فرآیند پخت و پز واکنشی و پخت بدون فشار کاربید سیلیکون سرامیک

تف جوشی واکنشی
تف جوشی واکنشسرامیک کاربید سیلیکونفرآیند تولید شامل فشرده سازی سرامیک، تراکم عامل نفوذ شار تف جوشی، آماده سازی محصول سرامیکی پخت واکنش، آماده سازی سرامیک چوب کاربید سیلیکون و مراحل دیگر است.

نازل کاربید سیلیکون پخت واکنش

ابتدا 80-90 درصد پودر سرامیک (متشکل از یک یا دو پودر ازپودر کاربید سیلیکونو پودر کاربید بور)، 3-15 درصد پودر منبع کربن (متشکل از یک یا دو رزین کربن سیاه و فنولیک) و 5-15 درصد عامل قالب گیری (رزین فنولیک، پلی اتیلن گلیکول، هیدروکسی متیل سلولز یا پارافین) به طور یکنواخت مخلوط می شوند. با استفاده از آسیاب گلوله ای پودر مخلوطی به دست می آید که با اسپری خشک شده و دانه بندی می شود و سپس در قالب فشرده می شود تا یک فشرده سرامیکی با اشکال مختلف به دست آید.
در مرحله دوم، 60-80٪ پودر سیلیکون، 3-10٪ پودر کاربید سیلیکون و 37-10٪ پودر نیترید بور به طور یکنواخت مخلوط می شوند و در قالب فشرده می شوند تا یک عامل نفوذ شار تف جوشی فشرده به دست آید.
سپس فشرده سرامیکی و فشرده نفوذی تف جوشی شده در کنار هم چیده می شوند و دما در کوره خلاء با درجه خلاء حداقل 5×10-1 پاسکال به 1450-1750 درجه سانتیگراد برای پخت و حفظ حرارت برای 1-3 افزایش می یابد. ساعت برای به دست آوردن یک محصول سرامیکی متخلخل واکنش. باقیمانده نفوذی روی سطح سرامیک پخته شده با ضربه زدن برای به دست آوردن یک ورق سرامیکی متراکم حذف می شود و شکل اصلی فشرده حفظ می شود.
در نهایت، فرآیند تف جوشی واکنش پذیرفته می‌شود، یعنی سیلیکون مایع یا آلیاژ سیلیکون با فعالیت واکنش در دمای بالا، تحت تأثیر نیروی مویرگی به داخل لایه سرامیکی متخلخل حاوی کربن نفوذ می‌کند و با کربن موجود در آن واکنش می‌دهد تا کاربید سیلیکون را تشکیل دهد. حجم آن افزایش می یابد و منافذ باقیمانده با سیلیکون عنصری پر می شوند. پرده سرامیکی متخلخل می تواند کربن خالص یا کاربید سیلیکون / مواد کامپوزیت مبتنی بر کربن باشد. اولی با پخت کاتالیزوری و پیرولیز کردن یک رزین آلی، تشکیل دهنده منافذ و یک حلال به دست می آید. دومی با پیرولیز کردن ذرات کاربید سیلیکون / مواد کامپوزیت مبتنی بر رزین برای به دست آوردن مواد کامپوزیت سیلیکون کاربید / کربن یا با استفاده از α-SiC و پودر کربن به عنوان مواد اولیه و استفاده از فرآیند قالب گیری تزریقی یا پرس برای به دست آوردن کامپوزیت به دست می آید. مواد
پخت بدون فشار
فرآیند پخت بدون فشار کاربید سیلیکون را می توان به تف جوشی فاز جامد و پخت فاز مایع تقسیم کرد. در سال های اخیر، تحقیقات در موردسرامیک کاربید سیلیکوندر داخل و خارج از کشور عمدتاً بر روی پخت فاز مایع متمرکز شده است. فرآیند آماده سازی سرامیک به این صورت است: آسیاب گلوله ای مخلوط -> دانه بندی اسپری -> پرس خشک -> انجماد بدن سبز -> تف جوشی در خلاء.

محصولات کاربید سیلیکون متخلخل بدون فشار

96-99 قسمت پودر فوق ریز کاربید سیلیکون (50-500 نانومتر)، 1-2 قسمت پودر فوق ریز کاربید بور (50-500 نانومتر)، 0.2-1 قسمت نانو تیتانیوم بورید (30-80 نانومتر)، 10-20 قسمت اضافه کنید. رزین فنلی محلول در آب و 0.1-0.5 قسمت پخش کننده با راندمان بالا به آسیاب گلوله ای برای آسیاب گلوله ای و مخلوط کردن به مدت 24 ساعت و دوغاب مخلوط را در بشکه مخلوط کن قرار دهید تا به مدت 2 ساعت هم بزنید تا حباب های موجود در دوغاب از بین برود. .
مخلوط فوق به داخل برج دانه بندی پاشیده می شود و پودر دانه بندی با مورفولوژی ذرات خوب، سیالیت خوب، محدوده توزیع ذرات باریک و رطوبت متوسط ​​با کنترل فشار اسپری، دمای هوای ورودی، دمای هوای خروجی و اندازه ذرات ورقه اسپری به دست می آید. تبدیل فرکانس گریز از مرکز 26-32، دمای ورودی هوا 250-280 ℃، دمای خروجی هوا 100-120 ℃ و فشار ورودی دوغاب 40-60 است.
پودر دانه بندی فوق در قالب کاربید سیمانی برای پرس قرار می گیرد تا بدنه ای سبز رنگ به دست آید. روش پرس فشار دو طرفه است و تناژ فشار ماشین ابزار 150-200 تن است.
بدنه سبز فشرده برای خشک کردن و پخت در کوره خشک کن قرار می گیرد تا بدنه سبز رنگ با استحکام بدن سبز خوب به دست آید.
بدن سبز درمان شده فوق در a قرار می گیردبوته گرافیتیو به طور نزدیک و منظم چیده شده و سپس بوته گرافیتی با بدنه سبز رنگ در کوره تف جوشی خلاء با دمای بالا برای پخت قرار می گیرد. دمای پخت 2200-2250 درجه سانتیگراد و زمان عایق کاری 1-2 ساعت است. در نهایت، سرامیک های کاربید سیلیکون متخلخل بدون فشار با کارایی بالا به دست می آیند.
تف جوشی فاز جامد
فرآیند پخت بدون فشار کاربید سیلیکون را می توان به تف جوشی فاز جامد و پخت فاز مایع تقسیم کرد. تف جوشی فاز مایع به افزودن مواد افزودنی تف جوشی مانند افزودنی های دوتایی و سه تایی Y2O3 نیاز دارد تا SiC و مواد مرکب آن در فاز مایع پخت شوند و در دمای پایین تر به چگالش دست یابند. روش تهیه سرامیک کاربید سیلیکون زینتر شده فاز جامد شامل مخلوط کردن مواد خام، دانه بندی اسپری، قالب گیری و تف جوشی در خلاء می باشد. فرآیند تولید خاص به شرح زیر است:
70-90٪ کاربید سیلیکون α زیر میکرون (200-500 نانومتر)، 0.1-5٪ کاربید بور، 4-20٪ رزین و 5-20٪ از چسب آلی در مخلوط کن قرار داده شده و با آب خالص برای مرطوب اضافه می شود. مخلوط کردن پس از 6-48 ساعت، دوغاب مخلوط از یک الک مش 60-120 عبور داده می شود.
دوغاب الک شده از طریق یک برج دانه بندی اسپری دانه بندی می شود. دمای ورودی برج دانه بندی اسپری 180-260 ℃ و دمای خروجی 60-120 ℃ است. چگالی ظاهری مواد گرانول 0.85-0.92g/cm3، سیالیت 8-11s/30g است. مواد گرانول شده از طریق یک الک مش 60-120 برای استفاده بعدی الک می شوند.
یک قالب را با توجه به شکل محصول مورد نظر انتخاب کنید، مواد دانه‌بندی شده را در حفره قالب قرار دهید و قالب‌گیری فشرده‌سازی در دمای اتاق را با فشار 50-200MPa انجام دهید تا بدنه‌ای سبز به دست آورید. یا بدنه سبز رنگ را پس از قالب گیری فشاری در دستگاه پرس ایزواستاتیک قرار دهید، پرس ایزواستاتیک را در فشار 200-300MPa انجام دهید و پس از پرس ثانویه بدنه سبز رنگ به دست آورید.
بدنه سبز آماده شده در مراحل فوق را در یک کوره تف جوشی خلاء برای پخت قرار دهید و نمونه واجد شرایط، سرامیک ضد گلوله کاربید سیلیکون تمام شده است. در فرآیند زینترینگ فوق ابتدا کوره زینترینگ را تخلیه کرده و هنگامی که درجه خلاء به 3-5×10-2 رسید پس از Pa، گاز بی اثر به داخل کوره تف جوشی تا فشار معمولی عبور داده می شود و سپس گرم می شود. رابطه بین دما و زمان گرمایش عبارت است از: دمای اتاق تا 800 درجه سانتیگراد، 5-8 ساعت، حفظ حرارت برای 0.5-1 ساعت، از 800 درجه سانتیگراد تا 2000-2300 درجه سانتیگراد، 6-9 ساعت، حفظ حرارت برای 1 تا 2 ساعت، و سپس با کوره خنک می شود و به دمای اتاق می رسد.

ریزساختار و مرز دانه کاربید سیلیکون زینتر شده در فشار معمولی

به طور خلاصه، سرامیک های تولید شده با فرآیند زینترینگ پرس گرم عملکرد بهتری دارند، اما هزینه تولید نیز به شدت افزایش می یابد. سرامیک های تهیه شده توسط تف جوشی بدون فشار نیاز به مواد اولیه بالاتر، دمای پخت بالا، تغییرات بزرگ در اندازه محصول، فرآیند پیچیده و عملکرد پایین دارند. محصولات سرامیکی تولید شده توسط فرآیند پخت واکنش دارای چگالی بالا، عملکرد ضد بالستیک خوب و هزینه آماده سازی نسبتا پایین هستند. فرآیندهای مختلف پخت سرامیک کاربید سیلیکون مزایا و معایب خاص خود را دارند و سناریوهای کاربرد نیز متفاوت خواهند بود. انتخاب روش تهیه مناسب با توجه به محصول و یافتن تعادل بین هزینه کم و کارایی بالا بهترین سیاست است.