Reakcijsko sinteriranje
Reakcijsko sinteriranjesilicij-karbidna keramikaProizvodni proces uključuje keramičko zbijanje, zbijanje infiltracijskim sredstvom za sinteriranje, pripremu keramičkog proizvoda reakcijskim sinteriranjem, pripremu silicij-karbidne drvene keramike i druge korake.
Mlaznica silicijevog karbida za reakcijsko sinteriranje
Prvo, 80-90% keramičkog praha (sastavljenog od jednog ili dva praha odsilicijev karbidni prahi prah bor karbida), 3-15% praha izvora ugljika (sastavljenog od jednog ili dva od crnog ugljika i fenolne smole) i 5-15% sredstva za oblikovanje (fenolna smola, polietilen glikol, hidroksimetil celuloza ili parafin) ravnomjerno se miješaju pomoću kugličnog mlina kako bi se dobio miješani prah, koji se suši raspršivanjem i granulira, a zatim preša u kalup kako bi se dobio keramički kompakt različitih specifičnih oblika.
Drugo, 60-80% silicijevog praha, 3-10% silicijevog karbidnog praha i 37-10% borovog nitrida se ravnomjerno pomiješa i preša u kalup kako bi se dobio kompaktni komad infiltracijskog sredstva za sinteriranje.
Keramički kompakt i sinterirani infiltracijski kompakt se zatim slažu zajedno, a temperatura se povisuje na 1450-1750℃ u vakuumskoj peći sa stupnjem vakuuma od najmanje 5×10⁻¹ Pa za sinteriranje i održavanje topline tijekom 1-3 sata kako bi se dobio reakcijski sinterirani keramički proizvod. Ostaci infiltracijskog materijala na površini sinterirane keramike uklanjaju se tapkanjem kako bi se dobila gusta keramička ploča, a izvorni oblik kompakta se zadržava.
Konačno, usvaja se postupak reakcijskog sinteriranja, tj. tekući silicij ili silicijeva legura s reakcijskom aktivnošću na visokoj temperaturi infiltrira se u porozni keramički blank koji sadrži ugljik pod djelovanjem kapilarne sile i reagira s ugljikom u njemu stvarajući silicijev karbid, koji će se proširiti u volumenu, a preostale pore se ispunjavaju elementarnim silicijem. Porozni keramički blank može biti od čistog ugljika ili kompozitnog materijala od silicijevog karbida/ugljika. Prvi se dobiva katalitičkim stvrdnjavanjem i pirolizom organske smole, sredstva za stvaranje pora i otapala. Potonji se dobiva pirolizom čestica silicijevog karbida/kompozitnih materijala na bazi smole kako bi se dobili kompozitni materijali od silicijevog karbida/ugljika ili korištenjem α-SiC i ugljikovog praha kao početnih materijala i korištenjem postupka prešanja ili injekcijskog prešanja za dobivanje kompozitnog materijala.
Sinteriranje bez pritiska
Proces sinteriranja silicijevog karbida bez tlaka može se podijeliti na sinteriranje u čvrstoj fazi i sinteriranje u tekućoj fazi. Posljednjih godina istraživanja osilicij-karbidna keramikau zemlji i inozemstvu uglavnom se usredotočio na sinteriranje u tekućoj fazi. Postupak pripreme keramike je: mljevenje kuglica miješanog materijala -> granulacija raspršivanjem -> suho prešanje -> skrućivanje zelenog tijela -> vakuumsko sinteriranje.
Proizvodi od silicijevog karbida sinteriranog bez tlaka
U kuglični mlin dodajte 96-99 dijelova ultrafinog praha silicij-karbida (50-500 nm), 1-2 dijela ultrafinog praha borov-karbida (50-500 nm), 0,2-1 dio nano-titanijevog borida (30-80 nm), 10-20 dijelova fenolne smole topive u vodi i 0,1-0,5 dijelova visokoučinkovitog disperzanta za mljevenje i miješanje tijekom 24 sata, a zatim miješanu suspenziju stavite u bačvu za miješanje tijekom 2 sata kako biste uklonili mjehuriće iz suspenzije.
Gornja smjesa se raspršuje u granulacijski toranj, a kontroliranjem tlaka prskanja, temperature ulaznog zraka, temperature izlaznog zraka i veličine čestica raspršenog sloja dobiva se granulacijski prah s dobrom morfologijom čestica, dobrom fluidnošću, uskim rasponom raspodjele čestica i umjerenom vlagom. Centrifugalna frekvencijska pretvorba je 26-32, temperatura ulaznog zraka je 250-280 ℃, temperatura izlaznog zraka je 100-120 ℃, a tlak ulaznog mulja je 40-60.
Gore navedeni granulacijski prah stavlja se u kalup od cementiranog karbida za prešanje kako bi se dobio zeleni materijal. Metoda prešanja je dvosmjerni tlak, a tonaža tlaka alatnog stroja je 150-200 tona.
Prešani zeleni materijal stavlja se u sušionicu na sušenje i stvrdnjavanje kako bi se dobio zeleni materijal dobre čvrstoće.
Gore očvrsnuto zeleno tijelo se stavlja ugrafitni lončići složeni su blisko i uredno, a zatim se grafitni lončić sa zelenim tijelom stavlja u visokotemperaturnu vakuumsku peć za sinteriranje radi pečenja. Temperatura pečenja je 2200-2250 ℃, a vrijeme izolacije je 1-2 sata. Konačno, dobiva se visokoučinkovita sinterirana silicij-karbidna keramika bez tlaka.
Sinteriranje u čvrstoj fazi
Proces sinteriranja silicijevog karbida bez tlaka može se podijeliti na sinteriranje u čvrstoj fazi i sinteriranje u tekućoj fazi. Sinteriranje u tekućoj fazi zahtijeva dodavanje aditiva za sinteriranje, poput binarnih i ternarnih aditiva Y2O3, kako bi se SiC i njegovi kompozitni materijali sinterirali u tekućoj fazi i postiglo zgušnjavanje na nižoj temperaturi. Metoda pripreme sinterirane silicijevog karbidne keramike u čvrstoj fazi uključuje miješanje sirovina, granulaciju raspršivanjem, oblikovanje i vakuumsko sinteriranje. Specifičan proizvodni proces je sljedeći:
70-90% submikronskog α silicijevog karbida (200-500 nm), 0,1-5% borovog karbida, 4-20% smole i 5-20% organskog veziva stavlja se u miješalicu i dodaje se čista voda za mokro miješanje. Nakon 6-48 sati, miješana suspenzija se propušta kroz sito od 60-120 mesh;
Prosijana suspenzija se granulira raspršivanjem kroz toranj za raspršivanje. Ulazna temperatura tornja za raspršivanje je 180-260 ℃, a izlazna temperatura je 60-120 ℃; gustoća granuliranog materijala je 0,85-0,92 g/cm3, fluidnost je 8-11 s/30 g; granulirani materijal se prosijava kroz sito od 60-120 mesh za kasniju upotrebu;
Odaberite kalup prema željenom obliku proizvoda, ubacite granulirani materijal u šupljinu kalupa i provedite kompresijsko oblikovanje na sobnoj temperaturi pod tlakom od 50-200 MPa kako biste dobili zeleno tijelo; ili stavite zeleno tijelo nakon kompresijskog oblikovanja u izostatički uređaj za prešanje, provedite izostatsko prešanje pod tlakom od 200-300 MPa i dobijete zeleno tijelo nakon sekundarnog prešanja;
Pripremljeni sirovi materijal stavite u gore navedenim koracima u vakuumsku peć za sinteriranje radi sinteriranja, a kvalificirani je gotova silicij-karbidna neprobojna keramika; u gore navedenom postupku sinteriranja, prvo se peć za sinteriranje evakuira, a kada stupanj vakuuma dosegne 3-5 × 10-2 Pa, inertni plin se uvodi u peć za sinteriranje do normalnog tlaka, a zatim zagrijava. Odnos između temperature i vremena zagrijavanja je: od sobne temperature do 800 ℃, 5-8 sati, održavanje topline 0,5-1 sat, od 800 ℃ do 2000-2300 ℃, 6-9 sati, održavanje topline 1 do 2 sata, a zatim se hladi u peći i spušta na sobnu temperaturu.
Mikrostruktura i granica zrna silicijevog karbida sinteriranog pri normalnom tlaku
Ukratko, keramika proizvedena postupkom vrućeg prešanja i sinteriranja ima bolje performanse, ali su i troškovi proizvodnje znatno povećani; keramika pripremljena sinteriranjem bez tlaka ima veće zahtjeve za sirovinama, visoku temperaturu sinteriranja, velike promjene veličine proizvoda, složen proces i niske performanse; keramički proizvodi proizvedeni postupkom reakcijskog sinteriranja imaju visoku gustoću, dobre antibalističke performanse i relativno niske troškove pripreme. Različiti postupci pripreme sinteriranjem silicij-karbidne keramike imaju svoje prednosti i nedostatke, a scenariji primjene također će biti različiti. Najbolja je politika odabrati pravu metodu pripreme prema proizvodu i pronaći ravnotežu između niske cijene i visokih performansi.
Vrijeme objave: 29. listopada 2024.