Thiêu kết phản ứng
Phản ứng thiêu kếtgốm cacbua silicQuy trình sản xuất bao gồm nén gốm, nén chất trợ dung thiêu kết, chuẩn bị sản phẩm gốm bằng phản ứng thiêu kết, chuẩn bị gốm gỗ silicon carbide và các bước khác.
Vòi phun cacbua silic thiêu kết phản ứng
Đầu tiên, 80-90% bột gốm (bao gồm một hoặc hai loại bột)bột cacbua silicvà bột cacbua bo), 3-15% bột nguồn carbon (bao gồm một hoặc hai trong số carbon đen và nhựa phenolic) và 5-15% chất tạo hình (nhựa phenolic, polyetylen 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, rồi ép vào khuôn để thu được khối gốm có nhiều hình dạng cụ thể khác nhau.
Thứ hai, 60-80% bột silic, 3-10% bột cacbua silic và 37-10% bột nitrua bo được trộn đều, sau đó ép trong khuôn để thu được khối chất trợ dung nung kết.
Khối gốm nén và khối vật liệu thấm đã nung được xếp chồng lên nhau, và nhiệt độ được nâng lên 1450-1750℃ trong lò chân không với độ chân không không nhỏ hơn 5×10-1 Pa để nung và giữ nhiệt trong 1-3 giờ nhằm thu được sản phẩm gốm nung phản ứng. Phần vật liệu thấm còn sót lại trên bề mặt gốm nung được loại bỏ bằng cách gõ để thu được tấm gốm đặc, đồng thời hình dạng ban đầu của khối nén được giữ nguyên.
Cuối cùng, quy trình thiêu kết phản ứng được áp dụng, nghĩa là silic lỏng hoặc hợp kim silic có hoạt tính phản ứng ở nhiệt độ cao thấm vào phôi gốm xốp chứa cacbon dưới tác dụng của lực mao dẫn, và phản ứng với cacbon bên trong để tạo thành cacbua silic, chất này sẽ giãn nở về thể tích, và các lỗ rỗng còn lại được lấp đầy bằng silic nguyên tố. Phôi gốm xốp có thể là cacbon nguyên chất hoặc vật liệu composite cacbua silic/cacbua silic. Loại thứ nhất được thu được bằng cách xử lý xúc tác và nhiệt phân nhựa hữu cơ, chất tạo lỗ rỗng và dung môi. Loại thứ hai được thu được bằng cách nhiệt phân các hạt cacbua silic/vật liệu composite gốc nhựa để thu được vật liệu composite cacbua silic/cacbua silic, hoặc bằng cách sử dụng α-SiC và bột cacbon làm nguyên liệu ban đầu và sử dụng quy trình ép hoặc đúc phun để thu được vật liệu composite.
Thiêu kết không áp suất
Quá trình thiêu kết không áp suất của cacbua silic có thể được chia thành thiêu kết pha rắn và thiêu kết pha lỏng. Trong những năm gần đây, nghiên cứu vềgốm cacbua silicTrong và ngoài nước, công nghệ chủ yếu tập trung vào thiêu kết pha lỏng. Quy trình chế tạo gốm sứ bao gồm: nghiền bi hỗn hợp vật liệu → tạo hạt phun → ép khô → đông đặc phôi → thiêu kết chân không.
Sản phẩm cacbua silic 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-titanium boride (30-80nm), 10-20 phần nhựa phenolic tan trong nước và 0,1-0,5 phần chất phân tán hiệu quả cao vào máy nghiền bi để nghiền và trộn trong 24 giờ, sau đó cho hỗn hợp sệt vào thùng trộn để khuấy trong 2 giờ nhằm loại bỏ bọt khí trong hỗn hợp.
Hỗn hợp trên được phun vào tháp tạo hạt, và thu được bột tạo hạt có hình thái hạt tốt, độ lưu động tốt, phạm vi phân bố hạt hẹp và độ ẩm vừa phải bằng cách kiểm soát áp suất phun, nhiệt độ không khí đầu vào, nhiệt độ không khí đầu ra và kích thước hạt của lớp phun. Tần số chuyển đổi ly tâm là 26-32, nhiệt độ không khí đầu vào là 250-280℃, nhiệt độ không khí đầu ra là 100-120℃, và áp suất đầu vào của hỗn hợp là 40-60.
Bột dạng hạt nêu trên được cho vào khuôn hợp kim cứng để ép tạo thành phôi thô. Phương pháp ép là ép hai chiều, lực ép của máy công cụ là 150-200 tấn.
Khối bê tông thô sau khi ép được đặt trong lò sấy để làm khô và đóng rắn nhằm thu được khối bê tông thô có độ bền tốt.
Thân cây xanh đã được xử lý ở trên được đặt trong...nồi nấu bằng than chìSau khi sắp xếp các nguyên liệu một cách chặt chẽ và gọn gàng, nồi nung than chì chứa phôi thô được đặt vào lò thiêu kết chân không nhiệt độ cao để nung. Nhiệt độ nung là 2200-2250℃, và thời gian giữ 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 cacbua silic có thể được chia thành thiêu kết pha rắn và thiêu kết pha lỏng. Thiêu kết pha lỏng yêu cầu bổ sung các chất phụ gia thiêu kết, chẳng hạn như chất phụ gia nhị phân và tam phân Y2O3, để SiC và các vật liệu composite của nó có thể thiêu kết pha lỏng và đạt được độ đặc chắc ở nhiệt độ thấp hơn. Phương pháp chế tạo gốm cacbua silic thiêu kết pha rắn bao gồm trộn nguyên liệu, tạo hạt phun, tạo khuôn và thiêu kết chân không. Quy trình sản xuất cụ thể như sau:
Cho 70-90% silicon carbide α siêu nhỏ (200-500nm), 0,1-5% boron carbide, 4-20% nhựa và 5-20% chất kết dính hữu cơ vào máy trộn và thêm nước tinh khiết để trộn ướt. Sau 6-48 giờ, hỗn hợp sệt được rây qua lưới lọc 60-120 mesh;
Hỗn hợp bùn đã sàng lọc được phun tạo hạt thông qua tháp phun tạo hạt. Nhiệt độ đầu vào của tháp phun tạo hạt là 180-260℃, và nhiệt độ đầu ra là 60-120℃; mật độ khối của vật liệu tạo hạt là 0,85-0,92g/cm3, độ lưu động là 8-11s/30g; vật liệu tạo hạt được sàng qua lưới lọc 60-120 mesh để sử dụng sau này;
Chọn khuôn theo hình dạng sản phẩm mong muốn, cho nguyên liệu dạng hạt vào khoang khuôn và thực hiện ép khuôn ở nhiệt độ phòng với áp suất 50-200MPa để thu được phôi thô; hoặc đặt phôi thô sau khi ép khuôn vào thiết bị ép đẳng áp, thực hiện ép đẳng áp với áp suất 200-300MPa để thu được phôi thô sau khi ép lần hai;
Cho phôi thô đã chuẩn bị ở các bước trên vào lò nung chân không để nung kết, sản phẩm đạt yêu cầu chính là gốm chống đạn silicon carbide thành phẩm; trong quá trình nung kết trên, trước tiên hút chân không lò nung, và khi độ chân không đạt 3-5×10-2 Pa, thì dẫn khí trơ vào lò nung đến áp suất bình thường rồi tiến hành nung nóng. Mối quan hệ giữa nhiệt độ nung và thời gian như sau: từ nhiệt độ phòng đến 800℃, nung 5-8 giờ, giữ nhiệt 0,5-1 giờ; từ 800℃ đến 2000-2300℃, nung 6-9 giờ, giữ nhiệt 1-2 giờ, sau đó làm nguội cùng với lò và để nguội đến nhiệt độ phòng.
Cấu trúc vi mô và ranh giới hạt của cacbua silic được thiêu kết ở áp suất bình thường
Tóm lại, gốm sứ sản xuất bằng phương pháp thiêu kết ép nóng có hiệu suất tốt hơn, nhưng chi phí sản xuất cũng tăng lên đáng kể; gốm sứ chế tạo bằng phương pháp thiêu kết không áp suất đòi hỏi nguyên liệu cao hơn, nhiệt độ thiêu kết cao, kích thước sản phẩm thay đổi lớn, quy trình phức tạp và hiệu suất thấp; sản phẩm gốm sứ sản xuất bằng phương pháp thiêu kết phản ứng có mật độ cao, khả năng chống đạn tốt và chi phí chế tạo tương đối thấp. Các quy trình chế tạo thiêu kết khác nhau đối với gốm sứ silicon carbide đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, và các kịch bản ứng dụng cũng sẽ khác nhau. Chính sách tốt nhất là lựa chọn phương pháp chế tạo phù hợp với sản phẩm và tìm ra sự cân bằng giữa chi phí thấp và hiệu suất cao.
Thời gian đăng bài: 29 tháng 10 năm 2024