Reaktionssintring
ReaktionssintringenkiselkarbidkeramikProduktionsprocessen inkluderar keramisk kompaktering, sintringsflussinfiltrationsmedelskomprimering, reaktionssintring av keramiska produkter, framställning av kiselkarbidträkeramik och andra steg.
Reaktionssintringsmunstycke för kiselkarbid
Först, 80–90 % av keramiskt pulver (bestående av ett eller två pulver avkiselkarbidpulveroch borkarbidpulver), blandas 3–15 % kolkällapulver (bestående av en eller två av kimrök och fenolharts) och 5–15 % gjutmedel (fenolharts, polyetylenglykol, hydroximetylcellulosa eller paraffin) jämnt med hjälp av en kulkvarn för att erhålla ett blandat pulver, som spraytorkas och granuleras och sedan pressas i en gjutform för att erhålla en keramisk kompaktkropp med olika specifika former.
För det andra blandas 60–80 % kiselpulver, 3–10 % kiselkarbidpulver och 37–10 % bornitridpulver jämnt och pressas i en gjutform för att erhålla en kompakt massa av sintringsflussmedel.
Den keramiska kompaktkroppen och den sintrade infiltrerande kompaktkroppen staplas sedan tillsammans, och temperaturen höjs till 1450-1750 ℃ i en vakuumugn med en vakuumgrad på minst 5 × 10⁻¹ Pa för sintring och värmebehandling i 1-3 timmar för att erhålla en reaktionssintrad keramisk produkt. Infiltrerande rester på ytan av den sintrade keramiken avlägsnas genom att knacka för att erhålla en tät keramisk skiva, och kompaktkroppens ursprungliga form bibehålls.
Slutligen används reaktionssintringsprocessen, det vill säga att flytande kisel eller kisellegering med reaktionsaktivitet vid hög temperatur infiltrerar det porösa keramiska ämnet som innehåller kol under inverkan av kapillärkraft och reagerar med kolet däri för att bilda kiselkarbid, som expanderar i volym, och de återstående porerna fylls med elementärt kisel. Det porösa keramiska ämnet kan vara rent kol eller kiselkarbid/kolbaserat kompositmaterial. Det förra erhålls genom katalytisk härdning och pyrolys av ett organiskt harts, en porbildare och ett lösningsmedel. Det senare erhålls genom pyrolys av kiselkarbidpartiklar/hartsbaserade kompositmaterial för att erhålla kiselkarbid/kolbaserade kompositmaterial, eller genom att använda α-SiC och kolpulver som utgångsmaterial och använda en pressnings- eller formsprutningsprocess för att erhålla kompositmaterialet.
Trycklös sintring
Den trycklösa sintringsprocessen för kiselkarbid kan delas in i fastfassintring och flytande fassintring. Under senare år har forskningen omkiselkarbidkeramikbåde hemma och utomlands har huvudsakligen fokuserat på vätskefasintring. Den keramiska framställningsprocessen är: kulmalning av blandade material–> spraygranulering–> torrpressning–> stelning av grönkropp–> vakuumsintring.
Trycklösa sintrade kiselkarbidprodukter
Tillsätt 96–99 delar ultrafint kiselkarbidpulver (50–500 nm), 1–2 delar ultrafint borkarbidpulver (50–500 nm), 0,2–1 del nanotitanborid (30–80 nm), 10–20 delar vattenlösligt fenolharts och 0,1–0,5 delar högeffektivt dispergeringsmedel till kulkvarnen för kulmalning och blandning i 24 timmar. Häll den blandade uppslamningen i en blandningsbehållare för omrörning i 2 timmar för att avlägsna bubblor i uppslamningen.
Ovanstående blandning sprutas in i granuleringstornet, och granuleringspulvret med god partikelmorfologi, god fluiditet, smalt partikelfördelningsområde och måttlig fuktighet erhålls genom att kontrollera spruttryck, luftinloppstemperatur, luftutloppstemperatur och sprutskiktets partikelstorlek. Centrifugalfrekvensomvandlingen är 26-32, luftinloppstemperaturen är 250-280 ℃, luftutloppstemperaturen är 100-120 ℃ och uppslamningens inloppstryck är 40-60.
Ovanstående granuleringspulver placeras i en hårdmetallform för pressning för att erhålla en råkropp. Pressningsmetoden är dubbelriktad tryck, och maskinverktygets trycktonnage är 150-200 ton.
Den pressade gröna kroppen placeras i en torkugn för torkning och härdning för att erhålla en grön kropp med god grönkroppsstyrka.
Den ovan härdade gröna kroppen placeras i engrafitdegeloch arrangeras tätt och prydligt, och sedan placeras grafitdegeln med den gröna kroppen i en högtemperaturvakuumsintringsugn för bränning. Bränntemperaturen är 2200-2250 ℃, och isoleringstiden är 1-2 timmar. Slutligen erhålls högpresterande trycklös sintrad kiselkarbidkeramik.
Fastfassintring
Den trycklösa sintringsprocessen för kiselkarbid kan delas in i fastfassintring och vätskefassintring. Vätskefassintring kräver tillsats av sintringstillsatser, såsom binära och ternära Y2O3-tillsatser, för att få SiC och dess kompositmaterial att uppvisa vätskefassintring och uppnå förtätning vid en lägre temperatur. Framställningsmetoden för fastfassintrad kiselkarbidkeramik inkluderar blandning av råmaterial, spraygranulering, gjutning och vakuumsintring. Den specifika produktionsprocessen är följande:
70–90 % submikron α-kiselkarbid (200–500 nm), 0,1–5 % borkarbid, 4–20 % harts och 5–20 % organiskt bindemedel placeras i en mixer och tillsätts rent vatten för våtblandning. Efter 6–48 timmar passeras den blandade uppslamningen genom en sikt med 60–120 mesh.
Den siktade uppslamningen spraygranuleras genom ett spraygranuleringstorn. Inloppstemperaturen för spraygranuleringstornet är 180–260 ℃ och utloppstemperaturen är 60–120 ℃; det granulerade materialets skrymdensitet är 0,85–0,92 g/cm3, fluiditeten är 8–11 s/30 g; det granulerade materialet siktas genom en 60–120 mesh-sikt för senare användning;
Välj en form enligt önskad produktform, ladda det granulerade materialet i formhåligheten och utför kompressionsgjutning vid rumstemperatur vid ett tryck på 50-200 MPa för att erhålla en grönkropp; eller placera den gröna kroppen efter kompressionsgjutning i en isostatisk pressanordning, utför isostatisk pressning vid ett tryck på 200-300 MPa och erhåll en grönkropp efter sekundärpressning;
Placera den gröna kroppen som framställts i ovanstående steg i en vakuumsintringsugn för sintring, och den kvalificerade är den färdiga kiselkarbidkulsäker keramiken. I ovanstående sintringsprocess, evakuera först sintringsugnen, och när vakuumgraden når 3-5 × 10-2 Pa, förs den inerta gasen in i sintringsugnen till normalt tryck och värms sedan upp. Förhållandet mellan uppvärmningstemperatur och tid är: rumstemperatur till 800 ℃, 5-8 timmar, värmebevaring i 0,5-1 timme, från 800 ℃ till 2000-2300 ℃, 6-9 timmar, värmebevaring i 1 till 2 timmar, och kyl sedan med ugnen och sänk till rumstemperatur.
Mikrostruktur och korngräns hos sintrad kiselkarbid vid normalt tryck
Kort sagt, keramik tillverkad genom varmpressning har bättre prestanda, men produktionskostnaden ökar också kraftigt; keramik framställd genom trycklös sintring har högre råmaterialkrav, hög sintringstemperatur, stora produktstorleksförändringar, komplex process och låg prestanda; keramiska produkter producerade genom reaktionssintring har hög densitet, god antiballistisk prestanda och relativt låg beredningskostnad. Olika sintringsberedningsmetoder för kiselkarbidkeramik har sina egna fördelar och nackdelar, och tillämpningsscenarierna kommer också att vara olika. Det är den bästa policyn att välja rätt beredningsmetod beroende på produkten och hitta en balans mellan låg kostnad och hög prestanda.
Publiceringstid: 29 oktober 2024