Reaksjonssintring
Reaksjonssintringensilisiumkarbid keramikkProduksjonsprosessen inkluderer keramisk komprimering, sintringsfluksinfiltrasjonsmiddelkomprimering, reaksjonssintring av keramiske produkter, fremstilling av silisiumkarbid-trekeramikk og andre trinn.
Reaksjonssintringsdyse av silisiumkarbid
Først, 80–90 % av keramisk pulver (sammensatt av ett eller to pulver avsilisiumkarbidpulverog borkarbidpulver), 3–15 % karbonkildepulver (sammensatt av ett eller to av karbonsvart og fenolharpiks) og 5–15 % støpemiddel (fenolharpiks, polyetylenglykol, hydroksymetylcellulose eller parafin) blandes jevnt ved hjelp av en kulemølle for å oppnå et blandet pulver, som spraytørkes og granuleres, og deretter presses i en form for å oppnå en keramisk kompakt med forskjellige spesifikke former.
For det andre blandes 60–80 % silisiumpulver, 3–10 % silisiumkarbidpulver og 37–10 % bornitridpulver jevnt og presses i en støpeform for å oppnå en kompakt masse av sintringsfluksinfiltrasjonsmiddel.
Den keramiske kompakten og den sintrede infiltrantkompakten stables deretter sammen, og temperaturen økes til 1450–1750 ℃ i en vakuumovn med en vakuumgrad på ikke mindre enn 5 × 10⁻⁴ Pa for sintring og varmekonservering i 1–3 timer for å oppnå et reaksjonssintret keramisk produkt. Infiltrantrestene på overflaten av den sintrede keramikken fjernes ved å banke for å oppnå en tett keramisk plate, og den opprinnelige formen på kompakten opprettholdes.
Til slutt benyttes reaksjonssintringsprosessen, det vil si at flytende silisium eller silisiumlegering med reaksjonsaktivitet ved høy temperatur infiltrerer det porøse keramiske emnet som inneholder karbon under påvirkning av kapillærkraft, og reagerer med karbonet deri for å danne silisiumkarbid, som vil utvide seg i volum, og de gjenværende porene fylles med elementært silisium. Det porøse keramiske emnet kan være rent karbon eller silisiumkarbid/karbonbasert komposittmateriale. Førstnevnte oppnås ved katalytisk herding og pyrolysering av en organisk harpiks, en poredanner og et løsningsmiddel. Sistnevnte oppnås ved pyrolysering av silisiumkarbidpartikler/harpiksbaserte komposittmaterialer for å oppnå silisiumkarbid/karbonbaserte komposittmaterialer, eller ved å bruke α-SiC og karbonpulver som utgangsmaterialer og bruke en pressings- eller sprøytestøpeprosess for å oppnå komposittmaterialet.
Trykkløs sintring
Den trykkløse sintringsprosessen for silisiumkarbid kan deles inn i fastfasesintring og væskefasesintring. I de senere år har forskningen påsilisiumkarbidkeramikkhjemme og i utlandet har hovedsakelig fokusert på væskefasesintring. Keramikkforberedelsesprosessen er: kulemalling av blandede materialer –> spraygranulering –> tørrpressing –> størkning av grønne materialer –> vakuumsintring.
Trykkløse sintrede silisiumkarbidprodukter
Tilsett 96–99 deler ultrafint silisiumkarbidpulver (50–500 nm), 1–2 deler ultrafint borkarbidpulver (50–500 nm), 0,2–1 deler nanotitanborid (30–80 nm), 10–20 deler vannløselig fenolharpiks og 0,1–0,5 deler høyeffektivt dispergeringsmiddel til kulemøllen for kulemaling og blanding i 24 timer, og hell den blandede oppslemmingen i en blandebeholder for omrøring i 2 timer for å fjerne bobler i oppslemmingen.
Blandingen ovenfor sprøytes inn i granuleringstårnet, og granuleringspulveret med god partikkelmorfologi, god fluiditet, smalt partikkelfordelingsområde og moderat fuktighet oppnås ved å kontrollere sprøytetrykket, luftinntakstemperaturen, luftutløpstemperaturen og sprøyteflakpartikkelstørrelsen. Sentrifugalfrekvensomformingen er 26–32, luftinntakstemperaturen er 250–280 ℃, luftutløpstemperaturen er 100–120 ℃, og slammens innløpstrykk er 40–60.
Ovennevnte granuleringspulver plasseres i en sementert karbidform for pressing for å oppnå et rått legeme. Pressemetoden er toveis trykk, og maskinverktøyets trykktonnasje er 150–200 tonn.
Det pressede grønne legemet plasseres i en tørkeovn for tørking og herding for å oppnå et grønnlegeme med god grønnlegemestyrke.
Den ovennevnte herdede grønne kroppen plasseres i engrafittdigelog arrangeres tett og pent, og deretter plasseres grafittdigelen med den grønne kroppen i en høytemperatur vakuumsintringsovn for brenning. Brenningstemperaturen er 2200–2250 ℃, og isolasjonstiden er 1–2 timer. Til slutt oppnås høypresterende trykkløs sintret silisiumkarbidkeramikk.
Fastfasesintring
Den trykkløse sintringsprosessen for silisiumkarbid kan deles inn i fastfasesintring og væskefasesintring. Væskefasesintring krever tilsetning av sintringsadditiver, som binære og ternære Y2O3-additiver, for å få SiC og dets komposittmaterialer til å fremstå som væskefasesintring og oppnå fortetting ved en lavere temperatur. Fremstillingsmetoden for fastfasesintret silisiumkarbidkeramikk inkluderer blanding av råmaterialer, sprøytegranulering, støping og vakuumsintring. Den spesifikke produksjonsprosessen er som følger:
70–90 % submikron α-silisiumkarbid (200–500 nm), 0,1–5 % borkarbid, 4–20 % harpiks og 5–20 % organisk bindemiddel plasseres i en mikser og tilsettes rent vann for våtblanding. Etter 6–48 timer føres den blandede oppslemmingen gjennom en 60–120 mesh sil;
Den siktede oppslemmingen sprøytegranuleres gjennom et sprøytegranuleringstårn. Innløpstemperaturen til sprøytegranuleringstårnet er 180–260 ℃, og utløpstemperaturen er 60–120 ℃; bulkdensiteten til det granulerte materialet er 0,85–0,92 g/cm3, fluiditeten er 8–11 s/30 g; det granulerte materialet siktes gjennom en 60–120 mesh sil for senere bruk;
Velg en form i henhold til ønsket produktform, fyll det granulerte materialet i formhulrommet og utfør kompresjonsstøping ved romtemperatur ved et trykk på 50–200 MPa for å oppnå et rått legeme; eller plasser det rått legemet etter kompresjonsstøping i en isostatisk presseanordning, utfør isostatisk pressing ved et trykk på 200–300 MPa, og oppnå et rått legeme etter sekundærpressing;
Plasser den grønne kroppen som er forberedt i trinnene ovenfor i en vakuumsintringsovn for sintring, og den kvalifiserte er den ferdige silisiumkarbid-kulesikre keramikken. I sintringsprosessen ovenfor, evakuer først sintringsovnen, og når vakuumgraden når 3-5 × 10-2 etter Pa, føres den inerte gassen inn i sintringsovnen til normalt trykk og varmes deretter opp. Forholdet mellom oppvarmingstemperatur og tid er: romtemperatur til 800 ℃, 5-8 timer, varmekonservering i 0,5-1 time, fra 800 ℃ til 2000-2300 ℃, 6-9 timer, varmekonservering i 1 til 2 timer, og avkjøl deretter med ovnen og senket til romtemperatur.
Mikrostruktur og korngrense av silisiumkarbid sintret ved normalt trykk
Kort sagt, keramikk produsert ved varmpressing og sintring har bedre ytelse, men produksjonskostnadene øker også kraftig. Keramikk fremstilt ved trykkløs sintring har høyere krav til råmaterialer, høy sintringstemperatur, store endringer i produktstørrelse, kompleks prosess og lav ytelse. Keramiske produkter produsert ved reaksjonssintring har høy tetthet, god antiballistisk ytelse og relativt lave forberedelseskostnader. Ulike sintringsprosesser for silisiumkarbidkeramikk har sine egne fordeler og ulemper, og bruksscenariene vil også være forskjellige. Det er den beste politikken å velge riktig forberedelsesmetode i henhold til produktet og finne en balanse mellom lav kostnad og høy ytelse.
Publisert: 29. oktober 2024