پخت واکنشی
پخت واکنشیسرامیک سیلیکون کاربیدفرآیند تولید شامل فشردهسازی سرامیک، فشردهسازی عامل نفوذی تفجوشی، آمادهسازی محصول سرامیکی از طریق واکنش تفجوشی، آمادهسازی سرامیک چوب از طریق کاربید سیلیکون و سایر مراحل است.
نازل کاربید سیلیکون تف جوشی واکنشی
ابتدا، ۸۰ تا ۹۰ درصد پودر سرامیک (متشکل از یک یا دو پودر ازپودر کاربید سیلیکونو پودر کاربید بور)، ۳ تا ۱۵ درصد پودر منبع کربن (متشکل از یک یا دو کربن سیاه و رزین فنلی) و ۵ تا ۱۵ درصد عامل قالبگیری (رزین فنلی، پلیاتیلن گلیکول، هیدروکسی متیل سلولز یا پارافین) به طور یکنواخت با استفاده از آسیاب گلولهای مخلوط میشوند تا پودر مخلوط به دست آید، که به صورت اسپری خشک و گرانوله شده و سپس در قالب فشرده میشود تا یک سرامیک فشرده با اشکال مختلف و خاص به دست آید.
در مرحله دوم، ۶۰ تا ۸۰ درصد پودر سیلیکون، ۳ تا ۱۰ درصد پودر کاربید سیلیکون و ۳۷ تا ۱۰ درصد پودر نیترید بور به طور مساوی مخلوط شده و در قالب فشرده میشوند تا یک ماده فشرده نفوذی فلاکس زینترینگ به دست آید.
سپس توده سرامیکی و توده نفوذی تفجوشی شده روی هم چیده میشوند و دما در کوره خلاء با درجه خلاء حداقل 5×10-1 پاسکال به 1450-1750 درجه سانتیگراد افزایش مییابد تا تفجوشی و حفظ حرارت به مدت 1-3 ساعت انجام شود تا یک محصول سرامیکی تفجوشی شده واکنشی به دست آید. باقیمانده نفوذی روی سطح سرامیک تفجوشی شده با ضربه زدن برداشته میشود تا یک ورق سرامیکی متراکم به دست آید و شکل اصلی توده حفظ شود.
در نهایت، فرآیند پخت واکنشی اتخاذ میشود، یعنی سیلیکون مایع یا آلیاژ سیلیکون با فعالیت واکنشی در دمای بالا تحت عمل نیروی مویینگی به داخل خلأ سرامیکی متخلخل حاوی کربن نفوذ میکند و با کربن موجود در آن واکنش میدهد تا کاربید سیلیکون تشکیل دهد که از نظر حجم منبسط میشود و منافذ باقی مانده با سیلیکون عنصری پر میشوند. خلأ سرامیکی متخلخل میتواند کربن خالص یا کاربید سیلیکون/ماده کامپوزیتی مبتنی بر کربن باشد. اولی با پخت کاتالیزوری و پیرولیز کردن یک رزین آلی، یک تشکیلدهنده منافذ و یک حلال به دست میآید. دومی با پیرولیز کردن ذرات کاربید سیلیکون/مواد کامپوزیتی مبتنی بر رزین برای به دست آوردن مواد کامپوزیتی کاربید سیلیکون/پایه کربن، یا با استفاده از α-SiC و پودر کربن به عنوان مواد اولیه و با استفاده از فرآیند پرس یا قالبگیری تزریقی برای به دست آوردن ماده کامپوزیت به دست میآید.
تفجوشی بدون فشار
فرآیند تف جوشی بدون فشار کاربید سیلیکون را میتوان به تف جوشی فاز جامد و تف جوشی فاز مایع تقسیم کرد. در سالهای اخیر، تحقیقات رویسرامیکهای سیلیکون کاربیدیدر داخل و خارج از کشور، عمدتاً بر تفجوشی فاز مایع تمرکز داشته است. فرآیند آمادهسازی سرامیک عبارت است از: آسیاب گلولهای مواد مخلوط–>گرانولاسیون پاششی–>پرس خشک–>جامدسازی بدنه خام–>تفتجوشی در خلاء.
محصولات کاربید سیلیکون متخلخل بدون فشار
96-99 قسمت پودر فوق ریز کاربید سیلیکون (50-500 نانومتر)، 1-2 قسمت پودر فوق ریز کاربید بور (50-500 نانومتر)، 0.2-1 قسمت نانو بورید تیتانیوم (30-80 نانومتر)، 10-20 قسمت رزین فنلی محلول در آب و 0.1-0.5 قسمت دیسپرس کننده با راندمان بالا را به آسیاب گلولهای اضافه کنید تا آسیاب گلولهای شده و به مدت 24 ساعت مخلوط شود و دوغاب مخلوط شده را به مدت 2 ساعت در یک بشکه مخلوط کن قرار دهید تا حبابهای موجود در دوغاب از بین بروند.
مخلوط فوق به داخل برج گرانولاسیون اسپری میشود و پودر گرانولاسیون با مورفولوژی ذرات خوب، سیالیت خوب، محدوده توزیع ذرات باریک و رطوبت متوسط با کنترل فشار اسپری، دمای ورودی هوا، دمای خروجی هوا و اندازه ذرات ورق اسپری به دست میآید. تبدیل فرکانس گریز از مرکز 26-32، دمای ورودی هوا 250-280℃، دمای خروجی هوا 100-120℃ و فشار ورودی دوغاب 40-60 است.
پودر دانهبندی فوق برای پرس شدن و بدست آوردن بدنه خام، در یک قالب کاربیدی سیمانی قرار میگیرد. روش پرس، فشار دو جهته است و تناژ فشار دستگاه 150-200 تن میباشد.
بدنه خام پرس شده برای خشک شدن و عمل آوری در کوره خشک کن قرار داده می شود تا بدنه خامی با استحکام بدنه خام خوب به دست آید.
بدنه سبز عملآوریشده فوق در یک ... قرار داده میشود.بوته گرافیتیو به طور دقیق و منظم چیده میشوند، و سپس بوته گرافیتی به همراه بدنه خام برای پخت در یک کوره پخت خلاء با دمای بالا قرار میگیرد. دمای پخت 2200-2250 درجه سانتیگراد و زمان عایقبندی 1-2 ساعت است. در نهایت، سرامیکهای کاربید سیلیکونی پخت شده بدون فشار با کارایی بالا به دست میآیند.
تفجوشی فاز جامد
فرآیند تفجوشی بدون فشار کاربید سیلیکون را میتوان به تفجوشی فاز جامد و تفجوشی فاز مایع تقسیم کرد. تفجوشی فاز مایع نیاز به افزودن افزودنیهای تفجوشی، مانند افزودنیهای دوتایی و سهتایی Y2O3، دارد تا SiC و مواد کامپوزیتی آن تفجوشی فاز مایع داشته باشند و در دمای پایینتری متراکم شوند. روش تهیه سرامیکهای کاربید سیلیکون تفجوشی فاز جامد شامل مخلوط کردن مواد اولیه، گرانولاسیون اسپری، قالبگیری و تفجوشی در خلاء است. فرآیند تولید خاص به شرح زیر است:
70 تا 90 درصد کاربید سیلیکون α زیر میکرونی (200 تا 500 نانومتر)، 0.1 تا 5 درصد کاربید بور، 4 تا 20 درصد رزین و 5 تا 20 درصد چسب آلی در یک میکسر قرار داده شده و برای اختلاط مرطوب، آب خالص به آن اضافه میشود. پس از 6 تا 48 ساعت، دوغاب مخلوط شده از یک الک با مش 60 تا 120 عبور داده میشود؛
دوغاب غربال شده از طریق یک برج گرانولاسیون اسپری، گرانوله میشود. دمای ورودی برج گرانولاسیون اسپری ۱۸۰-۲۶۰ درجه سانتیگراد و دمای خروجی ۶۰-۱۲۰ درجه سانتیگراد است. چگالی حجمی مواد گرانوله شده ۰.۸۵-۰.۹۲ گرم بر سانتیمتر مکعب و سیالیت آن ۸-۱۱ ثانیه بر ۳۰ گرم است. مواد گرانوله شده برای استفاده بعدی از یک الک با مش ۶۰-۱۲۰ عبور داده میشوند.
قالبی را مطابق با شکل محصول مورد نظر انتخاب کنید، مواد دانهبندی شده را درون حفره قالب بارگذاری کنید و قالبگیری فشاری در دمای اتاق را با فشار ۵۰ تا ۲۰۰ مگاپاسکال انجام دهید تا بدنه خام به دست آید؛ یا بدنه خام را پس از قالبگیری فشاری در دستگاه پرس ایزواستاتیک قرار دهید، پرس ایزواستاتیک را با فشار ۲۰۰ تا ۳۰۰ مگاپاسکال انجام دهید و پس از پرس ثانویه، بدنه خام به دست آورید.
بدنه خام تهیه شده در مراحل فوق را برای پخت در کوره تف جوشی خلاء قرار دهید و نمونه واجد شرایط، سرامیک ضد گلوله کاربید سیلیکون نهایی است. در فرآیند پخت فوق، ابتدا کوره تف جوشی را تخلیه کنید و هنگامی که درجه خلاء به 3-5×10-2 رسید، پس از Pa، گاز بیاثر به داخل کوره تف جوشی تا فشار عادی منتقل شده و سپس گرم میشود. رابطه بین دما و زمان پخت به شرح زیر است: دمای اتاق تا 800 درجه سانتیگراد، 5-8 ساعت، حفظ حرارت به مدت 0.5-1 ساعت، از 800 درجه سانتیگراد تا 2000-2300 درجه سانتیگراد، 6-9 ساعت، حفظ حرارت به مدت 1 تا 2 ساعت، و سپس با کوره خنک شده و به دمای اتاق کاهش مییابد.
ریزساختار و مرز دانه کاربید سیلیکون تف جوشی شده در فشار عادی
به طور خلاصه، سرامیکهای تولید شده با فرآیند تفجوشی پرس گرم عملکرد بهتری دارند، اما هزینه تولید نیز بسیار افزایش مییابد. سرامیکهای تهیه شده با روش تفجوشی بدون فشار، به مواد اولیه بیشتری نیاز دارند، دمای تفجوشی آنها بالا است، تغییرات اندازه محصول زیاد است، فرآیند پیچیده و عملکرد پایینی دارند. محصولات سرامیکی تولید شده با فرآیند تفجوشی واکنشی دارای چگالی بالا، عملکرد ضد بالستیک خوب و هزینه آمادهسازی نسبتاً پایینی هستند. فرآیندهای مختلف آمادهسازی تفجوشی سرامیکهای کاربید سیلیکون مزایا و معایب خاص خود را دارند و سناریوهای کاربرد نیز متفاوت خواهد بود. بهترین سیاست، انتخاب روش آمادهسازی مناسب با توجه به محصول و یافتن تعادل بین هزینه کم و عملکرد بالا است.
زمان ارسال: ۲۹ اکتبر ۲۰۲۴