სილიციუმის კარბიდის კერამიკის მომზადების პროცესი რეაქტიული სინთეზირებით და უწნევო სინთეზირებით

რეაქციის სინთეზირება

რეაქციის სინთეზირებასილიციუმის კარბიდის კერამიკაწარმოების პროცესი მოიცავს კერამიკული დატკეპნას, ნაკადის ინფილტრაციის აგენტით დატკეპნას, კერამიკული პროდუქტის რეაქციულ დატკეპნას, სილიციუმის კარბიდის ხის კერამიკის მომზადებას და სხვა ეტაპებს.

რეაქციის შედუღების სილიციუმის კარბიდის საქშენი

პირველ რიგში, კერამიკული ფხვნილის 80-90% (რომელიც შედგება ერთი ან ორი ფხვნილისგან)სილიციუმის კარბიდის ფხვნილიდა ბორის კარბიდის ფხვნილი), ნახშირბადის წყაროს ფხვნილის 3-15% (რომელიც შედგება ნახშირბადის შავი ფერის და ფენოლური ფისის ერთი ან ორი ნაწილისგან) და ჩამოსხმის აგენტის 5-15% (ფენოლური ფისი, პოლიეთილენგლიკოლი, ჰიდროქსიმეთილცელულოზა ან პარაფინი) თანაბრად ირევა ბურთულიანი წისქვილის გამოყენებით შერეული ფხვნილის მისაღებად, რომელიც შემდეგ შრება შესხურებით და გრანულირდება, შემდეგ კი იწურება ყალიბში სხვადასხვა სპეციფიკური ფორმის კერამიკული კომპაქტის მისაღებად.
მეორეც, 60-80% სილიციუმის ფხვნილი, 3-10% სილიციუმის კარბიდის ფხვნილი და 37-10% ბორის ნიტრიდის ფხვნილი თანაბრად ირევა და იწნეხება ყალიბში, რათა მივიღოთ შედუღების ნაკადის ინფილტრაციის აგენტის კომპაქტური მასა.
კერამიკული კომპაქტი და სინთეზირებული ინფილტრაციული კომპაქტი შემდეგ ერთმანეთში იკვრება და ტემპერატურა 1450-1750℃-მდე იზრდება ვაკუუმურ ღუმელში, რომლის ვაკუუმის ხარისხი არანაკლებ 5×10-1 Pa-ია, სინთეზირებისა და სითბოს შენარჩუნებისთვის 1-3 საათის განმავლობაში, რეაქციულად სინთეზირებული კერამიკული პროდუქტის მისაღებად. სინთეზირებული კერამიკის ზედაპირზე არსებული ინფილტრაციული ნარჩენები მოცილდება დარტყმით, რათა მივიღოთ მკვრივი კერამიკული ფურცელი და კომპაქტის თავდაპირველი ფორმა შენარჩუნებულია.
და ბოლოს, გამოიყენება რეაქტიული შედუღების პროცესი, ანუ თხევადი სილიციუმი ან სილიციუმის შენადნობი, რომელსაც აქვს რეაქციის აქტივობა მაღალ ტემპერატურაზე, კაპილარული ძალის ზემოქმედებით ინფილტრირდება ნახშირბადის შემცველ ფოროვან კერამიკულ ბლანკში და რეაგირებს მასში არსებულ ნახშირბადთან სილიციუმის კარბიდის წარმოქმნით, რომელიც ფართოვდება მოცულობით და დარჩენილი ფორები ივსება ელემენტარული სილიციუმით. ფოროვანი კერამიკული ბლანკი შეიძლება იყოს სუფთა ნახშირბადის ან სილიციუმის კარბიდის/ნახშირბადის ბაზაზე დამზადებული კომპოზიტური მასალა. პირველი მიიღება ორგანული ფისის, ფორების წარმომქმნელის და გამხსნელის კატალიზური გამყარებით და პიროლიზით. ეს უკანასკნელი მიიღება სილიციუმის კარბიდის ნაწილაკების/ფისზე დაფუძნებული კომპოზიტური მასალების პიროლიზით სილიციუმის კარბიდის/ნახშირბადის ბაზაზე დამზადებული კომპოზიტური მასალების მისაღებად, ან α-SiC-ის და ნახშირბადის ფხვნილის გამოყენებით, როგორც საწყისი მასალების და დაპრესილი ან ინექციური ჩამოსხმის პროცესის გამოყენებით კომპოზიტური მასალის მისაღებად.

წნევის გარეშე შედუღება

სილიციუმის კარბიდის უწნევო შედუღების პროცესი შეიძლება დაიყოს მყარფაზიან შედუღებად და თხევადფაზიან შედუღებად. ბოლო წლებში, კვლევასილიციუმის კარბიდის კერამიკაროგორც ქვეყნის შიგნით, ასევე მის ფარგლებს გარეთ, ძირითადად ფოკუსირებულია თხევად-ფაზიან სინთეზზე. კერამიკის მომზადების პროცესი შემდეგია: შერეული მასალის ბურთულიანი დაფქვა -> შესხურებითი გრანულაცია -> მშრალი დაპრესილი -> მწვანე სხეულის გამყარება -> ვაკუუმური სინთეზი.

წნევის გარეშე შედუღებული სილიციუმის კარბიდის პროდუქტები

ბურთულიანი წისქვილის ბურთულიან დაფქვისა და 24 საათის განმავლობაში შერევისთვის, ბურთულიანი წისქვილის დასამზადებლად და შესარევად, დაამატეთ სილიციუმის კარბიდის ულტრაწვრილი ფხვნილის 96-99 ნაწილი (50-500 ნმ), ბორის კარბიდის ულტრაწვრილი ფხვნილის 1-2 ნაწილი (50-500 ნმ), ნანოტიტანის ბორიდის 0.2-1 ნაწილი (30-80 ნმ), წყალში ხსნადი ფენოლური ფისის 10-20 ნაწილი და მაღალეფექტური დისპერსანტის 0.1-0.5 ნაწილი და შერეული ნალექი მოათავსეთ შემრევ ცილინდრში 2 საათის განმავლობაში მოსარევად, რათა ნალექში ბუშტები მოშორდეს.
ზემოთ აღნიშნული ნარევი შეისხურება გრანულაციის კოშკში და შესხურების წნევის, შესასვლელი ჰაერის ტემპერატურის, ჰაერის გამოსასვლელი ჰაერის ტემპერატურის და შესასხურებელი ფურცლის ნაწილაკების ზომის კონტროლით მიიღება გრანულაციის ფხვნილი კარგი ნაწილაკების მორფოლოგიით, კარგი სითხის შემცველობით, ნაწილაკების ვიწრო განაწილების დიაპაზონით და ზომიერი ტენიანობით. ცენტრიდანული სიხშირის გარდაქმნაა 26-32°, შესასვლელი ჰაერის ტემპერატურაა 250-280°C, გამოსასვლელი ჰაერის ტემპერატურაა 100-120°C, ხოლო სუსპენზიის შესასვლელი წნევაა 40-60°C.
ზემოთ მოცემული გრანულაციის ფხვნილი მოთავსებულია ცემენტირებულ კარბიდის ყალიბში მწვანე კორპუსის მისაღებად დასაწნეხად. დაწნეხვის მეთოდი ორმხრივი წნევითაა, ხოლო დაზგის წნევითი ტონაჟი 150-200 ტონაა.
დაპრესილი მწვანე სხეული მოთავსებულია საშრობ ღუმელში გასაშრობად და გასამაგრებლად, რათა მივიღოთ მწვანე სხეული კარგი სიმტკიცით.
ზემოთ მოყვანილი გამაგრებული მწვანე სხეული მოთავსებულიაგრაფიტის ტილომჭიდროდ და მოწესრიგებულად დალაგებული, შემდეგ გრაფიტის ტიგმენტი მწვანე კორპუსით მოთავსებულია მაღალტემპერატურულ ვაკუუმურ სინთეზატორულ ღუმელში გამოწვის მიზნით. გამოწვის ტემპერატურაა 2200-2250℃, ხოლო იზოლაციის დრო 1-2 საათი. საბოლოოდ, მიიღება მაღალი ხარისხის უწნევო სინთეზირებული სილიციუმის კარბიდის კერამიკა.

მყარი ფაზის სინთეზირება

სილიციუმის კარბიდის უწნევო შედუღების პროცესი შეიძლება დაიყოს მყარფაზიან შედუღებად და თხევადფაზიან შედუღებად. თხევადფაზიანი შედუღებისთვის საჭიროა შედუღების დანამატების დამატება, როგორიცაა Y2O3 ორობითი და სამმაგი დანამატები, რათა SiC-მა და მისმა კომპოზიტურმა მასალებმა წარმოადგინონ თხევადფაზიანი შედუღება და მიაღწიონ დენსიფიკაციას დაბალ ტემპერატურაზე. მყარი ფაზიანი შედუღებული სილიციუმის კარბიდის კერამიკის მომზადების მეთოდი მოიცავს ნედლეულის შერევას, შესხურებით გრანულაციას, ჩამოსხმას და ვაკუუმურ შედუღებას. კონკრეტული წარმოების პროცესი შემდეგია:
მიკრონული α სილიციუმის კარბიდის 70-90% (200-500 ნმ), ბორის კარბიდის 0.1-5%, ფისის 4-20% და ორგანული შემკვრელის 5-20% თავსდება მიქსერში და ემატება სუფთა წყალი სველი შერევისთვის. 6-48 საათის შემდეგ, შერეული სუსპენზია გადის 60-120 mesh საცერში;
გაცრილი სუსპენზია იფილტრება შესხურებით, გრანულაციის კოშკის მეშვეობით. შესხურებით, გრანულაციის კოშკის შესასვლელი ტემპერატურაა 180-260℃, ხოლო გამოსასვლელი ტემპერატურა 60-120℃; გრანულირებული მასალის მოცულობითი სიმკვრივეა 0.85-0.92 გ/სმ3, სითხეობაა 8-11 წმ/30 გ; გრანულირებული მასალა იფილტრება 60-120 mesh საცერში შემდგომი გამოყენებისთვის;
სასურველი პროდუქტის ფორმის მიხედვით შეარჩიეთ ყალიბი, ჩატვირთეთ გრანულირებული მასალა ყალიბის ღრუში და ჩაატარეთ ოთახის ტემპერატურაზე შეკუმშვის ჩამოსხმა 50-200 მპა წნევით, რათა მიიღოთ მწვანე სხეული; ან შეკუმშვის შემდეგ მოათავსეთ მწვანე სხეული იზოსტატიკური დაწნეხვის მოწყობილობაში, ჩაატარეთ იზოსტატიკური დაწნეხვა 200-300 მპა წნევით და მეორადი დაწნეხვის შემდეგ მიიღეთ მწვანე სხეული;
ზემოთ მოცემული ნაბიჯებით მომზადებული მწვანე სხეული მოათავსეთ ვაკუუმურ შედუღების ღუმელში შედუღებისთვის, და კვალიფიციურია მზა სილიციუმის კარბიდის ტყვიაგაუმტარი კერამიკა; ზემოთ აღნიშნული შედუღების პროცესში, ჯერ გამოდევნეთ შედუღების ღუმელიდან და როდესაც ვაკუუმის ხარისხი მიაღწევს 3-5 × 10-2 (Pa), ინერტული აირი გადადის შედუღების ღუმელში ნორმალურ წნევამდე და შემდეგ თბება. გათბობის ტემპერატურასა და დროს შორის დამოკიდებულებაა: ოთახის ტემპერატურაზე 800℃-მდე, 5-8 საათი, სითბოს შენარჩუნება 0.5-1 საათი, 800℃-დან 2000-2300℃-მდე, 6-9 საათი, სითბოს შენარჩუნება 1-დან 2 საათამდე, შემდეგ გაცივება ღუმელით და დაშვება ოთახის ტემპერატურამდე.

ნორმალური წნევის დროს შედუღებული სილიციუმის კარბიდის მიკროსტრუქტურა და მარცვლის საზღვარი

მოკლედ, ცხელი დაწნეხვის სინთეზირების პროცესით წარმოებულ კერამიკას უკეთესი მახასიათებლები აქვს, მაგრამ წარმოების ღირებულებაც მნიშვნელოვნად იზრდება; უწნევო სინთეზირებით დამზადებულ კერამიკას უფრო მაღალი ნედლეულის მოთხოვნები აქვს, მაღალი სინთეზირების ტემპერატურა, პროდუქტის ზომის დიდი ცვლილებები, რთული პროცესი და დაბალი მახასიათებლები; რეაქტიული სინთეზირების პროცესით წარმოებულ კერამიკულ პროდუქტებს აქვთ მაღალი სიმკვრივე, კარგი ანტიბალისტური მახასიათებლები და შედარებით დაბალი მომზადების ღირებულება. სილიციუმის კარბიდის კერამიკის სინთეზირების მომზადების სხვადასხვა პროცესს აქვს თავისი უპირატესობები და ნაკლოვანებები და გამოყენების სცენარებიც განსხვავებული იქნება. საუკეთესო პოლიტიკაა სწორი მომზადების მეთოდის არჩევა პროდუქტის მიხედვით და დაბალ ფასსა და მაღალ ხარისხს შორის ბალანსის პოვნა.