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