अभिक्रियात्मक सिंटरिंग और दबाव रहित सिंटरिंग द्वारा सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक निर्माण प्रक्रिया

प्रतिक्रिया सिंटरिंग

अभिक्रिया सिंटरिंगसिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिकउत्पादन प्रक्रिया में सिरेमिक संघनन, सिंटरिंग फ्लक्स अंतर्प्रवेश एजेंट संघनन, प्रतिक्रिया सिंटरिंग सिरेमिक उत्पाद निर्माण, सिलिकॉन कार्बाइड वुड सिरेमिक निर्माण और अन्य चरण शामिल हैं।

अभिक्रिया सिंटरिंग सिलिकॉन कार्बाइड नोजल

सबसे पहले, 80-90% सिरेमिक पाउडर (एक या दो पाउडर से मिलकर बना हुआ)सिलिकॉन कार्बाइड पाउडरकार्बन स्रोत पाउडर (जिसमें कार्बन ब्लैक और फेनोलिक रेजिन में से एक या दो शामिल होते हैं) का 3-15% और बोरॉन कार्बाइड पाउडर होता है। मोल्डिंग एजेंट (फेनोलिक रेजिन, पॉलीइथिलीन ग्लाइकॉल, हाइड्रॉक्सीमिथाइल सेलुलोज या पैराफिन) का 5-15% मिश्रण बॉल मिल का उपयोग करके समान रूप से मिलाया जाता है, जिससे एक मिश्रित पाउडर प्राप्त होता है। इस पाउडर को स्प्रे ड्राई करके दानेदार बनाया जाता है, और फिर विभिन्न विशिष्ट आकृतियों वाले सिरेमिक कॉम्पैक्ट प्राप्त करने के लिए इसे मोल्ड में दबाया जाता है।
दूसरे चरण में, 60-80% सिलिकॉन पाउडर, 3-10% सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर और 37-10% बोरॉन नाइट्राइड पाउडर को समान रूप से मिलाया जाता है, और एक सांचे में दबाकर एक सिंटरिंग फ्लक्स इनफिल्ट्रेशन एजेंट कॉम्पैक्ट प्राप्त किया जाता है।
इसके बाद सिरेमिक कॉम्पैक्ट और सिंटर्ड इनफिल्ट्रेंट कॉम्पैक्ट को एक साथ रखा जाता है, और 5×10⁻¹ Pa से कम वैक्यूम डिग्री वाले वैक्यूम फर्नेस में 1450-1750℃ तक तापमान बढ़ाकर 1-3 घंटे तक सिंटरिंग और ऊष्मा संरक्षण किया जाता है, जिससे एक प्रतिक्रियात्मक सिंटर्ड सिरेमिक उत्पाद प्राप्त होता है। सिंटर्ड सिरेमिक की सतह पर बचे हुए इनफिल्ट्रेंट अवशेष को थपथपाकर हटा दिया जाता है, जिससे एक सघन सिरेमिक शीट प्राप्त होती है और कॉम्पैक्ट का मूल आकार बरकरार रहता है।
अंत में, अभिक्रियात्मक सिंटरिंग प्रक्रिया अपनाई जाती है, अर्थात् उच्च तापमान पर अभिक्रियाशील तरल सिलिकॉन या सिलिकॉन मिश्र धातु केशिका बल के प्रभाव से कार्बन युक्त छिद्रयुक्त सिरेमिक सांचे में प्रवेश करता है और उसमें मौजूद कार्बन के साथ अभिक्रिया करके सिलिकॉन कार्बाइड बनाता है, जिसका आयतन बढ़ जाता है और शेष छिद्र मौलिक सिलिकॉन से भर जाते हैं। छिद्रयुक्त सिरेमिक सांचा शुद्ध कार्बन या सिलिकॉन कार्बाइड/कार्बन-आधारित मिश्रित पदार्थ हो सकता है। पहला पदार्थ कार्बनिक राल, छिद्र निर्माण पदार्थ और विलायक को उत्प्रेरक रूप से उपचारित और प्रज्वलन करके प्राप्त किया जाता है। दूसरा पदार्थ सिलिकॉन कार्बाइड कणों/राल-आधारित मिश्रित पदार्थों के प्रज्वलन द्वारा सिलिकॉन कार्बाइड/कार्बन-आधारित मिश्रित पदार्थ प्राप्त किया जाता है, या α-SiC और कार्बन पाउडर को प्रारंभिक सामग्री के रूप में उपयोग करके और प्रेसिंग या इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया द्वारा मिश्रित पदार्थ प्राप्त किया जाता है।

दबाव रहित सिंटरिंग

सिलिकॉन कार्बाइड की दबाव रहित सिंटरिंग प्रक्रिया को ठोस-चरण सिंटरिंग और तरल-चरण सिंटरिंग में विभाजित किया जा सकता है। हाल के वर्षों में, इस पर किए गए शोध में इस विषय पर काफी प्रगति हुई है।सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिकदेश और विदेश में मुख्य रूप से तरल-चरण सिंटरिंग पर ध्यान केंद्रित किया गया है। सिरेमिक निर्माण प्रक्रिया इस प्रकार है: मिश्रित सामग्री की बॉल मिलिंग -> स्प्रे ग्रैन्यूलेशन -> ड्राई प्रेसिंग -> ग्रीन बॉडी सॉलिडिफिकेशन -> वैक्यूम सिंटरिंग।

दबाव रहित संकेंद्रित सिलिकॉन कार्बाइड उत्पाद

बॉल मिल में 96-99 भाग सिलिकॉन कार्बाइड अल्ट्राफाइन पाउडर (50-500 एनएम), 1-2 भाग बोरॉन कार्बाइड अल्ट्राफाइन पाउडर (50-500 एनएम), 0.2-1 भाग नैनो-टाइटेनियम बोराइड (30-80 एनएम), 10-20 भाग जल-घुलनशील फेनोलिक रेजिन और 0.1-0.5 भाग उच्च-दक्षता वाले डिस्पर्सेन्ट को 24 घंटे तक बॉल मिलिंग और मिश्रण के लिए डालें, और मिश्रित घोल को एक मिक्सिंग बैरल में डालकर 2 घंटे तक हिलाते रहें ताकि घोल में मौजूद बुलबुले निकल जाएं।
उपरोक्त मिश्रण को दानेदार बनाने वाले टावर में छिड़का जाता है, और छिड़काव दबाव, वायु प्रवेश तापमान, वायु निकास तापमान और छिड़काव शीट के कण आकार को नियंत्रित करके अच्छे कण आकार, अच्छी तरलता, संकीर्ण कण वितरण सीमा और मध्यम नमी वाला दानेदार पाउडर प्राप्त किया जाता है। अपकेंद्री आवृत्ति रूपांतरण 26-32, वायु प्रवेश तापमान 250-280℃, वायु निकास तापमान 100-120℃ और घोल प्रवेश दबाव 40-60 होता है।
उपरोक्त दानेदार पाउडर को सीमेंटेड कार्बाइड मोल्ड में डालकर दबाया जाता है, जिससे कच्चा उत्पाद प्राप्त होता है। दबाने की विधि द्विदिशात्मक दबाव है, और मशीन टूल की दबाव क्षमता 150-200 टन है।
अच्छी मजबूती वाला कच्चा पदार्थ प्राप्त करने के लिए, दबाए गए कच्चे पदार्थ को सुखाने और उपचारित करने के लिए एक सुखाने वाले ओवन में रखा जाता है।
ऊपर बताए गए उपचारित हरे भाग को एक पात्र में रखा जाता है।ग्रेफाइट क्रूसिबलग्रेफाइट को पास-पास और व्यवस्थित रूप से रखा जाता है, और फिर कच्चे पदार्थ सहित ग्रेफाइट क्रूसिबल को उच्च तापमान वाले वैक्यूम सिंटरिंग फर्नेस में गर्म करने के लिए रखा जाता है। गर्म करने का तापमान 2200-2250℃ होता है, और इन्सुलेशन का समय 1-2 घंटे होता है। अंत में, उच्च प्रदर्शन वाले दबाव रहित सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक प्राप्त होते हैं।

ठोस-चरण सिंटरिंग

सिलिकॉन कार्बाइड की दबाव रहित सिंटरिंग प्रक्रिया को ठोस-चरण सिंटरिंग और द्रव-चरण सिंटरिंग में विभाजित किया जा सकता है। द्रव-चरण सिंटरिंग में सिंटरिंग योजकों, जैसे कि Y2O3 द्विआधारी और त्रिआधारी योजकों को मिलाना आवश्यक होता है, ताकि SiC और इसके मिश्रित पदार्थों में द्रव-चरण सिंटरिंग हो सके और कम तापमान पर सघनता प्राप्त की जा सके। ठोस-चरण सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक की तैयारी विधि में कच्चे माल का मिश्रण, स्प्रे ग्रैनुलेशन, मोल्डिंग और वैक्यूम सिंटरिंग शामिल हैं। विशिष्ट उत्पादन प्रक्रिया इस प्रकार है:
70-90% सबमाइक्रोन α सिलिकॉन कार्बाइड (200-500 एनएम), 0.1-5% बोरॉन कार्बाइड, 4-20% रेज़िन और 5-20% कार्बनिक बाइंडर को एक मिक्सर में डालकर शुद्ध पानी के साथ गीला मिश्रण किया जाता है। 6-48 घंटे बाद, मिश्रित घोल को 60-120 मेश की छलनी से छाना जाता है;
छनी हुई स्लरी को स्प्रे ग्रेनुलेशन टावर के माध्यम से स्प्रे ग्रेनुलेशन प्रक्रिया द्वारा दानेदार बनाया जाता है। स्प्रे ग्रेनुलेशन टावर का प्रवेश तापमान 180-260℃ और निकास तापमान 60-120℃ होता है; दानेदार सामग्री का घनत्व 0.85-0.92 ग्राम/सेमी³ और तरलता 8-11 एस/30 ग्राम होती है; दानेदार सामग्री को बाद में उपयोग के लिए 60-120 मेश की छलनी से छाना जाता है।
वांछित उत्पाद के आकार के अनुसार एक सांचा चुनें, दानेदार सामग्री को सांचे की गुहा में डालें और 50-200 एमपीए के दबाव पर कमरे के तापमान पर संपीड़न मोल्डिंग करके कच्चा उत्पाद प्राप्त करें; या संपीड़न मोल्डिंग के बाद कच्चे उत्पाद को एक आइसोस्टैटिक प्रेसिंग उपकरण में रखें, 200-300 एमपीए के दबाव पर आइसोस्टैटिक प्रेसिंग करें और द्वितीयक प्रेसिंग के बाद कच्चा उत्पाद प्राप्त करें।
उपरोक्त चरणों में तैयार किए गए कच्चे पदार्थ को वैक्यूम सिंटरिंग भट्टी में सिंटरिंग के लिए रखें, और योग्य पदार्थ तैयार सिलिकॉन कार्बाइड बुलेटप्रूफ सिरेमिक होता है। उपरोक्त सिंटरिंग प्रक्रिया में, पहले सिंटरिंग भट्टी को खाली करें, और जब वैक्यूम का स्तर 3-5×10⁻² Pa तक पहुँच जाए, तो सामान्य दबाव पर अक्रिय गैस को सिंटरिंग भट्टी में प्रवाहित करें और फिर गर्म करें। तापमान और समय के बीच संबंध इस प्रकार है: कमरे के तापमान से 800℃ तक, 5-8 घंटे, 0.5-1 घंटे के लिए ऊष्मा संरक्षण; 800℃ से 2000-2300℃ तक, 6-9 घंटे, 1-2 घंटे के लिए ऊष्मा संरक्षण; और फिर भट्टी के साथ कमरे के तापमान तक ठंडा करें।

सामान्य दबाव पर संवर्धित सिलिकॉन कार्बाइड की सूक्ष्म संरचना और कण सीमा

संक्षेप में, गर्म दबाव सिंटरिंग प्रक्रिया द्वारा निर्मित सिरेमिक बेहतर प्रदर्शन करते हैं, लेकिन उत्पादन लागत भी काफी बढ़ जाती है; दबाव रहित सिंटरिंग द्वारा तैयार सिरेमिक में कच्चे माल की आवश्यकता अधिक होती है, सिंटरिंग तापमान अधिक होता है, उत्पाद के आकार में काफी बदलाव होता है, प्रक्रिया जटिल होती है और प्रदर्शन कम होता है; वहीं प्रतिक्रिया सिंटरिंग प्रक्रिया द्वारा उत्पादित सिरेमिक उत्पादों का घनत्व अधिक होता है, उनमें बैलिस्टिक रोधी क्षमता अच्छी होती है और निर्माण लागत अपेक्षाकृत कम होती है। सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक की विभिन्न सिंटरिंग निर्माण प्रक्रियाओं के अपने-अपने फायदे और नुकसान हैं, और उनके अनुप्रयोग परिदृश्य भी अलग-अलग होंगे। उत्पाद के अनुसार सही निर्माण विधि का चयन करना और कम लागत तथा उच्च प्रदर्शन के बीच संतुलन बनाना सर्वोत्तम नीति है।