展方向之一。
陶瓷阀可提高工业管道系统的流畅性，密封性，提高配套设备运行系统的安全性，稳定性，对环保节能，环境保护将起到积极的推进作用。结构陶瓷材料变型量少，抗弯强度、抗压强度、硬度都非常高。随着技术创新的今天，陶瓷阀门越来越受到国际国内的高度重视及认可采用，应用越来越广泛。
此次《控制阀信息》杂志有幸采访到从事陶瓷阀行业十几年的烟台金泰美林科技有限公司（以下简称“烟台金泰美林”）的总经理金浩军先生，让我们一起来了解陶瓷球阀行业发展与现状。
金浩军（先生）
高级工程师
1989年毕业于湖南长沙大学机械制造专业，在至卓飞高（深圳）有限公司工作三年，历任工序工程师、高级工程师和主管工程师。
1992年在深圳南玻结构陶瓷有限公司从事国内第一代陶瓷球阀的研发工作，1993年获得了陶瓷球阀和块式陶瓷球阀两个专利（专利号CN93200563；93205840），同年组织生产出符合标准的中国第一台陶瓷球阀，并进行系列化设计工作。
1994年后在该司从事氧化锆陶瓷产品销售工作5年。
1999年加盟烟台金泰美林，历任经营部经理、总工程师等职位。
目前任烟台金泰美林科技有限公司总经理。
金浩军先生与本刊责任编辑刘卫合影
结构陶瓷材料出现在上世纪40年代，开始主要是为了应对火箭宇宙飞船航空领域的工况，出现了氧化物陶瓷和碳化物陶瓷的研究。1993年，氧化锆陶瓷球阀成功研制。
CVM记者：
请简要介绍一下陶瓷球阀在中国的起源和发展状况？
金浩军先生：
结构陶瓷材料出现在上世纪40年代，开始主要是为了应对火箭宇宙飞船航空领域的工况，出现了氧化物陶瓷和碳化物陶瓷的研究。而将结构陶瓷应用于陶瓷球阀是在上世纪八、九十年代末期，在陶瓷球阀产品中其耐磨损、耐高温的结构特点应用的比较多。我于1992年加入原深圳南玻结构陶瓷有限公司从事国内第一代陶瓷球阀的研究工作，那时将结构陶瓷应用于阀门还是一种设想，1992年6月～1993年3月，用9个月的时间研制出氧化锆陶瓷球阀，1993年通过合肥通用机械研究所测试，并获得了两项专利（专利号CN93200563；93205840）。之后陶瓷球阀在原深圳南玻结构陶瓷有限公司才开始批量生产，但是进展一直特别缓慢。
到目前，陶瓷球阀在中国的发展已经有二十年的历史了，总共有四代产品，第一代陶瓷阀是将陶瓷材料应用于阀门产品，之后的三代产品主要是根据使用要求不断改进陶瓷球阀的性能，不断提高密封性、安装方便性、实用性和可靠性；从材料设计上，比较明显和用量最大的钇稳定氧化锆主要适用于常温工况，镁稳定氧化锆适用于高温场合，当然还有铈稳定/锗稳定氧化锆等等，不同的稳定剂陶瓷针对于不同的使用工况。
陶瓷球阀主要根据结构陶瓷这种新型材料的性能特点来解决传统金属阀门在应对苛刻工况（高温、高压、腐蚀和含固体颗粒介质等工况）的难题。
CVM记者：
陶瓷材料是如何应用于阀门产品的？陶瓷球阀有哪些性能特点，主要适用于哪些工况？
金浩军先生：
将陶瓷材料应用于球阀产品的想法是由原深圳南玻结构陶瓷有限公司总经理李刚（天津大学博士后）提出的，而由我来将这个想法付诸实现，主要根据结构陶瓷这种新型材料的性能特点来解决传统金属阀门在应对苛刻工况（高温、高压、腐蚀和含固体颗粒介质等工况）的难题。陶瓷球阀的性能特点有：所有与介质接触的部分全部采用高性能陶瓷材料，超耐腐蚀、超耐磨损、超级密封、超耐高温。采用四方相氧化锆多晶体，晶相结构和金刚石比较相似，硬度高，扭矩小，开启灵活，密封性好。而针对它的性能特点，目前其主要应用工况有：各行业脱硫系统；煤粉系统，脱锰系统、渣水系统、除尘系统；盐水系统、蒸馏系统；硅粉、型砂、培沙输送、尾矿回填等。
目前经过四代的改进，烟台金泰美林的KOWOV陶瓷球阀是应用面最广的陶瓷球阀。和国际上其他陶瓷球阀品牌相比，我们主要着眼于不同的陶瓷材料和结构应用于不同工况的研究，经过十几年实际工况应用检验，质量稳定可靠、通用性强，是冲蚀、磨损等恶劣工况用阀门的最好选择，可完全替代贵金属阀门和硬密封球阀。目前陶瓷球阀的应用点非常多，但形成线和面的情况还不是很多，因此未来的适用领域非常广阔。
待发货的陶瓷球阀产品
国际上陶瓷阀产品最早也是应用于脱硫、冶金行业喷煤系统和浆液输送等工况，和金属阀门相比，根本还没形成规模，但得益于中国宏观经济的发展，陶瓷球阀在中国的应用状况要远远好于在国际上的应用状况。
CVM记者：
目前陶瓷球阀产品在国际和中国应用现状如何？
金浩军先生：
国际上，陶瓷阀产品最早也是应用于脱硫、冶金行业喷煤系统和浆液输送等工况，和金属阀门相比，根本还没形成规模，国际上陶瓷阀的品牌有德国CERA（现属于SAMSON）、美国DURCO（现属于FLOWSERVE）、芬兰METSO。虽然目前陶瓷球阀的可应用领域非常广，但是实际工况使用数量非常少，国外主要的应用领域为电站环保行业、造纸行业等，其他行业受推广不力和客户的使用习惯惯性，都没有太多的应用。当然这也不排除有一部分是价格原因，很多时候在一些工况，会采用衬四氟乙烯等衬里阀门产品，虽然使用寿命短，但价格相对便宜很多。
不过，陶瓷球阀在中国的应用状况要远远好于在国际上的应用状况，当然这得益于中国宏观经济的发展，现在全球经济发展的引擎在中国！除了国外应用成熟的行业外，许多陶瓷球阀还能大展拳脚的行业，主要分布在中国，如钢铁冶金、多晶硅、有机硅行业和近几年蓬勃发展的煤化工行业，这些都给了陶瓷球阀大的应用前提，加上中国国产化的大力推广，给了陶瓷阀比较好的展现平台，将来替代金属阀门只是时间的问题。作为陶瓷球阀的领军企业，烟台金泰美林责无旁贷的承担起大力发展陶瓷球阀开发和应用的任务。
烟台金泰美林的陶瓷球阀产品主要分三大类产品：全衬陶瓷硬密封球阀、高温高压陶瓷球阀和全衬陶瓷半球阀。
CVM记者：
烟台金泰美林主要生产哪些类型的陶瓷球阀产品，请举一两个例子来介绍陶瓷阀的典型应用。
金浩军先生：
烟台金泰美林的陶瓷球阀产品主要分三大类产品：全衬陶瓷硬密封球阀（主要应用于脱硫和冶金，最高压力5MPa，最高温度220℃），高温高压陶瓷球阀（主要应用于煤化工和硅化工，最高压力11MPa，最高温度425℃），全衬陶瓷半球阀（主要用作煤化工行业的大口径锁渣阀、锁斗阀）。
这里我列举三个典型的应用案例：
1、重庆珞璜电厂的脱硫工况。2005年大修时，其1234#机组以前采用的某日本品牌均换为烟台金泰美林的陶瓷球阀产品， 5#和6#的60万机组也全部采购烟台金泰美林的陶瓷球阀。截至目前已有170多台套陶瓷控制阀在服役。
2、江苏沙钢用在铁水预处理，脱硫系统，从钢水脱硫，介质是镁粉和钙粉，从其开始采用十几台产品，至目前约采用120台烟台金泰美林陶瓷阀产品。
3、神华准能，约采用450台烟台金泰美林陶瓷阀产品，介质主要是煤粉煤渣。
仓库半成品
结构陶瓷的难点在于，一方面其断裂韧性比金属稍差；另一方面就是热冲击性差。
CVM记者：
结构陶瓷作为一种应用于阀门的材料，在实际应用存在哪些问题？又是如何克服的？
金浩军先生：
不同于由陶土烧制而成的普通陶瓷，结构陶瓷使陶瓷的“脆性”得到了大大改进，其韧性和强度得到了极大的提高，一般材料包括氧化锆和氧化铝。氧化锆的纯度能到达99.95%，粉料粒度为0.4～0.7μm，烧结温度为1600℃～1700℃（普通陶瓷只有1200℃）。结构陶瓷只有一个特点和普通陶瓷相似，就是烧制阶段的不可控性。
氧化锆结构陶瓷的机械强度为1150MPa，抗压能力可达3000MPa，都不逊于45号钢。但是结构陶瓷的难点在于，一方面其断裂韧性比金属稍差，氧化锆断裂韧性为11～13 MPa·m½，一旦出现裂痕后其承压性会受到影响；另一方面就是热冲击性差。而氧化锆结构陶瓷的变形系数和金属差不多，不存在变形量小的问题。
不过结构陶瓷的热传导性差，在采用高温工况时，在介质温度比较高的情况下，除了阀杆以外，阀体不传导温度。而从寿命上来看，一般行业，陶瓷阀比进口金属阀门的寿命至少长3～4倍，长期来看对客户整个工况效率的提高有较高的经济价值。
陶瓷阀的亟待解决的技术难题：1、耐热冲击；2、产品种类；3、成本控制。
CVM记者：
目前陶瓷阀的技术存在哪些亟待解决的技术难题？
金浩军先生：
陶瓷阀的亟待解决的技术难题总的来说有如下三点：1、耐热冲击的问题，陶瓷球阀属于通断的元器件，在温度大幅骤变的情况下，容易裂开；2、虽然目前陶瓷阀产品可应用于绝大部分流体控制工况，但陶瓷阀产品的类型和金属阀门相比种类相对较少，需要针对不同的工况设计出不同的阀门，让产品性能更符合相关工况，让产品细分更加专业化；3、降低成本，这也是目前陶瓷阀推广起来慢的一个原因。这可能也需要整个结构陶瓷产业的发展繁荣来带动其材料成本的降低。
另外，其实很多人将结构陶瓷与普通陶瓷混为一谈，比如在民用领域比较多的水阀采用陶瓷阀芯，还有陶瓷器皿，甚至搪瓷缸子。普通陶瓷虽具有一定硬度，但是容易破碎，但是结构陶瓷采用特殊的材料和结构，与普通陶瓷完全不同。目前我们有做推广经常会这样来介绍陶瓷球阀，用一个结构陶瓷的小圆球，将它放在钢板上，让客户用铁锤砸，结果陶瓷圆球安然无损。另外为了展示这种材质的特性，我们也会购买一些金属球阀的阀芯和我们陶瓷球阀的阀芯来碰撞，其碰撞出来的结果是陶瓷球阀阀芯完好无损，而且用一般材质的铁锤或重物用力敲打撞击陶瓷阀芯，其结果也是如此。让不少客户一目了然的理解其两者之间的不同。
测试设备
陶瓷阀的应用范围非常广泛，基本上有阀门的地方，陶瓷阀都适用。目前陶瓷球阀的应用重点是电力、冶金、煤化工、硅化工盐化工等行业。
CVM记者：
未来陶瓷阀可能拓展应用于哪些行业或工况？
金浩军先生：
目前陶瓷阀的应用市场主要是一些点，没有形成面，系列化，其应用分布在各个行业各个领域的三十多种工况。其实陶瓷阀的应用范围非常广泛，基本上有阀门的地方，陶瓷阀都适用。我认为目前陶瓷球阀的应用重点是电力、冶金、煤化工、硅化工、盐化工等行业。
据预测，陶瓷阀这个市场在五年之内有望达到20亿元，而二十年后至少能达到300亿元，在这里也要呼吁同行不要恶性竞争，要良性发展，共同把这个行业和市场做大，共同发展。烟台金泰美林永远不参与价格战，只和客户讨论产品的实际使用价值。在之前的市场中，碰到有个别的陶瓷阀厂商，不顾产品质量之低下，用低价格手段获得订单，在产品出现问题时百般推卸责任，置客户的真正需求于不顾，这样不仅影响了客户的利益更会使陶瓷阀门行业的声誉受到打击。这是涸泽而渔的行为，不利于陶瓷阀产品和整个行业的发展，往往会影响到用户对陶瓷阀产品和行业的整体形象，以后客户再做选择时就会有所顾虑，而不利于陶瓷阀产品和整个行业的发展。
从创立之初的研发阶段、陶瓷球阀产品为主的定型阶段，到目前的全面发展阶段是烟台金泰美林的三个主要发展阶段。
CVM记者：
烟台金泰美林美林从创立至今主要经历了哪些发展阶段？
金浩军先生：
1、创立之初的技术研发阶段，金泰美林员工6～7人，开始研发氧化锆陶瓷，由于钇稳定氧化锆材料当时已有10多年的历史，烟台金泰美林以镁稳定氧化锆为主要对象。与此同时公司还涉及陶瓷拉丝模以及PLC自动化控制系统等业务。
2、确定以陶瓷球阀产品为主的方向定型阶段，烟台金泰美林从2003年开始全力以赴以陶瓷球阀产品为主，且产品开始批量进入市场，2003年～2005年进入脱硫行业，2006年进入冶金行业，2007年进入多晶硅行业。2003年有员工二十几人，2006年搬入业达工业园厂区。
3、全面发展阶段，烟台金泰美林于2009年搬入目前的厂房，现有员工六十多人。目前7号和8号厂房在使用中，今年3月29日，9号厂房奠基，预计今年9月建成投入使用。而在产品类型开发上，也在寻求不同的产品类型。公司的产值也是在逐年提升，从最早的几万元、几十万元、几百万元，到去年的三千五百万元。
仓库一角
将产品应用领域范围扩大，同时将陶瓷阀这个行业做大，产值做大，是未来发展的主要目标。
CVM记者：
烟台金泰美林十几年如一日专注于陶瓷球阀产品的开发，未来有何发展计划？
金浩军先生：
对于烟台金泰美林来说，目前公司的陶瓷球阀产品的应用虽然触及到各个领域各个工况，但是主要是以点的形式来展现，未来主要是如何将这些点发展成面，将行业做大。我们计划产值每年能翻一番，到2015年达到产值2个亿，未来五年后产值能达到5个亿。目前中国有两万亿的煤化工市场，其它行业和市场相对稳定，我们非常看好这个陶瓷阀门行业的发展，希望能凭借整个行业的发展来大力推介我们产品在各个行业和领域的广泛应用。我坚信烟台金泰美林定将在短时期内举得令人瞩目的长足发展，我们致力于将烟台金泰美林公司做成陶瓷阀行业的中国著名百年老店！
编者后记：
很难得的机会，通过这次访谈接触到结构陶瓷这种新型的材料，也从将这种结构陶瓷阀芯与其他金属阀芯的碰撞试验中直观的了解了其性能和特点，一扫在此之前对陶瓷材料很脆的“偏见”。在访谈过程中，金浩军先生一直在强调，目前陶瓷阀的市场还比较小，也许正是由于陶瓷阀在市场的应用面虽然不多，但已经开始点的尝试并获得不少成功案例，其未来发展广度和深度不能小觑，有很大的发展潜力。市场的竞争是不可避免的，他呼吁共同培养市场良性的竞争，他希望这样一个新材料的阀门产业，能够在同行的共同努力下，让更多的用户了解陶瓷阀这类产品，使用这类产品，共同繁荣中国控制阀行业。
