Spiekanie reakcyjne
Reakcja spiekaniaceramika z węglika krzemuProces produkcyjny obejmuje zagęszczanie ceramiki, zagęszczanie środka infiltrującego topnik spiekalny, przygotowanie produktu ceramicznego poprzez spiekanie reakcyjne, przygotowanie ceramiki drzewnej z węglika krzemu i inne kroki.
Dysza z węglika krzemu do spiekania reakcyjngo
Po pierwsze, 80-90% proszku ceramicznego (składającego się z jednego lub dwóch proszkówproszek węglika krzemui proszek węglika boru), 3-15% proszku źródłowego węgla (składającego się z jednego lub dwóch składników: sadzy i żywicy fenolowej) oraz 5-15% środka formującego (żywicy fenolowej, glikolu polietylenowego, hydroksymetylocelulozy lub parafiny) miesza się równomiernie w młynie kulowym w celu uzyskania proszku mieszanego, który jest suszony rozpyłowo i granulowany, a następnie prasowany w formie w celu uzyskania ceramicznego wypraski o różnych określonych kształtach.
Następnie miesza się równomiernie 60–80% proszku krzemu, 3–10% proszku węglika krzemu i 37–10% proszku azotku boru, a następnie prasuje w formie w celu uzyskania zwartej masy środka infiltrującego topnik spiekany.
Następnie kompakt ceramiczny i spiekany kompakt z infiltrantem są układane w stosy, a temperatura jest podnoszona do 1450-1750°C w piecu próżniowym o stopniu próżni nie mniejszym niż 5×10-1 Pa w celu spiekania i utrwalania cieplnego przez 1-3 godziny, aby uzyskać spiekany reaktywnie produkt ceramiczny. Pozostałości infiltrantu na powierzchni spiekanego materiału ceramicznego są usuwane poprzez stukanie, co pozwala uzyskać gęstą warstwę ceramiczną, a pierwotny kształt kompaktu zostaje zachowany.
Na koniec stosuje się proces spiekania reakcyjnego, czyli ciekły krzem lub stop krzemu o wysokiej aktywności reakcyjnej w wysokiej temperaturze infiltruje do porowatego ceramicznego półfabrykatu zawierającego węgiel pod wpływem sił kapilarnych i reaguje z węglem, tworząc węglik krzemu, który zwiększa swoją objętość, a pozostałe pory wypełniane są pierwiastkowym krzemem. Porowaty ceramiczny półfabrykat może być wykonany z czystego węgla lub materiału kompozytowego na bazie węglika krzemu/węgla. Pierwszy z nich uzyskuje się poprzez katalityczne utwardzanie i pirolizę żywicy organicznej, substancji porotwórczej i rozpuszczalnika. Drugi z nich uzyskuje się poprzez pirolizę cząstek węglika krzemu/materiałów kompozytowych na bazie żywicy w celu uzyskania materiałów kompozytowych na bazie węglika krzemu/węgla lub poprzez użycie α-SiC i proszku węglowego jako materiałów wyjściowych i zastosowanie procesu prasowania lub formowania wtryskowego w celu uzyskania materiału kompozytowego.
Spiekanie bezciśnieniowe
Proces spiekania bezciśnieniowego węglika krzemu można podzielić na spiekanie w fazie stałej i spiekanie w fazie ciekłej. W ostatnich latach badania nadceramika z węglika krzemuW kraju i za granicą firma koncentruje się głównie na spiekaniu w fazie ciekłej. Proces przygotowania ceramiki obejmuje: mielenie kulowe materiału mieszanego – granulację natryskową – prasowanie na sucho – krzepnięcie w stanie surowym – spiekanie próżniowe.
Produkty z węglika krzemu spiekane bezciśnieniowo
Dodaj 96-99 części ultradrobnego proszku węglika krzemu (50-500 nm), 1-2 części ultradrobnego proszku węglika boru (50-500 nm), 0,2-1 części nano-boru tytanu (30-80 nm), 10-20 części rozpuszczalnej w wodzie żywicy fenolowej i 0,1-0,5 części wysokowydajnego dyspergatora do młyna kulowego i mieszaj przez 24 godziny, a następnie przelej mieszaninę do bębna mieszającego i mieszaj przez 2 godziny, aby usunąć pęcherzyki powietrza z zawiesiny.
Powyższa mieszanina jest rozpylana do wieży granulacyjnej, a proszek granulacyjny o dobrej morfologii cząstek, dobrej płynności, wąskim zakresie rozkładu cząstek i umiarkowanej wilgotności jest uzyskiwany poprzez kontrolowanie ciśnienia rozpylania, temperatury powietrza wlotowego i wylotowego oraz wielkości cząstek natryskiwanej powierzchni. Częstotliwość wirowania wynosi 26-32, temperatura powietrza wlotowego 250-280°C, temperatura powietrza wylotowego 100-120°C, a ciśnienie wlotowe zawiesiny 40-60°C.
Powyższy proszek granulowany umieszczany jest w formie z węglika spiekanego, gdzie jest prasowany w celu uzyskania masy surowej. Metoda prasowania odbywa się dwukierunkowo, a nacisk obrabiarki wynosi 150-200 ton.
Sprasowane surowe ciało stałe umieszcza się w piecu suszarniczym w celu wysuszenia i utwardzenia w celu uzyskania surowego ciała stałego o dobrej wytrzymałości.
Wyżej utwardzony zielony korpus umieszcza się wtygiel grafitowyNastępnie grafitowy tygiel z zielonym korpusem umieszcza się w wysokotemperaturowym piecu do spiekania próżniowego w celu wypalenia. Temperatura wypalania wynosi 2200-2250°C, a czas izolacji 1-2 godziny. Ostatecznie otrzymuje się wysokowydajną ceramikę z węglika krzemu spiekaną bezciśnieniowo.
Spiekanie w fazie stałej
Proces spiekania bezciśnieniowego węglika krzemu można podzielić na spiekanie w fazie stałej i spiekanie w fazie ciekłej. Spiekanie w fazie ciekłej wymaga dodania dodatków spiekalnych, takich jak dwuskładnikowe i trójskładnikowe dodatki Y2O3, aby SiC i jego materiały kompozytowe charakteryzowały się spiekaniem w fazie ciekłej i osiągały zagęszczenie w niższej temperaturze. Metoda przygotowania ceramiki z węglika krzemu spiekanej w fazie stałej obejmuje mieszanie surowców, granulację natryskową, formowanie i spiekanie próżniowe. Szczegółowy proces produkcji wygląda następująco:
Do mieszalnika wlewa się 70–90% węglika krzemu α submikronowego (200–500 nm), 0,1–5% węglika boru, 4–20% żywicy i 5–20% spoiwa organicznego, a następnie dodaje się czystą wodę do mieszania na mokro. Po 6–48 godzinach mieszaninę przesiewa się przez sito o oczkach 60–120 oczek.
Przesianą zawiesinę poddaje się granulacji rozpyłowej w wieży do granulacji rozpyłowej. Temperatura na wlocie wieży do granulacji rozpyłowej wynosi 180–260°C, a na wylocie 60–120°C; gęstość nasypowa granulatu wynosi 0,85–0,92 g/cm³, a płynność 8–11 s/30 g; granulat przesiewa się przez sito o oczkach 60–120 oczek do późniejszego wykorzystania.
Wybierz formę zgodnie z pożądanym kształtem produktu, załaduj granulat do wnęki formy i przeprowadź formowanie kompresyjne w temperaturze pokojowej przy ciśnieniu 50–200 MPa, aby uzyskać zieloną masę; lub umieść zieloną masę po formowaniu kompresyjnym w urządzeniu do prasowania izostatycznego, przeprowadź prasowanie izostatyczne przy ciśnieniu 200–300 MPa i uzyskaj zieloną masę po prasowaniu wtórnym;
Umieścić zieloną bryłę przygotowaną w powyższych krokach w piecu do spiekania próżniowego w celu spiekania, a zakwalifikowaną bryłę stanowi gotowa ceramika kuloodporna z węglika krzemu. W powyższym procesie spiekania, najpierw należy opróżnić piec do spiekania, a gdy stopień próżni osiągnie 3-5×10-2 Pa, gaz obojętny jest wprowadzany do pieca do spiekania pod ciśnieniem normalnym, a następnie podgrzewany. Zależność między temperaturą nagrzewania a czasem jest następująca: od temperatury pokojowej do 800°C, 5-8 godzin, podtrzymywanie ciepła przez 0,5-1 godzinę, od 800°C do 2000-2300°C, 6-9 godzin, podtrzymywanie ciepła przez 1 do 2 godzin, a następnie schłodzić w piecu i obniżyć do temperatury pokojowej.
Mikrostruktura i granica ziaren węglika krzemu spiekanego pod ciśnieniem normalnym
Krótko mówiąc, ceramika wytwarzana metodą spiekania na gorąco charakteryzuje się lepszymi parametrami, ale koszty produkcji są również znacznie wyższe; ceramika wytwarzana metodą spiekania bezciśnieniowego charakteryzuje się wyższymi wymaganiami surowcowymi, wysoką temperaturą spiekania, dużymi zmianami wielkości produktu, złożonym procesem i niską wydajnością; ceramika wytwarzana metodą spiekania reaktywnego charakteryzuje się wysoką gęstością, dobrymi właściwościami antybalistycznymi i stosunkowo niskimi kosztami przygotowania. Różne procesy spiekania ceramiki z węglika krzemu mają swoje zalety i wady, a scenariusze zastosowań również będą się różnić. Najlepszym rozwiązaniem jest dobór odpowiedniej metody przygotowania do produktu i znalezienie równowagi między niskim kosztem a wysoką wydajnością.
Czas publikacji: 29.10.2024