Реакциялық күйдіру
Реакциялық күйдірукремний карбиді керамикасыӨндіріс процесіне керамикалық тығыздау, ағынды инфильтрациялық агентті тығыздау, реакциялық күйдіру керамикалық өнімін дайындау, кремний карбиді ағаш керамикасын дайындау және басқа да қадамдар кіреді.
Реакциялық күйдіру кремний карбиді саптамасы
Біріншіден, 80-90% керамикалық ұнтақ (бір немесе екі ұнтақтан тұрады)кремний карбиді ұнтағыжәне бор карбиді ұнтағы), 3-15% көміртегі көзі ұнтағы (бір немесе екі көміртегі қара және фенол шайырынан тұрады) және 5-15% қалыптау агенті (фенол шайыры, полиэтиленгликоль, гидроксиметилцеллюлоза немесе парафин) аралас ұнтақ алу үшін шарлы диірменді пайдаланып біркелкі араластырылады, ол шашыратып кептіріледі және түйіршіктеледі, содан кейін әртүрлі нақты пішіндері бар керамикалық компакт алу үшін қалыпқа басылады.
Екіншіден, 60-80% кремний ұнтағы, 3-10% кремний карбиді ұнтағы және 37-10% бор нитриді ұнтағы біркелкі араластырылып, қалыпқа салынып, күйдіру ағынының инфильтрациялық агентінің тығыздығы алынады.
Керамикалық тығыздағыш пен пісірілген инфильтрациялық тығыздағыш бір-біріне жиналады, содан кейін температура 1-3 сағат бойы пісіру және жылуды сақтау үшін 5×10-1 Па вакуумдық пеште 1450-1750℃ дейін көтеріледі, нәтижесінде реакциялық пісірілген керамикалық өнім алынады. Пісірілген керамика бетіндегі инфильтрациялық қалдық тығыз керамикалық парақ алу үшін түрту арқылы жойылады, бұл тығыздағыштың бастапқы пішінін сақтайды.
Соңында, реакциялық күйдіру процесі қолданылады, яғни жоғары температурада реакциялық белсенділігі бар сұйық кремний немесе кремний қорытпасы капиллярлық күштің әсерінен көміртегі бар кеуекті керамикалық дайындамаға еніп, ондағы көміртекпен әрекеттесіп, көлемі кеңейетін кремний карбидін түзеді, ал қалған тесіктер элементтік кремниймен толтырылады. Кеуекті керамикалық дайындам таза көміртек немесе кремний карбиді/көміртек негізіндегі композиттік материал болуы мүмкін. Біріншісі органикалық шайырды, кеуек түзгішті және еріткішті каталитикалық түрде қатаю және пиролиздеу арқылы алынады. Соңғысы кремний карбиді/көміртек негізіндегі композиттік материалдарды алу үшін кремний карбидінің бөлшектерін/шайыр негізіндегі композиттік материалдарды пиролиздеу арқылы немесе бастапқы материалдар ретінде α-SiC және көміртек ұнтағын пайдалану және композиттік материалды алу үшін престеу немесе инъекциялық қалыптау процесін қолдану арқылы алынады.
Қысымсыз күйдіру
Кремний карбидінің қысымсыз күйдіру процесін қатты фазалы күйдіру және сұйық фазалы күйдіру деп бөлуге болады. Соңғы жылдары зерттеулеркремний карбиді керамикасыелімізде де, шетелде де негізінен сұйық фазалы күйдіруге бағытталған. Керамикалық дайындау процесі: аралас материалды шарлы фрезерлеу –> бүрку түйіршіктеу –> құрғақ престеу –> жасыл денені қатайту –> вакуумды күйдіру.
Қысымсыз күйдірілген кремний карбидінен жасалған өнімдер
Шарлы диірменге 24 сағат бойы шарлы ұнтақтау және араластыру үшін 96-99 бөлік кремний карбиді ультраұсақ ұнтағын (50-500 нм), 1-2 бөлік бор карбиді ультраұсақ ұнтағын (50-500 нм), 0,2-1 бөлік нано-титан боридін (30-80 нм), 10-20 бөлік суда еритін фенол шайырын және 0,1-0,5 бөлік жоғары тиімді диспергаторды қосыңыз, содан кейін қоспадағы көпіршіктерді кетіру үшін араластырғыш бөшкеге 2 сағат бойы араластырыңыз.
Жоғарыда көрсетілген қоспа түйіршіктеу мұнарасына шашыратылады, ал шашыратқыш қысымын, ауа кірісінің температурасын, ауа шығысының температурасын және бүріккіш парағының бөлшектерінің өлшемін бақылау арқылы бөлшектердің морфологиясы жақсы, сұйықтығы жақсы, бөлшектердің таралу диапазоны тар және ылғалдылығы орташа түйіршіктеу ұнтағы алынады. Орталықтан тепкіш жиілікті түрлендіру 26-32, ауа кірісінің температурасы 250-280℃, ауа шығысының температурасы 100-120℃, ал суспензия кірісінің қысымы 40-60 құрайды.
Жоғарыда көрсетілген түйіршіктеу ұнтағы жасыл дене алу үшін престеу үшін цементтелген карбидті қалыпқа салынады. Престеу әдісі екі бағытты қысым болып табылады, ал станоктың қысым тоннажы 150-200 тоннаны құрайды.
Сығымдалған жасыл дене жақсы жасыл дене беріктігі бар жасыл дене алу үшін кептіру және қатайту үшін кептіру пешіне салынады.
Жоғарыда жазылған жасыл дене орналастырылғанграфит тигелітығыз және ұқыпты орналастырылады, содан кейін жасыл корпусы бар графит тигелі күйдіру үшін жоғары температуралы вакуумды күйдіру пешіне салынады. Күйдіру температурасы 2200-2250℃, ал оқшаулау уақыты 1-2 сағат. Соңында, жоғары өнімді қысымсыз күйдірілген кремний карбиді керамикасы алынады.
Қатты фазалы күйдіру
Кремний карбидін қысымсыз күйдіру процесін қатты фазалы күйдіру және сұйық фазалы күйдіру деп бөлуге болады. Сұйық фазалы күйдіру SiC және оның композиттік материалдарын сұйық фазалы күйдіруді қамтамасыз ету және төмен температурада тығыздауға қол жеткізу үшін Y2O3 екілік және үштік қоспалар сияқты күйдіру қоспаларын қосуды қажет етеді. Қатты фазалы күйдірілген кремний карбиді керамикасын дайындау әдісі шикізатты араластыруды, бүркуді түйіршіктеуді, қалыптауды және вакуумды күйдіруді қамтиды. Нақты өндіріс процесі келесідей:
70-90% субмикронды α кремний карбиді (200-500 нм), 0,1-5% бор карбиді, 4-20% шайыр және 5-20% органикалық байланыстырушы зат араластырғышқа салынып, ылғалды араластыру үшін таза сумен қосылады. 6-48 сағаттан кейін араласқан ерітінді 60-120 торлы електен өткізіледі;
Електен өткен суспензия бүріккіш грануляция мұнарасы арқылы бүріккіштеледі. Бүріккіш грануляция мұнарасының кіріс температурасы 180-260℃, ал шығыс температурасы 60-120℃; түйіршіктелген материалдың көлемдік тығыздығы 0,85-0,92 г/см3, сұйықтығы 8-11 с/30 г; түйіршіктелген материал кейінірек пайдалану үшін 60-120 торлы електен өткізіледі;
Қажетті өнім пішініне сәйкес қалып таңдаңыз, түйіршіктелген материалды қалып қуысына салыңыз және жасыл дене алу үшін бөлме температурасында 50-200 МПа қысыммен қысу арқылы қалыптауды орындаңыз; немесе қысу арқылы қалыптағаннан кейін жасыл денені изостатикалық престеу құрылғысына салыңыз, 200-300 МПа қысыммен изостатикалық престеуді орындаңыз және екінші рет престеуден кейін жасыл дене алыңыз;
Жоғарыда көрсетілген қадамдарда дайындалған жасыл корпусты вакуумдық күйдіру пешіне салыңыз, ал біліктісі - дайын кремний карбиді оқ өткізбейтін керамика; жоғарыда аталған күйдіру процесінде алдымен күйдіру пешін босатыңыз, вакуум дәрежесі 3-5×10-2 жеткенде, Па-дан кейін инертті газ күйдіру пешіне қалыпты қысымға дейін жіберіліп, содан кейін қыздырылады. Қыздыру температурасы мен уақыт арасындағы байланыс: бөлме температурасы 800℃ дейін, 5-8 сағат, жылуды сақтау 0,5-1 сағат, 800℃-тан 2000-2300℃-қа дейін, 6-9 сағат, жылуды сақтау 1-2 сағат, содан кейін пешпен бірге салқындатылып, бөлме температурасына дейін түсіріледі.
Қалыпты қысымда күйдірілген кремний карбидінің микроқұрылымы және түйіршік шекарасы
Қысқасы, ыстық престеу арқылы күйдіру процесімен жасалған керамика жақсы өнімділікке ие, бірақ өндіріс құны да айтарлықтай артады; қысымсыз күйдіру арқылы дайындалған керамика шикізатқа жоғары талаптарға, жоғары күйдіру температурасына, өнім өлшемінің үлкен өзгерістеріне, күрделі процесс пен төмен өнімділікке ие; реакциялық күйдіру процесімен өндірілген керамикалық өнімдер жоғары тығыздыққа, жақсы антибаллистикалық өнімділікке және салыстырмалы түрде төмен дайындау құнына ие. Кремний карбиді керамикасын әртүрлі күйдіру дайындау процестерінің өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар, және қолдану сценарийлері де әртүрлі болады. Өнімге сәйкес дұрыс дайындау әдісін таңдап, төмен құны мен жоғары өнімділігі арасындағы тепе-теңдікті табу ең жақсы саясат болып табылады.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 29 қазан