Pensinteran tindak balas
Pensinteran tindak balasseramik silikon karbidaProses pengeluaran merangkumi pemadatan seramik, pemadatan agen penyusupan fluks pensinteran, penyediaan produk seramik pensinteran tindak balas, penyediaan seramik kayu silikon karbida dan langkah-langkah lain.
Muncung silikon karbida sintering tindak balas
Pertama, 80-90% serbuk seramik (yang terdiri daripada satu atau dua serbukserbuk silikon karbidadan serbuk boron karbida), 3-15% serbuk sumber karbon (terdiri daripada satu atau dua karbon hitam dan resin fenolik) dan 5-15% agen pengacuan (resin fenolik, polietilena glikol, hidroksimetil selulosa atau parafin) dicampurkan secara sekata menggunakan pengisar bebola untuk mendapatkan serbuk campuran, yang dikeringkan dengan semburan dan digranulkan, kemudian ditekan dalam acuan untuk mendapatkan padatan seramik dengan pelbagai bentuk tertentu.
Kedua, 60-80% serbuk silikon, 3-10% serbuk silikon karbida dan 37-10% serbuk boron nitrida dicampurkan secara sekata dan ditekan dalam acuan untuk mendapatkan padatan agen penyusupan fluks pensinteran.
Padat seramik dan padat penyusupan tersinter kemudiannya disusun bersama, dan suhu dinaikkan kepada 1450-1750℃ dalam relau vakum dengan darjah vakum tidak kurang daripada 5×10-1 Pa untuk pensinteran dan pemeliharaan haba selama 1-3 jam untuk mendapatkan produk seramik tersinter tindak balas. Sisa penyusupan pada permukaan seramik tersinter dibuang dengan mengetuk untuk mendapatkan kepingan seramik yang padat, dan bentuk asal padat dikekalkan.
Akhirnya, proses sintering tindak balas digunakan, iaitu silikon cecair atau aloi silikon dengan aktiviti tindak balas pada suhu tinggi menyusup ke dalam kosong seramik berliang yang mengandungi karbon di bawah tindakan daya kapilari, dan bertindak balas dengan karbon di dalamnya untuk membentuk silikon karbida, yang akan mengembang dalam isipadu, dan liang yang tinggal diisi dengan silikon unsur. Kosong seramik berliang boleh terdiri daripada karbon tulen atau bahan komposit berasaskan silikon karbida/karbon. Yang pertama diperoleh dengan pengawetan dan pirolisis resin organik, pembentuk liang dan pelarut secara pemangkin. Yang kedua diperoleh dengan pirolisis zarah silikon karbida/bahan komposit berasaskan resin untuk mendapatkan bahan komposit berasaskan silikon karbida/karbon, atau dengan menggunakan α-SiC dan serbuk karbon sebagai bahan permulaan dan menggunakan proses penekan atau pengacuan suntikan untuk mendapatkan bahan komposit.
Sintering tanpa tekanan
Proses sintering tanpa tekanan silikon karbida boleh dibahagikan kepada sintering fasa pepejal dan sintering fasa cecair. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kajian mengenaiseramik silikon karbidadi dalam dan luar negara telah memberi tumpuan terutamanya kepada pensinteran fasa cecair. Proses penyediaan seramik adalah: pengilangan bebola bahan campuran–>penggranulan semburan–>penekanan kering–>pemejalan jasad hijau–>pensinteran vakum.
Produk silikon karbida sinter tanpa tekanan
Tambahkan 96-99 bahagian serbuk ultrahalus silikon karbida (50-500nm), 1-2 bahagian serbuk ultrahalus boron karbida (50-500nm), 0.2-1 bahagian nano-titanium borida (30-80nm), 10-20 bahagian resin fenolik larut air, dan 0.1-0.5 bahagian dispersan berkecekapan tinggi ke dalam kilang bebola untuk pengilangan bebola dan pencampuran selama 24 jam, dan masukkan buburan campuran ke dalam tong pencampuran untuk dikacau selama 2 jam untuk menghilangkan gelembung dalam buburan.
Campuran di atas disembur ke dalam menara granulasi, dan serbuk granulasi dengan morfologi zarah yang baik, kecairan yang baik, julat taburan zarah yang sempit dan kelembapan sederhana diperoleh dengan mengawal tekanan semburan, suhu masuk udara, suhu keluar udara dan saiz zarah kepingan semburan. Penukaran frekuensi emparan ialah 26-32, suhu masuk udara ialah 250-280℃, suhu keluar udara ialah 100-120℃, dan tekanan masuk buburan ialah 40-60.
Serbuk granulasi di atas diletakkan dalam acuan karbida bersimen untuk ditekan bagi mendapatkan jasad hijau. Kaedah penekan adalah tekanan dwiarah, dan tan tekanan alat mesin ialah 150-200 tan.
Jasad hijau yang telah ditekan diletakkan di dalam ketuhar pengeringan untuk pengeringan dan pengawetan bagi mendapatkan jasad hijau dengan kekuatan jasad hijau yang baik.
Jasad hijau yang diawet di atas diletakkan di dalammangkuk pijar grafitdan disusun dengan rapi dan kemas, kemudian mangkuk pijar grafit dengan badan hijau diletakkan di dalam relau pensinteran vakum suhu tinggi untuk pembakaran. Suhu pembakaran ialah 2200-2250℃, dan masa penebat ialah 1-2 jam. Akhirnya, seramik silikon karbida pensinteran tanpa tekanan berprestasi tinggi diperolehi.
Sintering fasa pepejal
Proses sintering tanpa tekanan silikon karbida boleh dibahagikan kepada sintering fasa pepejal dan sintering fasa cecair. Sintering fasa cecair memerlukan penambahan bahan tambahan sintering, seperti bahan tambahan binari dan ternari Y2O3, untuk menjadikan SiC dan bahan kompositnya menghasilkan sintering fasa cecair dan mencapai pemadatan pada suhu yang lebih rendah. Kaedah penyediaan seramik silikon karbida sintered fasa pepejal termasuk pencampuran bahan mentah, granulasi semburan, pengacuan dan sintering vakum. Proses pengeluaran khusus adalah seperti berikut:
70-90% silikon karbida α submikron (200-500nm), 0.1-5% boron karbida, 4-20% resin, dan 5-20% pengikat organik diletakkan di dalam pengadun dan ditambah dengan air tulen untuk pencampuran basah. Selepas 6-48 jam, buburan campuran dialirkan melalui penapis 60-120 mesh;
Bubur yang telah diayak disemburkan ke dalam granul melalui menara granulasi semburan. Suhu masuk menara granulasi semburan ialah 180-260℃, dan suhu keluar ialah 60-120℃; ketumpatan pukal bahan berbutir ialah 0.85-0.92g/cm3, kebendairan ialah 8-11s/30g; bahan berbutir diayak melalui penapis 60-120 mesh untuk kegunaan kemudian;
Pilih acuan mengikut bentuk produk yang diingini, masukkan bahan berbutir ke dalam rongga acuan, dan lakukan pengacuan mampatan suhu bilik pada tekanan 50-200MPa untuk mendapatkan jasad hijau; atau letakkan jasad hijau selepas pengacuan mampatan ke dalam peranti penekan isostatik, lakukan penekan isostatik pada tekanan 200-300MPa, dan dapatkan jasad hijau selepas penekan sekunder;
Letakkan badan hijau yang disediakan dalam langkah-langkah di atas ke dalam relau sintering vakum untuk sintering, dan yang layak ialah seramik kalis peluru silikon karbida yang telah siap; dalam proses sintering di atas, pertama sekali keluarkan relau sintering, dan apabila darjah vakum mencapai 3-5 × 10-2 selepas Pa, gas lengai disalurkan ke dalam relau sintering ke tekanan normal dan kemudian dipanaskan. Hubungan antara suhu pemanasan dan masa ialah: suhu bilik hingga 800 ℃, 5-8 jam, pemeliharaan haba selama 0.5-1 jam, dari 800 ℃ hingga 2000-2300 ℃, 6-9 jam, pemeliharaan haba selama 1 hingga 2 jam, dan kemudian disejukkan dengan relau dan diturunkan ke suhu bilik.
Mikrostruktur dan sempadan butiran silikon karbida yang disinter pada tekanan normal
Pendek kata, seramik yang dihasilkan melalui proses sintering tekan panas mempunyai prestasi yang lebih baik, tetapi kos pengeluaran juga meningkat dengan ketara; seramik yang disediakan melalui sintering tanpa tekanan mempunyai keperluan bahan mentah yang lebih tinggi, suhu sintering yang tinggi, perubahan saiz produk yang besar, proses yang kompleks dan prestasi yang rendah; produk seramik yang dihasilkan melalui proses sintering tindak balas mempunyai ketumpatan yang tinggi, prestasi anti-balistik yang baik, dan kos penyediaan yang agak rendah. Pelbagai proses penyediaan sintering seramik silikon karbida mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri, dan senario aplikasi juga akan berbeza. Adalah dasar terbaik untuk memilih kaedah penyediaan yang betul mengikut produk dan mencari keseimbangan antara kos rendah dan prestasi tinggi.
Masa siaran: 29 Okt-2024