Reakční spékání
Reakční spékáníkeramika z karbidu křemíkuVýrobní proces zahrnuje keramické zhutňování, zhutňování infiltračním tavidlem, přípravu keramického produktu reakčním spékáním, přípravu dřevokeramiky z karbidu křemíku a další kroky.
Tryska z karbidu křemíku pro reakční spékání
Nejprve se 80–90 % keramického prášku (složeného z jednoho nebo dvou práškůprášek karbidu křemíkua prášek karbidu boru), 3–15 % prášku zdroje uhlíku (složeného z jedné nebo dvou složek sazí a fenolové pryskyřice) a 5–15 % formovacího činidla (fenolová pryskyřice, polyethylenglykol, hydroxymethylcelulóza nebo parafín) se rovnoměrně smísí pomocí kulového mlýna za účelem získání směsného prášku, který se suší rozprašováním a granuluje a poté se lisuje ve formě za účelem získání keramického výlisku s různými specifickými tvary.
Za druhé, 60-80% křemíkového prášku, 3-10% karbidu křemíku a 37-10% nitridu boru se rovnoměrně smíchá a lisuje se ve formě, čímž se získá kompakt pro infiltraci slinovacího tavidla.
Keramický výlisek a slinutý infiltrační výlisek se poté naskládají na sebe a teplota se ve vakuové peci se stupněm vakua nejméně 5×10⁻¹ Pa zvýší na 1450–1750 °C pro slinování a tepelnou konzervaci po dobu 1–3 hodin, čímž se získá reakční slinutý keramický produkt. Zbytky infiltračního materiálu na povrchu slinuté keramiky se odstraní poklepáním, čímž se získá hustý keramický plech, přičemž se zachová původní tvar výlisku.
Nakonec se použije proces reakčního spékání, tj. tekutý křemík nebo křemíková slitina s reakční aktivitou při vysoké teplotě infiltruje do porézního keramického polotovaru obsahujícího uhlík působením kapilární síly a reaguje s uhlíkem v něm za vzniku karbidu křemíku, který se zvětší v objemu a zbývající póry se vyplní elementárním křemíkem. Porézní keramický polotovar může být vyroben z čistého uhlíku nebo kompozitního materiálu na bázi karbidu křemíku a uhlíku. První se získává katalytickým vytvrzováním a pyrolýzou organické pryskyřice, pórotvorné látky a rozpouštědla. Druhý se získává pyrolýzou částic karbidu křemíku/kompozitních materiálů na bázi pryskyřice za účelem získání kompozitních materiálů na bázi karbidu křemíku a uhlíku, nebo použitím α-SiC a uhlíkového prášku jako výchozích materiálů a lisováním nebo vstřikováním za účelem získání kompozitního materiálu.
Beztlakové slinování
Beztlakový proces slinování karbidu křemíku lze rozdělit na slinování v pevné fázi a slinování v kapalné fázi. V posledních letech se výzkumkeramika z karbidu křemíkuV tuzemsku i v zahraničí se zaměřuje především na slinování v kapalné fázi. Proces přípravy keramiky je následující: mletí směsi materiálů v kulovém mletí –> rozprašovací granulace –> suché lisování –> tuhnutí surového tělesa –> vakuové spékání.
Beztlakové slinuté výrobky z karbidu křemíku
Do kulového mlýna se přidá 96–99 dílů ultrajemného prášku karbidu křemíku (50–500 nm), 1–2 díly ultrajemného prášku karbidu boru (50–500 nm), 0,2–1 díl nano-boridu titanu (30–80 nm), 10–20 dílů ve vodě rozpustné fenolové pryskyřice a 0,1–0,5 dílu vysoce účinného dispergačního činidla, mleje se v kulovém mlýně a mísí se 24 hodin. Smíchanou suspenzi se vloží do míchací nádoby a směs se 2 hodiny míchá, aby se v suspenzi odstranily bubliny.
Výše uvedená směs se nastříká do granulační věže a regulací tlaku stříkání, teploty vstupního vzduchu, teploty výstupního vzduchu a velikosti částic stříkaného plechu se získá granulační prášek s dobrou morfologií částic, dobrou tekutostí, úzkým rozsahem distribuce částic a mírnou vlhkostí. Frekvenční převod odstředivky je 26-32, teplota vstupního vzduchu je 250-280 °C, teplota výstupního vzduchu je 100-120 °C a vstupní tlak suspenze je 40-60.
Výše uvedený granulační prášek se umístí do formy ze slinutého karbidu pro lisování za účelem získání surového tělesa. Lisování je obousměrné a tlaková síla obráběcího stroje je 150-200 tun.
Lisovaný surový korpus se umístí do sušárny k sušení a vytvrzení, aby se získal surový korpus s dobrou pevností v surovém stavu.
Výše uvedené vytvrzené zelené těleso se umístí dografitový kelímeka těsně a úhledně uspořádány, a poté se grafitový kelímek se surovým tělesem umístí do vysokoteplotní vakuové spékací pece k vypálení. Teplota vypalování je 2200-2250 °C a doba izolace je 1-2 hodiny. Nakonec se získá vysoce výkonná beztlaková slinutá keramika z karbidu křemíku.
Slinování v pevné fázi
Beztlakový proces slinování karbidu křemíku lze rozdělit na slinování v pevné fázi a slinování v kapalné fázi. Slinování v kapalné fázi vyžaduje přidání slinovacích přísad, jako jsou binární a ternární přísady Y2O3, aby SiC a jeho kompozitní materiály spékaly v kapalné fázi a dosáhly zhuštění při nižší teplotě. Způsob přípravy keramiky slinované v pevné fázi z karbidu křemíku zahrnuje míchání surovin, granulaci rozprašováním, lisování a vakuové slinování. Specifický výrobní proces je následující:
70–90 % submikronového karbidu křemíku α (200–500 nm), 0,1–5 % karbidu boru, 4–20 % pryskyřice a 5–20 % organického pojiva se umístí do míchačky a přidá se čistá voda pro mokré míchání. Po 6–48 hodinách se smíchaná suspenze proseje sítem o velikosti ok 60–120;
Prosetá suspenze se granuluje rozprašováním přes rozprašovací granulační věž. Vstupní teplota do rozprašovací granulační věže je 180–260 °C a výstupní teplota je 60–120 °C; sypná hmotnost granulovaného materiálu je 0,85–0,92 g/cm3, tekutost je 8–11 s/30 g; granulovaný materiál se pro pozdější použití proseje přes síto s oky 60–120 mesh;
Vyberte formu podle požadovaného tvaru výrobku, vložte granulovaný materiál do dutiny formy a proveďte lisování za pokojové teploty při tlaku 50–200 MPa, abyste získali surový výrobek; nebo umístěte surový výrobek po lisování do izostatického lisu, proveďte izostatické lisování při tlaku 200–300 MPa a po sekundárním lisování získejte surový výrobek;
Nezpracované těleso připravené ve výše uvedených krocích se vloží do vakuové spékací pece pro spékání, přičemž kvalifikovaným produktem je hotová neprůstřelná keramika z karbidu křemíku. Ve výše uvedeném procesu spékání se nejprve spékací pec evakuuje a když stupeň vakua dosáhne 3-5×10-2 Pa, inertní plyn se zavede do spékací pece na normální tlak a poté se zahřeje. Vztah mezi teplotou a dobou ohřevu je: z pokojové teploty na 800 °C, 5-8 hodin, tepelná konzervace po dobu 0,5-1 hodiny, z 800 °C na 2000-2300 °C, 6-9 hodin, tepelná konzervace po dobu 1 až 2 hodin, poté se ochladí v peci a sníží na pokojovou teplotu.
Mikrostruktura a hranice zrn karbidu křemíku slinutého za normálního tlaku
Stručně řečeno, keramika vyrobená procesem slinování za tepla má lepší vlastnosti, ale výrobní náklady se také výrazně zvyšují; keramika připravená beztlakovým slinováním má vyšší požadavky na suroviny, vysokou teplotu slinování, velké změny velikosti produktu, složitý proces a nízký výkon; keramické výrobky vyrobené procesem reakčního slinování mají vysokou hustotu, dobrý antibalistický výkon a relativně nízké náklady na přípravu. Různé procesy slinování karbid křemíkové keramiky mají své výhody a nevýhody a liší se i způsoby použití. Nejlepší je zvolit správnou metodu přípravy podle produktu a najít rovnováhu mezi nízkými náklady a vysokým výkonem.
Čas zveřejnění: 29. října 2024