Thiêu kết phản ứng
Phản ứng thiêu kếtgốm silicon carbideQuy trình sản xuất bao gồm nén gốm, nén chất thấm thông lượng thiêu kết, chuẩn bị sản phẩm gốm thiêu kết phản ứng, chuẩn bị gốm gỗ silicon carbide và các bước khác.
Vòi phun silicon carbide thiêu kết phản ứng
Đầu tiên, 80-90% bột gốm (gồm một hoặc hai loại bộtbột silicon carbidevà bột bo cacbua), 3-15% bột nguồn cacbon (gồm một hoặc hai loại cacbon đen và nhựa phenolic) và 5-15% chất tạo khuôn (nhựa phenolic, polyethylene glycol, hydroxymethyl cellulose hoặc parafin) được trộn đều bằng máy nghiền bi để thu được bột hỗn hợp, sau đó được sấy phun và tạo hạt, sau đó ép trong khuôn để thu được khối gốm có nhiều hình dạng cụ thể khác nhau.
Thứ hai, 60-80% bột silicon, 3-10% bột silicon carbide và 37-10% bột bo nitrua được trộn đều và ép trong khuôn để thu được chất thấm thông lượng thiêu kết đặc.
Sau đó, gốm compact và chất thấm thiêu kết được xếp chồng lên nhau, và nhiệt độ được nâng lên 1450-1750℃ trong lò chân không có độ chân không không nhỏ hơn 5×10-1 Pa để thiêu kết và giữ nhiệt trong 1-3 giờ để thu được sản phẩm gốm thiêu kết phản ứng. Chất thấm còn lại trên bề mặt gốm thiêu kết được loại bỏ bằng cách gõ để thu được tấm gốm đặc và hình dạng ban đầu của khối nén được duy trì.
Cuối cùng, quá trình thiêu kết phản ứng được áp dụng, tức là silicon lỏng hoặc hợp kim silicon có hoạt tính phản ứng ở nhiệt độ cao thấm vào phôi gốm xốp chứa carbon dưới tác động của lực mao dẫn và phản ứng với carbon trong đó để tạo thành silicon carbide, sẽ nở ra về thể tích và các lỗ rỗng còn lại được lấp đầy bằng silicon nguyên tố. Phôi gốm xốp có thể là carbon nguyên chất hoặc vật liệu composite gốc silicon carbide/carbon. Vật liệu trước thu được bằng cách xử lý xúc tác và nhiệt phân nhựa hữu cơ, chất tạo lỗ rỗng và dung môi. Vật liệu sau thu được bằng cách nhiệt phân các hạt silicon carbide/vật liệu composite gốc nhựa để thu được vật liệu composite gốc silicon carbide/carbon hoặc bằng cách sử dụng α-SiC và bột carbon làm nguyên liệu đầu vào và sử dụng quy trình ép hoặc ép phun để thu được vật liệu composite.
Thiêu kết không áp suất
Quá trình thiêu kết không áp suất của silicon carbide có thể được chia thành thiêu kết pha rắn và thiêu kết pha lỏng. Trong những năm gần đây, nghiên cứu vềgốm sứ silicon carbidetrong và ngoài nước chủ yếu tập trung vào thiêu kết pha lỏng. Quy trình chế tạo gốm là: nghiền bi vật liệu hỗn hợp–> phun tạo hạt–> ép khô–> đông đặc vật thể xanh–> thiêu kết chân không.
Sản phẩm silicon carbide thiêu kết không áp suất
Thêm 96-99 phần bột siêu mịn silicon carbide (50-500nm), 1-2 phần bột siêu mịn boron carbide (50-500nm), 0,2-1 phần nano-titan borua (30-80nm), 10-20 phần nhựa phenolic hòa tan trong nước và 0,1-0,5 phần chất phân tán hiệu suất cao vào máy nghiền bi để nghiền bi và trộn trong 24 giờ, sau đó cho hỗn hợp bùn đã trộn vào thùng trộn để khuấy trong 2 giờ để loại bỏ bọt khí trong hỗn hợp bùn.
Hỗn hợp trên được phun vào tháp tạo hạt, và bột tạo hạt có hình thái hạt tốt, độ lưu động tốt, phạm vi phân bố hạt hẹp và độ ẩm vừa phải được thu được bằng cách kiểm soát áp suất phun, nhiệt độ khí vào, nhiệt độ khí ra và kích thước hạt của tấm phun. Tần số chuyển đổi ly tâm là 26-32, nhiệt độ khí vào là 250-280℃, nhiệt độ khí ra là 100-120℃ và áp suất đầu vào bùn là 40-60.
Bột tạo hạt trên được đưa vào khuôn cacbua xi măng để ép để thu được khối xanh. Phương pháp ép là ép hai chiều, trọng tải áp suất máy công cụ là 150-200 tấn.
Thân xanh ép được đưa vào lò sấy để sấy khô và bảo dưỡng nhằm thu được thân xanh có độ bền tốt.
Vật thể xanh đã được xử lý ở trên được đặt trong mộtlò nung than chìvà sắp xếp chặt chẽ và gọn gàng, sau đó cho nồi nấu chảy than chì có thân màu xanh vào lò thiêu kết chân không nhiệt độ cao để nung. Nhiệt độ nung là 2200-2250℃, thời gian cách nhiệt là 1-2 giờ. Cuối cùng thu được gốm silicon carbide thiêu kết không áp suất hiệu suất cao.
Thiêu kết pha rắn
Quá trình thiêu kết không áp suất của silicon carbide có thể được chia thành thiêu kết pha rắn và thiêu kết pha lỏng. Thiêu kết pha lỏng đòi hỏi phải bổ sung các chất phụ gia thiêu kết, chẳng hạn như phụ gia nhị phân và tam phân Y2O3, để làm cho SiC và vật liệu composite của nó có thể thiêu kết pha lỏng và đạt được độ đặc ở nhiệt độ thấp hơn. Phương pháp chế tạo gốm silicon carbide thiêu kết pha rắn bao gồm trộn nguyên liệu thô, phun hạt, đúc khuôn và thiêu kết chân không. Quy trình sản xuất cụ thể như sau:
70-90% silicon carbide α submicron (200-500nm), 0,1-5% bo carbide, 4-20% nhựa và 5-20% chất kết dính hữu cơ được đưa vào máy trộn và thêm nước tinh khiết để trộn ướt. Sau 6-48 giờ, hỗn hợp bùn được đưa qua rây 60-120 mắt lưới;
Bùn đã sàng được phun tạo hạt qua tháp phun tạo hạt. Nhiệt độ đầu vào của tháp phun tạo hạt là 180-260℃, nhiệt độ đầu ra là 60-120℃; khối lượng riêng của vật liệu tạo hạt là 0,85-0,92g/cm3, độ chảy là 8-11s/30g; vật liệu tạo hạt được sàng qua sàng 60-120 mắt lưới để sử dụng sau;
Chọn khuôn theo hình dạng sản phẩm mong muốn, nạp vật liệu dạng hạt vào khoang khuôn và thực hiện ép nén ở nhiệt độ phòng với áp suất 50-200MPa để thu được vật thể xanh; hoặc đặt vật thể xanh sau khi ép nén vào thiết bị ép đẳng tĩnh, thực hiện ép đẳng tĩnh với áp suất 200-300MPa và thu được vật thể xanh sau khi ép thứ cấp;
Đặt vật thể xanh đã chuẩn bị ở các bước trên vào lò thiêu kết chân không để thiêu kết, và vật liệu đạt tiêu chuẩn là gốm chống đạn silicon carbide thành phẩm; trong quá trình thiêu kết ở trên, trước tiên phải sơ tán lò thiêu kết, khi độ chân không đạt 3-5×10-2 Sau Pa, khí trơ được đưa vào lò thiêu kết đến áp suất bình thường rồi nung nóng. Mối quan hệ giữa nhiệt độ nung và thời gian là: nhiệt độ phòng đến 800℃, 5-8 giờ, giữ nhiệt trong 0,5-1 giờ, từ 800℃ đến 2000-2300℃, 6-9 giờ, giữ nhiệt trong 1 đến 2 giờ, sau đó làm nguội bằng lò và hạ xuống nhiệt độ phòng.
Cấu trúc vi mô và ranh giới hạt của silicon carbide thiêu kết ở áp suất bình thường
Tóm lại, gốm sứ sản xuất bằng quy trình thiêu kết ép nóng có hiệu suất tốt hơn, nhưng chi phí sản xuất cũng tăng lên rất nhiều; gốm sứ chế tạo bằng phương pháp thiêu kết không áp suất có yêu cầu về nguyên liệu thô cao hơn, nhiệt độ thiêu kết cao, thay đổi kích thước sản phẩm lớn, quy trình phức tạp và hiệu suất thấp; sản phẩm gốm sứ sản xuất bằng quy trình thiêu kết phản ứng có mật độ cao, hiệu suất chống đạn đạo tốt và chi phí chế tạo tương đối thấp. Các quy trình chế tạo thiêu kết khác nhau của gốm sứ silicon carbide có ưu điểm và nhược điểm riêng, và các tình huống ứng dụng cũng sẽ khác nhau. Chính sách tốt nhất là chọn phương pháp chế tạo phù hợp theo sản phẩm và tìm sự cân bằng giữa chi phí thấp và hiệu suất cao.
Thời gian đăng: 29-10-2024