Reaksiyon sinterlemesi
Reaksiyon sinterlemesisilisyum karbür seramikÜretim süreci seramik sıkıştırma, sinterleme akı maddesi infiltrasyon sıkıştırma, reaksiyon sinterleme seramik ürün hazırlama, silisyum karbür ahşap seramik hazırlama ve diğer adımları içerir.
Reaksiyon sinterleme silisyum karbür nozulu
İlk olarak, seramik tozunun %80-90'ı (bir veya iki tozdan oluşur)silisyum karbür tozu%3-15 oranında karbon kaynağı tozu (karbon siyahı ve fenolik reçineden oluşan) ve %5-15 oranında kalıplama maddesi (fenolik reçine, polietilen glikol, hidroksimetil selüloz veya parafin) bilyalı değirmen kullanılarak eşit şekilde karıştırılarak karışık bir toz elde edilir. Bu toz püskürtmeli kurutma ve granülasyon işlemine tabi tutulduktan sonra, çeşitli özel şekillerde seramik kompaktlar elde etmek için bir kalıba preslenir.
İkinci olarak, %60-80 oranında silikon tozu, %3-10 oranında silisyum karbür tozu ve %37-10 oranında bor nitrür tozu eşit şekilde karıştırılır ve bir kalıba preslenerek sinterleme akı infiltrasyon ajanı kompaktı elde edilir.
Seramik kompakt ve sinterlenmiş infiltrasyon kompaktı daha sonra üst üste istiflenir ve 5×10-1 Pa'dan az olmayan vakum derecesine sahip bir vakum fırınında 1450-1750℃ sıcaklığa yükseltilerek 1-3 saat süreyle sinterleme ve ısı koruma işlemi yapılarak reaksiyon sinterlenmiş seramik ürün elde edilir. Sinterlenmiş seramiğin yüzeyindeki infiltrasyon kalıntısı, vurma yöntemiyle uzaklaştırılarak yoğun bir seramik levha elde edilir ve kompaktın orijinal şekli korunur.
Son olarak, reaksiyon sinterleme işlemi benimsenmiştir; yani, yüksek sıcaklıkta reaksiyon aktivitesine sahip sıvı silikon veya silikon alaşımı, kılcal kuvvetin etkisi altında karbon içeren gözenekli seramik boşluğa sızar ve içindeki karbonla reaksiyona girerek hacimce genişleyecek silisyum karbür oluşturur ve kalan gözenekler elementel silikon ile doldurulur. Gözenekli seramik boşluk saf karbon veya silisyum karbür/karbon bazlı kompozit malzeme olabilir. İlki, organik bir reçine, gözenek oluşturucu ve çözücünün katalitik olarak kürlenmesi ve piroliz edilmesiyle elde edilir. İkincisi, silisyum karbür parçacıkları/reçine bazlı kompozit malzemelerin piroliz edilmesiyle silisyum karbür/karbon bazlı kompozit malzemeler elde edilerek veya α-SiC ve karbon tozu başlangıç malzemesi olarak kullanılarak ve presleme veya enjeksiyon kalıplama işlemiyle kompozit malzeme elde edilerek elde edilir.
Basınçsız sinterleme
Silisyum karbürün basınçsız sinterleme işlemi, katı faz sinterleme ve sıvı faz sinterleme olmak üzere ikiye ayrılabilir. Son yıllarda, bu konuda yapılan araştırmalar...silisyum karbür seramiklerYurt içinde ve yurt dışında ağırlıklı olarak sıvı fazlı sinterlemeye odaklanılmıştır. Seramik hazırlama süreci şu şekildedir: karışık malzeme bilyalı öğütme -> püskürtmeli granülasyon -> kuru presleme -> ham gövde katılaştırma -> vakumlu sinterleme.
Basınçsız sinterlenmiş silisyum karbür ürünleri
96-99 kısım silisyum karbür ultra ince toz (50-500 nm), 1-2 kısım bor karbür ultra ince toz (50-500 nm), 0,2-1 kısım nano-titanyum borür (30-80 nm), 10-20 kısım suda çözünebilen fenolik reçine ve 0,1-0,5 kısım yüksek verimli dağıtıcıyı bilyalı değirmene ekleyin ve 24 saat boyunca karıştırın. Karışımı, kabarcıkları gidermek için 2 saat boyunca karıştırmak üzere bir karıştırma fıçısına koyun.
Yukarıdaki karışım granülasyon kulesine püskürtülür ve püskürtme basıncı, hava giriş sıcaklığı, hava çıkış sıcaklığı ve püskürtme tabakası parçacık boyutu kontrol edilerek iyi parçacık morfolojisine, iyi akışkanlığa, dar parçacık dağılım aralığına ve orta nem oranına sahip granülasyon tozu elde edilir. Santrifüj frekans dönüşümü 26-32, hava giriş sıcaklığı 250-280℃, hava çıkış sıcaklığı 100-120℃ ve bulamaç giriş basıncı 40-60'tır.
Yukarıdaki granülasyon tozu, presleme işlemi için sertleştirilmiş karbür bir kalıba yerleştirilerek ham gövde elde edilir. Presleme yöntemi çift yönlü basınçtır ve takım tezgahının basınç tonajı 150-200 tondur.
Preslenmiş ham madde, iyi bir ham madde mukavemetine sahip bir ham madde elde etmek için kurutma ve kürleme amacıyla kurutma fırınına yerleştirilir.
Yukarıda belirtilen kürlenmiş yeşil gövde bir kaba yerleştirilir.grafit potaHam madde birbirine yakın ve düzgün bir şekilde yerleştirildikten sonra, ham madde içeren grafit pota, pişirme için yüksek sıcaklıklı vakumlu sinterleme fırınına yerleştirilir. Pişirme sıcaklığı 2200-2250℃, izolasyon süresi ise 1-2 saattir. Son olarak, yüksek performanslı basınçsız sinterlenmiş silisyum karbür seramikler elde edilir.
Katı faz sinterleme
Silisyum karbürün basınçsız sinterleme işlemi, katı faz sinterleme ve sıvı faz sinterleme olmak üzere ikiye ayrılabilir. Sıvı faz sinterleme, SiC ve kompozit malzemelerinin sıvı faz sinterleme özelliği göstermesini ve daha düşük sıcaklıkta yoğunlaşmayı sağlamak için Y2O3 ikili ve üçlü katkı maddeleri gibi sinterleme katkı maddelerinin eklenmesini gerektirir. Katı faz sinterlenmiş silisyum karbür seramiklerin hazırlama yöntemi, hammaddelerin karıştırılması, püskürtmeli granülasyon, kalıplama ve vakumlu sinterlemeyi içerir. Spesifik üretim süreci aşağıdaki gibidir:
%70-90 oranında alt mikron α silisyum karbür (200-500 nm), %0,1-5 oranında bor karbür, %4-20 oranında reçine ve %5-20 oranında organik bağlayıcı bir karıştırıcıya konulur ve ıslak karıştırma için saf su eklenir. 6-48 saat sonra, karışım 60-120 mesh'lik bir elekten geçirilir;
Elekten geçirilmiş bulamaç, püskürtmeli granülasyon kulesi aracılığıyla püskürtmeli granülasyona tabi tutulur. Püskürtmeli granülasyon kulesinin giriş sıcaklığı 180-260℃, çıkış sıcaklığı ise 60-120℃'dir; granüle edilmiş malzemenin yığın yoğunluğu 0,85-0,92 g/cm³, akışkanlığı ise 8-11 s/30 g'dır; granüle edilmiş malzeme daha sonra kullanılmak üzere 60-120 mesh'lik bir elekten geçirilir.
İstenilen ürün şekline göre bir kalıp seçin, granül halindeki malzemeyi kalıp boşluğuna yükleyin ve oda sıcaklığında 50-200 MPa basınçta sıkıştırmalı kalıplama işlemi yaparak ham gövde elde edin; veya sıkıştırmalı kalıplama işleminden sonra ham gövdeyi izostatik presleme cihazına yerleştirin, 200-300 MPa basınçta izostatik presleme işlemi yapın ve ikincil preslemeden sonra ham gövde elde edin;
Yukarıdaki adımlarda hazırlanan ham maddeyi sinterleme için vakumlu sinterleme fırınına yerleştirin ve nitelikli olan, bitmiş silisyum karbür kurşun geçirmez seramiktir; yukarıdaki sinterleme işleminde, önce sinterleme fırını vakumlanır ve vakum derecesi 3-5×10-2 Pa'ya ulaştığında, inert gaz sinterleme fırınına normal basınca getirilerek ısıtılır. Isıtma sıcaklığı ve süresi arasındaki ilişki şöyledir: oda sıcaklığından 800℃'ye 5-8 saat, 0,5-1 saat ısı tutma; 800℃'den 2000-2300℃'ye 6-9 saat, 1-2 saat ısı tutma ve ardından fırınla soğutularak oda sıcaklığına düşürülür.
Normal basınç altında sinterlenmiş silisyum karbürün mikro yapısı ve tane sınırı
Özetle, sıcak presleme sinterleme işlemiyle üretilen seramikler daha iyi performans gösterir, ancak üretim maliyeti de büyük ölçüde artar; basınçsız sinterleme ile hazırlanan seramikler daha yüksek hammadde gereksinimlerine, yüksek sinterleme sıcaklığına, büyük ürün boyut değişikliklerine, karmaşık işleme ve düşük performansa sahiptir; reaksiyon sinterleme işlemiyle üretilen seramik ürünler yüksek yoğunluğa, iyi balistik performansa ve nispeten düşük üretim maliyetine sahiptir. Silisyum karbür seramiklerinin çeşitli sinterleme hazırlama yöntemlerinin kendine özgü avantaj ve dezavantajları vardır ve uygulama senaryoları da farklı olacaktır. Ürüne göre doğru hazırlama yöntemini seçmek ve düşük maliyet ile yüksek performans arasında bir denge bulmak en iyi politikadır.
Yayın tarihi: 29 Ekim 2024