無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷環(huán)的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、北方民族大學(xué)課程 設(shè)計(jì)報(bào)告系（部、中心） 材料科學(xué)與工程學(xué)院 姓 名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 同組人員 課程名稱 設(shè)計(jì)題目名稱 起止時(shí)間 成 績(jī) 指導(dǎo)教師簽名 北方民族大學(xué)教務(wù)處目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc22664 1 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc22664 1 HYPERLINK l _Toc14106 1.1 碳化硅陶瓷的發(fā)展情況 PAGEREF _Toc14106 1 HYPERLINK l _Toc19887 1.1.1 碳化硅行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc19887 1 HYPERLINK l _Toc29970 1.2 SiC結(jié)晶形態(tài)和晶

2、體結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc29970 2 HYPERLINK l _Toc22248 1.3 氮化硅陶瓷的用途 PAGEREF _Toc22248 2 HYPERLINK l _Toc5170 1.4 本方案的目的及意義 PAGEREF _Toc5170 3 HYPERLINK l _Toc17512 2 工藝概述 PAGEREF _Toc17512 3 HYPERLINK l _Toc6925 2.1 SiC原料的制備 PAGEREF _Toc6925 3 HYPERLINK l _Toc14742 2.1.1 原料配方 PAGEREF _Toc14742 3 HYPERLINK l

3、_Toc29791 2.1.2 漿料的制備過程 PAGEREF _Toc29791 4 HYPERLINK l _Toc13607 2.1.3 噴霧造粒 PAGEREF _Toc13607 4 HYPERLINK l _Toc11032 2.2 碳化硅陶瓷的成型 PAGEREF _Toc11032 4 HYPERLINK l _Toc28789 2.2.1 鋼模壓制成型 PAGEREF _Toc28789 4 HYPERLINK l _Toc19326 2.3 碳化硅陶瓷的燒結(jié) PAGEREF _Toc19326 4 HYPERLINK l _Toc17669 2.3.1 SiC陶瓷燒結(jié)特點(diǎn)

4、PAGEREF _Toc17669 5 HYPERLINK l _Toc9400 2.3.2 添加劑的作用 PAGEREF _Toc9400 5 HYPERLINK l _Toc9269 2.3.3 SiC的燒結(jié)方法 PAGEREF _Toc9269 6 HYPERLINK l _Toc22650 2.4 加工方法要求 PAGEREF _Toc22650 10 HYPERLINK l _Toc20445 2.4.1 砂輪的選擇 PAGEREF _Toc20445 10 HYPERLINK l _Toc12563 2.4.2 磨削參數(shù)的選擇 PAGEREF _Toc12563 10 HYPERL

5、INK l _Toc27521 2.4.3 冷卻液的選擇及加工 PAGEREF _Toc27521 11 HYPERLINK l _Toc17777 3 生產(chǎn)技術(shù)要求 PAGEREF _Toc17777 11 HYPERLINK l _Toc29092 3.1 SiC粉體的制備技術(shù)要求 PAGEREF _Toc29092 11 HYPERLINK l _Toc32244 3.2 噴霧造粒的技術(shù)要求 PAGEREF _Toc32244 11 HYPERLINK l _Toc10621 3.3 坯料的成型技術(shù)要求 PAGEREF _Toc10621 12 HYPERLINK l _Toc27619

6、 3.3.1 成型方法要求 PAGEREF _Toc27619 12 HYPERLINK l _Toc29283 3.3.2 干壓成型工藝參數(shù)控制 PAGEREF _Toc29283 13 HYPERLINK l _Toc24510 3.4燒結(jié)技術(shù)要求 PAGEREF _Toc24510 13 HYPERLINK l _Toc5965 4 生產(chǎn)設(shè)備 PAGEREF _Toc5965 14 HYPERLINK l _Toc11056 4.1 生產(chǎn)設(shè)備的選擇 PAGEREF _Toc11056 14 HYPERLINK l _Toc21378 4.2 設(shè)備詳述 PAGEREF _Toc21378

7、14 HYPERLINK l _Toc13191 4.2.1 三維混料機(jī) PAGEREF _Toc13191 14 HYPERLINK l _Toc24784 4.2.2 噴霧干燥機(jī) PAGEREF _Toc24784 16 HYPERLINK l _Toc6277 4.2.3 干壓成形機(jī) PAGEREF _Toc6277 18 HYPERLINK l _Toc15446 4.2.5 拋光機(jī) PAGEREF _Toc15446 20 HYPERLINK l _Toc767 4.2.6 HZ-Y150型精密臥軸矩臺(tái)平面磨床 PAGEREF _Toc767 21 HYPERLINK l _Toc2

8、2729 4.2.7 顯微硬度計(jì) PAGEREF _Toc22729 22 HYPERLINK l _Toc20495 5 SiC陶瓷性能檢測(cè)及結(jié)果分析 PAGEREF _Toc20495 24 HYPERLINK l _Toc201 5.1 SiC陶瓷原料 PAGEREF _Toc201 24 HYPERLINK l _Toc20587 5.1.1 粉料性能檢測(cè) PAGEREF _Toc20587 24 HYPERLINK l _Toc3012 5.1.2 結(jié)果分析 PAGEREF _Toc3012 24 HYPERLINK l _Toc11243 5.1.3 SiC陶瓷環(huán)的性能 PAGER

9、EF _Toc11243 26 HYPERLINK l _Toc8722 6 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc8722 28 HYPERLINK l _Toc5179 7 小結(jié) PAGEREF _Toc5179 291 產(chǎn)品簡(jiǎn)介1.1 碳化硅陶瓷的發(fā)展情況1.1.1 碳化硅行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 中國是碳化硅（SiC）的生產(chǎn)大國和出口大國，2009年碳化硅總產(chǎn)量達(dá)53.5萬噸左右，占全球總數(shù)的56.3%，居世界第一。我們預(yù)計(jì)，2010年截止9月份僅綠碳化硅產(chǎn)量就將達(dá)到80萬噸。碳化硅行業(yè)產(chǎn)量大，但缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。盡管產(chǎn)量足夠供應(yīng)，中國制造的碳化硅產(chǎn)品大部分是低端和初步加工，對(duì)于某些需求供應(yīng)高附加值的成品和

10、深加工產(chǎn)品存在很大的差距。尤其是高性能工程陶瓷、用以高端的研磨粉等產(chǎn)品的供應(yīng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有滿足，核心技術(shù)大多仍由日本控制。主要還是靠進(jìn)口彌補(bǔ)國內(nèi)市場(chǎng)的不足。 隨著傳統(tǒng)礦物質(zhì)能源日益枯竭，以太陽能電池為代表的光伏產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展。據(jù)我國正在制定的新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃顯示，到2020年可再生能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)中的比例要達(dá)到15%，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)總體呈現(xiàn)穩(wěn)中有升。碳化硅是光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游環(huán)節(jié)晶硅片生產(chǎn)過程中的專用材料，受光伏行業(yè)發(fā)展的帶動(dòng)，碳化硅行業(yè)通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(jí)和下游需求的擴(kuò)展帶來了一些機(jī)會(huì)。盡管如此，由于碳化硅生產(chǎn)屬于高耗能、高污染，受到能源短缺的阻礙和國家能源節(jié)約的政策影響，還有一些具體審查

11、和批準(zhǔn)新項(xiàng)目受到閑置，比如低電價(jià)優(yōu)惠的有關(guān)政策已經(jīng)被取消；目前國家嚴(yán)格控制新項(xiàng)目，原有6300KVA以下規(guī)模的碳化硅冶煉要求強(qiáng)制關(guān)停。所以碳化硅行業(yè)的未來發(fā)展將面臨很多不確定性。1.1.2 碳化硅行業(yè)展望 碳化硅行業(yè)要解決發(fā)展中資源、環(huán)境等方面的壓力，應(yīng)該著眼于技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)步。在碳化硅生產(chǎn)中，關(guān)注生產(chǎn)制造的綠色、低碳化。依靠技術(shù)升級(jí)，提高生產(chǎn)規(guī)模，利用規(guī)模優(yōu)勢(shì)降低單位能耗；注重生產(chǎn)過程中如碳化硅回收、粉塵處理、水的循環(huán)再利用等，降低資源利用。根據(jù)我們預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)2010年，市場(chǎng)對(duì)綠碳化硅塊需求量將突破120萬噸。耐火材料和磨料磨具是碳化硅的傳統(tǒng)低端應(yīng)用領(lǐng)域，附加值低，碳化硅本身用途極為廣泛，加

12、強(qiáng)其新用途、新應(yīng)用市場(chǎng)的開發(fā)，拓寬經(jīng)營思路，是碳化硅行業(yè)今后健康發(fā)展的必由之路。1.2 SiC結(jié)晶形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)碳化硅是共價(jià)鍵非常強(qiáng)的化合無，其晶體結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單元是SiC4和SiC4配位四面體，通過定向的強(qiáng)四面體SP鍵結(jié)合在一起，并有一定程度的極化。Si的電負(fù)性1.8，C的電負(fù)性為2.6，由此可以確定Si-C鍵的離子鍵性僅占12%左右。四面體共邊形成平面層，并以定點(diǎn)與下一疊層四面體相連形成三維結(jié)構(gòu)，由于四面體的堆積次序的不同，可以形成不同的結(jié)構(gòu)，至今已發(fā)現(xiàn)幾百種變體，常見的晶型有六方晶系的Si和立方晶系SiC。Si有上百種變體，其中最主要的是4H、6H、15R、等。4H、6H屬于六方晶系，

13、在2100和2100以上是穩(wěn)定的；15R-SIC為菱面（斜方六面）晶系，在2000以上是穩(wěn)定的。(H和R代表六方和斜方六面型)。SiC只有一種，屬立方晶系，密度為3.215g/cm3 。SiC在2100以下是穩(wěn)定的，高于2100時(shí)，SiC開始轉(zhuǎn)變?yōu)镾i，轉(zhuǎn)變速率很慢，到2400轉(zhuǎn)變速率迅速，這種轉(zhuǎn)變?cè)谝话闱闆r下是不可逆的，在2000以下合成的SIC主要是SiC，在2200以上合成的主要是Si，而且以6H為主。1.3 氮化硅陶瓷的用途 表1-1 碳化硅陶瓷的主要用途工業(yè)領(lǐng)域使用領(lǐng)域主要用途性能特點(diǎn)石油高溫液高壓摩擦噴嘴、軸承、閥片、密閉件耐磨損抗腐蝕化學(xué)強(qiáng)酸強(qiáng)堿氧化高溫密封件、軸承、泵套筒管道耐

14、磨損、抗腐蝕宇航高溫燃燒室部件、渦輪轉(zhuǎn)子燃?xì)鈾C(jī)葉片、火箭噴嘴、火箭燃燒室內(nèi)襯低摩擦、高強(qiáng)度、耐熱沖擊、高熱穩(wěn)定性耐腐蝕汽車油摩擦閥系列元件低摩擦、耐磨損鋼鐵高溫空氣燃燒嘴耐高溫、耐腐蝕造紙紙漿廢液紙漿密封件、軸承、套筒低摩擦、耐磨損耐腐蝕電子散熱集成電路基板、封裝材料高熱導(dǎo)、高絕緣機(jī)械研磨滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)內(nèi)襯泵零件、噴砂嘴、軸承閥耐磨損、耐腐蝕、高硬度、低摩擦激光高溫反射屏高剛度、高穩(wěn)定性核能含硼高壓水密閉件、軸套耐輻射加工成型過程拉絲模耐磨損、耐腐蝕硅酸鹽高溫電爐發(fā)熱體高熱穩(wěn)定性冶金高溫?zé)峤粨Q器耐高溫1.4 本方案的目的及意義 碳化硅陶瓷的耐化學(xué)腐蝕性好、強(qiáng)度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系數(shù)小，且高

15、溫力學(xué)性能(強(qiáng)度、抗蠕變性等)是已知陶瓷材料中最佳的。熱壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)的碳化硅材料,其高溫強(qiáng)度可一直維持到1600，是陶瓷材料中高溫強(qiáng)度最好的材料。因而是制造密封環(huán)的理想材料。它與石墨材料組合配對(duì)時(shí)，其摩擦系數(shù)比氧化鋁陶瓷和硬質(zhì)合金小，因而可用于高PV值，特別是輸送強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的工況中使用。本方案通過以下制備工藝，制備出滿足以上要求的碳化硅陶瓷密封環(huán)。2 工藝概述2.1 SiC原料的制備2.1.1 原料配方98%的亞微米-SiC 粉，其平均粒徑為0.6m SiC粉：385.6g,酚醛樹脂：24.03 g，HT樹脂:38.57 g (用20ml水溶解)，油酸：4ml ，B4C:4.

16、04g，聚胺脂球磨介：800.96g，乙醇：140ml，Darayn-c 1ml,蒸餾水240ml(PH10)+20 ml。2.1.2 漿料的制備過程 將按配比稱好的亞微米級(jí) SiC 粉、蒸餾水（加240 ml， 留20ml溶解HT）B4C、無水乙醇（由于酚醛的粘度很大，很容易粘在器壁上，最好用乙醇溶解酚醛樹脂后再一起加入）、聚胺脂球放入硬質(zhì)塑料罐,然后分別將作為粘結(jié)劑、增塑劑和潤滑劑的有機(jī)添加劑酚醛樹脂、Darayn-c 油酸按比例加入后放到三維混料機(jī)初混2h。2.1.3 噴霧造粒將初混好的料漿進(jìn)行噴霧造粒，噴霧造粒時(shí), 為了保持漿料的均勻性, 利用磁力攪拌器邊攪拌邊進(jìn)料。漿料通過低噴式壓力

17、噴嘴霧化, 按混流方式與熱空氣混合并被干燥形成顆粒粉料。干燥過程中主要控制的工藝參數(shù)有漿料的固含量、 粘結(jié)劑的含量、 進(jìn)出口溫度、 壓力及進(jìn)料速率等。噴霧造粒結(jié)束后，測(cè)量其流動(dòng)性和松裝密度。2.2 碳化硅陶瓷的成型2.2.1 鋼模壓制成型稱取上一步噴霧造粒好的SiC 粉體30g，并將其放入預(yù)先潤滑過的瓷環(huán)金屬模內(nèi),敲勻落實(shí)后，放在壓機(jī)上受壓,所加壓力為16t,保壓時(shí)間45s，使之密實(shí)成型,取出脫模。此法最大優(yōu)勢(shì)在于易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,所以在工業(yè)生產(chǎn)中得到較大的應(yīng)用。2.3 碳化硅陶瓷的燒結(jié) 先將壓制好的碳化硅陶瓷片放在真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，經(jīng)過8 h的燒結(jié)，取出樣品放置至室溫。2.3.1 SiC陶瓷燒

18、結(jié)特點(diǎn)SiC是一種共價(jià)鍵很強(qiáng)的化合物，加上它的擴(kuò)散系數(shù)很低（即在2100，C和Si在-Si單晶中擴(kuò)散系數(shù)分別為DC =1.510-10 cm2/s,Dsi=2.510-13 cm2/s,在SiC多晶中自擴(kuò)散系數(shù)分別為DC =1.010-10 cm2/s,Dsi=8.910-13 cm2/s,，SiC晶體晶面擴(kuò)散系數(shù)為DC =1.010-5 cm2/s），所有很難燒結(jié)。像其它共價(jià)結(jié)合化合物，沒有專門添加劑的SiC是不能燒結(jié)的，這種行為源于相對(duì)弱的體積擴(kuò)散由于強(qiáng)的單向鍵合以及氣相遷移機(jī)理（蒸發(fā)-在凝聚）。在相鄰粒子間只形成頸部，不發(fā)生收縮（Popper和Davies1962）。2.3.2 添加劑的

19、作用（1）硼（B）和碳(C)的作用 通過晶界或體積擴(kuò)散致密化的一個(gè)前提是用六方型或立方型的亞微米粉末。燒結(jié)添加物量相對(duì)碳化硼要求較少，大致在0.2%-3.0wt%之間，Prochazaka指出，0.3 wt%B和 0.2wt%C同時(shí)加入到細(xì)的-SIC粉末中，采用2040、在He氣流中燒結(jié)可獲得95%-99%理論密度，只用C加入則沒有收縮，除碳以外沒有發(fā)現(xiàn)第二相。導(dǎo)出的結(jié)論是：致密化發(fā)生是由于固態(tài)擴(kuò)散，通常B取代C，但它也可以進(jìn)入SI位置，一種可能的缺陷反應(yīng)由Prochazka提出： BBL1-+h0+Vc,si即B三價(jià)地進(jìn)入亞晶格中，要求一電子來完成鍵對(duì)和分別在其它C或Si亞晶格中產(chǎn)生一中性空

20、穴h0和一空位V，另一種反應(yīng)并不要求形成一空位是：B+CBsi+Cc+ h0，此處B占有一硅位置產(chǎn)生一空穴，而C進(jìn)入C位置。 碳化硅的無壓燒結(jié)可分成固相燒結(jié)和液相燒結(jié)兩種。固相燒結(jié)是美國科學(xué)家Prochazka于1974年首先發(fā)明的。他在亞微米級(jí)得SiC中添加少量的B和C,實(shí)現(xiàn)了SIC無壓燒結(jié)，制得接近理論密度95%的致密燒結(jié)體。Prochazka認(rèn)為，擴(kuò)散燒結(jié)的難易與G晶界能和S表面能的比例大小有關(guān)，G /s eq r(3) )時(shí)，很難燒結(jié)。然而，在SiC中加B和B的化合物，B在晶界選擇性偏析，部分B和SiC形成固溶體，降低了SIC的晶界表面能G，使G /s減小，增大了燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力，促進(jìn)了燒結(jié)

21、。由于SiC表面常有一薄層SiO2，在1700左右，SiO2融融分布在晶界處，使SiC顆粒之間接觸機(jī)會(huì)減少，抑制了燒結(jié)。加入C可與表面SiO2發(fā)生SiO2+3CSiC+2CO的反應(yīng)，使表面能由2.510-5J/cm2提高到1.810-4 J/cm2，從而使G /s減小，有利于燒結(jié)。而日本的鈴木弘茂認(rèn)為，SIC難以燒結(jié)是由于SiC的表面擴(kuò)散在低溫下很快，導(dǎo)致粒子粗大化，不利于燒結(jié)，研究發(fā)現(xiàn)的C和B的左右機(jī)理與Prochazka的大不相同，他認(rèn)為，B和C共同對(duì)粒子成長起了有效的抑制作用；各自單獨(dú)使用時(shí)，不能導(dǎo)致充分的致密化，即僅抑制表面擴(kuò)散是不夠的，要通過兩者的相互作用并使晶界生成第二相（B-C化

22、合物）才能致密化，這是因?yàn)锽和C生成B4C(直接添加B4C),可以固溶在SIC中，從而降低晶界能，促進(jìn)燒結(jié)。固相燒結(jié)的SIC，晶界較為“干凈”，基本無液相生成，晶粒在高溫下很容易長大，因此它的強(qiáng)度和韌性一般都不高，分別為300-450MPa與3.5-4.5MPa.m1/2,但晶界“干凈”高溫強(qiáng)度并不隨溫度的升高而變化，一般用到1600時(shí)強(qiáng)度仍不發(fā)生變化。另外，AL和AL的化合物(AL2O3、ALN)均可與SIC形成固溶體而促進(jìn)燒結(jié)。（2） Y2O3-AL2O3的作用碳化硅的液相燒結(jié)是美國科學(xué)家Mulla MA于20世紀(jì)90年代初實(shí)現(xiàn)的，它的主要添加劑是Y2O3-AL2O3。根據(jù)相圖可知，存在三

23、個(gè)低共熔化合物：YAG（Y3AL5O15，熔點(diǎn)1760），YAP(YALO3，熔點(diǎn)1850)，YAM(Y4AL2O9,熔點(diǎn)1940)。為了降低燒結(jié)溫度一般采用YAG為SIC的燒結(jié)添加劑。當(dāng)YAG的組成達(dá)到6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，碳化硅已基本達(dá)到致密。無壓燒結(jié)SIC的力學(xué)性能隨添加劑、燒結(jié)溫度、顯微結(jié)構(gòu)的不同而有差異。2.3.3 SiC的燒結(jié)方法碳化硅陶瓷， 常用的方法有無壓燒結(jié)法、 反應(yīng)燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法等。本實(shí)驗(yàn)選用無壓燒結(jié)的方法，該法燒結(jié)的SiC陶瓷產(chǎn)品相對(duì)密度可達(dá)96%以上，而且燒結(jié)前后制品不發(fā)生過量的塑性變形，制備工藝可控性高。（1） 無壓燒結(jié)1974年美國GE公司通過在高純度SiC細(xì)粉中

24、同時(shí)加入少量的B和C，采用無壓燒結(jié)工藝，于2020成功地獲得高密度SiC陶瓷。目前，該工藝已成為制備SiC陶瓷的主要方法。無壓燒結(jié)碳化硅簡(jiǎn)寫為PLSSiC或SSiC,。其特點(diǎn)是無需外加壓力使碳化硅實(shí)現(xiàn)致密化(致密化有兩中途徑：固相燒結(jié)和液相燒結(jié))，因此對(duì)制品的形狀沒有限制，可以與各種成型方法配合，是最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的的制備碳化硅的方法。無壓燒結(jié)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)碳化硅的致密化關(guān)鍵在原料顆粒應(yīng)在亞微米級(jí)，同時(shí)選擇適當(dāng)?shù)臒Y(jié)助劑。（本方案選擇的SiC粉為亞微米級(jí)、燒結(jié)助劑為B4C）.對(duì)于在空氣中難于燒結(jié)的陶瓷制品（如透光體或非氧化物）常用氣氛燒結(jié)法。本方案采用這種方法，此法是在爐內(nèi)通入一定惰性氣體，使制品在特定

25、的氣氛下燒結(jié)（根據(jù)不同材料可選用氧、氫、氮、氬或真空等不同氣氛），為防止SiC高溫下氧化，我們選擇氬氣作為保護(hù)氣，在一定溫度范圍(21002200)內(nèi)，1atm(101325Pa)下完成燒結(jié)。 （2） 反應(yīng)燒結(jié)SiC的反應(yīng)燒結(jié)法最早在美國研究成功。反應(yīng)燒結(jié)的工藝過程為：先將SiC粉和石墨粉按比例混勻，經(jīng)干壓、擠壓或注漿等方法制成多孔坯體。在高溫下（14501750）與液態(tài)Si接觸，坯體中的C與滲入的Si反應(yīng)，生成SiC，并與SiC相結(jié)合，過量的Si填充于氣孔，從而得到無孔致密的反應(yīng)燒結(jié)體。反應(yīng)燒結(jié)SiC通常含有8-20%的游離Si。因此，為保證滲Si的完全，素坯應(yīng)具有足夠的孔隙度。一般通過調(diào)整

26、最初混合料中SiC和C的含量，SiC的粒度級(jí)配，C的形狀和粒度以及成型壓力等手段來獲得適當(dāng)?shù)乃嘏髅芏?。反?yīng)燒結(jié)碳化硅對(duì)原料要求相對(duì)較低，顆粒級(jí)配的碳化硅粒徑在1-20微米范圍內(nèi)，無需特殊處理，C粉、粘結(jié)劑等都是市場(chǎng)成熟供應(yīng)的原料。反應(yīng)燒結(jié)法制備溫度低，工藝過程和設(shè)備要求相對(duì)較低在燒結(jié)過程中體積收縮一般在3%以內(nèi)，可以對(duì)制品尺寸進(jìn)行比較精確控制，實(shí)現(xiàn)“近尺寸”燒結(jié)，適于制備相對(duì)復(fù)雜的產(chǎn)品。同時(shí)，反應(yīng)燒結(jié)工藝可以將制品的加工余量控制在最小范圍，使的加工成本大為降低。較低的原料成本、較低的燒結(jié)成本、較低的加工成本三者結(jié)合，使反應(yīng)燒結(jié)碳化硅在價(jià)格上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。但反應(yīng)燒結(jié)碳化硅往往含有8%-20

27、%的游離硅，使用溫度不宜過高。硅的熔點(diǎn)為1410，當(dāng)使用溫度高于1350，材料性能急劇下降；在1400以上是，則由于硅的熔化而完全喪失強(qiáng)度。因此，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的使用溫度限制在1350。同時(shí)，由于游離硅的存在，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅也不適宜在強(qiáng)氧化或較強(qiáng)腐蝕條件下使用。（3） 熱壓燒結(jié)SiC陶瓷為獲得更致密、強(qiáng)度更高的制品，可采用熱壓工藝。此時(shí)仍需加入B4C或B、C等燒結(jié)助劑，粉料或生坯在模具內(nèi)升溫（20002100）的同時(shí)加壓（一般25-40MPa），使材料加速流動(dòng)、重排和致密化的燒結(jié)工藝，可得理論密度為99.5%的制品。熱壓燒結(jié)時(shí)間短、燒結(jié)溫度相對(duì)較低；燒結(jié)助劑量少，可制得高密度產(chǎn)品；生產(chǎn)效率低，

28、只能生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單的制品。（4） 熱等靜壓燒結(jié)若制品形狀復(fù)雜，又希望得到高密度，可用熱等靜壓工藝。這種工藝是通過作為爐子外壁的高壓容器，內(nèi)用惰性氣體對(duì)樣品進(jìn)行各向同性的均勻加壓。這種設(shè)備其氣體壓力可達(dá)300MPa，加熱溫度可達(dá)2000。1988年，Dutta以B和C為燒結(jié)助劑，僅在1900下，即通過HIP工藝獲得理論密度達(dá)98%的碳化硅材料。隨后，Dutta、Kofune、Larke等在不用燒結(jié)助劑的情況下，采用亞微米級(jí)SIC原料，通過HIP工藝制得致密的碳化硅陶瓷樣品。說明在高溫、高壓條件下，也能實(shí)現(xiàn)碳化硅粉體致密化。SIC主要燒結(jié)方法及特點(diǎn)如下表3-3-1、不同燒結(jié)方法制得的SIC制品的性質(zhì)

29、比較表3-3-2. 表3-1 碳化硅主要燒結(jié)方法及特點(diǎn)燒結(jié)方法燒結(jié)原理?xiàng)l件特點(diǎn)反應(yīng)燒結(jié)（自結(jié)合）SIC+C胚體在高溫下進(jìn)行蒸汽或液相滲SI，部分硅與碳反應(yīng)生成SIC,把原來胚體中的SIC 結(jié)合起來，達(dá)到燒結(jié)的目的。14001600燒結(jié)溫度低；收縮率為零；多孔質(zhì)，強(qiáng)度低；殘留游離硅多（8%-15%），影響性能熱壓燒結(jié)添加B+C、B4C、BN、AL、AL2O3、ALN等燒結(jié)，助劑，一面加壓，一面燒結(jié).1950-210020-40MPa密度高，抗彎強(qiáng)度高；不能制備形狀復(fù)雜制品；成本高常壓燒結(jié)添加B、C、AL+B+C、AL2O3+Y2O3等燒結(jié)助劑的胚體，在惰性氣氛進(jìn)行固相或液相燒結(jié)2000-2200

30、能制備出各種形狀復(fù)雜制品；強(qiáng)度較高；純度高，耐蝕性；燒結(jié)溫度高（缺點(diǎn)）高溫?zé)岬褥o壓燒結(jié)將陶瓷粉料或陶瓷素胚，經(jīng)包封后放入高溫?zé)岬褥o壓裝置中，在高溫高壓（各方向均勻加壓）下燒結(jié)2000左右高密度，高強(qiáng)度；燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時(shí)間縮短 表3-2 不同燒結(jié)方法制得的SiC制品的性質(zhì)性質(zhì)熱壓SiC常壓燒結(jié)SiC反應(yīng)燒結(jié)SiC密度/g/cm33.2 3.14-3.18 3.10氣孔率/%1 2 1 硬度/HRA94 94 94抗彎強(qiáng)度/MPa,室溫 989 590 490抗彎強(qiáng)度/MPa,1000 980 590 490抗彎強(qiáng)度/MPa,1200 1180 590 490斷裂韌性/(MPa.m1/2) 3.

31、5 3.5 3.5-4韋伯模數(shù) 10 15 15彈性模量/GPa 430 440 440熱導(dǎo)率/W/(m.K) 6 84 84熱膨脹系數(shù)/(10-6/) 4.8 4.0 4.3實(shí)驗(yàn)方案討論：采用無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)的SiC陶瓷具有各自的性能特點(diǎn)。如就燒結(jié)密度和抗彎強(qiáng)度來說，熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)SiC陶瓷相對(duì)較多，反應(yīng)燒結(jié)SiC相對(duì)較低。另一方面，SiC陶瓷的力學(xué)性能還隨燒結(jié)添加劑的不同而不同。無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)SiC陶瓷對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿具有良好的抵抗力，但反應(yīng)燒結(jié)SiC陶瓷對(duì)HF等超強(qiáng)酸的抗蝕性較差。就耐高溫性能比較來看，當(dāng)溫度低于900時(shí)，幾乎所有SiC陶瓷強(qiáng)度

32、均有所提高；當(dāng)溫度超過1400時(shí)，反應(yīng)燒結(jié)SiC陶瓷抗彎強(qiáng)度急劇下降。（這是由于燒結(jié)體中含有一定量的游離Si，當(dāng)超過一定溫度抗彎強(qiáng)度急劇下降所致）對(duì)于無壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)的SiC陶瓷，其耐高溫性能主要受添加劑種類的影響。總之，SiC陶瓷的性能因燒結(jié)方法不同而不同。一般說來，無壓燒結(jié)SiC陶瓷的綜合性能優(yōu)于反應(yīng)燒結(jié)的SiC陶瓷，但次于熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)的SiC陶。根據(jù)上述比較綜合，為達(dá)到本設(shè)計(jì)要求，所以采用無壓燒結(jié)。2.4 加工方法要求2.4.1 砂輪的選擇SiC陶瓷材料的硬度較高, 在磨削過程中容易產(chǎn)生龜裂或破碎。因此, 在選擇磨削加工陶瓷環(huán)的砂輪時(shí), 必須保證砂輪硬度高、刃口鋒銳、磨削

33、性能好, 且在磨削過程中砂輪顆粒不易脫落, 可長時(shí)間保持砂輪鋒利、出刃等優(yōu)良特性。根據(jù)以上要求, 最終確定選用人造金剛石砂輪。2.4.2 磨削參數(shù)的選擇 磨削參數(shù)的選擇直接關(guān)系到陶瓷環(huán)的表面加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。加工時(shí), 由于砂輪旋轉(zhuǎn)的圓周速度恒定, 如工作臺(tái)的橫向和縱向位移速度過快, 砂輪對(duì)工件的瞬時(shí)接觸作用力就會(huì)過大, 容易引起工件裝夾松動(dòng), 難以保證工件的基準(zhǔn)定位精度。如選用的垂直進(jìn)給量過大, 脆性工件受到過大切削力和工件自身內(nèi)應(yīng)力等的作用, 也容易發(fā)生破碎。經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化和試加工,最終選用磨削參數(shù)為: 垂直進(jìn)給量0.002mm 0.004mm, 橫向進(jìn)給量 ( 0.1 0.2) B(B為砂

34、輪厚度) 。2.4.3 冷卻液的選擇及加工磨削加工陶瓷材料時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量磨削熱, 工作區(qū)溫度可高達(dá)1000 度。如無有效冷卻, 將導(dǎo)致工件表面燒傷或尺寸發(fā)生變化, 砂輪嚴(yán)重磨損或機(jī)械性能改變。為此, 磨削加工過程中必須使用冷卻液對(duì)砂輪與工件接觸部位進(jìn)行噴射冷卻, 以降低磨削溫度, 并起到?jīng)_走磨屑、清洗工件的作用。加工工藝設(shè)計(jì)為粗磨加工和精磨加工兩步完成，胎具加工工藝為: 銑削調(diào)質(zhì)平磨線切割。3 生產(chǎn)技術(shù)要求3.1 SiC粉體的制備技術(shù)要求 碳化硅粉體的制備技術(shù)就其形成原理可分為機(jī)械粉碎法和合成法, 方法的優(yōu)劣可從粒子純度、表面的清潔度、粒子粒徑、粒度分布可控性、粒子幾何形狀規(guī)一性、是否易于收集、

35、粉體團(tuán)聚程度、熱穩(wěn)定性六個(gè)方面加以評(píng)價(jià)。通過控制所制備陶瓷粉末的顆粒度、表面狀態(tài), 還是純度、均勻性等指標(biāo)，提高陶瓷的燒結(jié)性能和機(jī)械性質(zhì), 部分滿足了陶瓷科學(xué)中“低” 溫快速燒結(jié)高性能陶瓷的要求。本方案要求制備出98%的亞微米-SiC 粉。3.2 噴霧造粒的技術(shù)要求 在碳化硅原料細(xì)粉中加入一定量的塑化劑，制成粒度較粗，具有一定顆粒級(jí)配，流動(dòng)性好的團(tuán)粒，以利于柸料的壓制成型。對(duì)于碳化硅用粉料的粒度，應(yīng)是越細(xì)越好，但太細(xì)對(duì)成型性不好。因?yàn)榉哿显郊?xì)，顆粒越輕，流動(dòng)性越差；同時(shí)粉料的比表面面積大，占的體積也大，因而成型時(shí)不能均勻的填充模具，易產(chǎn)生空洞，使致密度不高。若形成團(tuán)粒，則流動(dòng)性好，裝模方便，分

36、布均勻。這不僅有利于提高柸體的致密度，改善成型和燒成密度分布的一致性，而且由于團(tuán)粒的填充密度提高，空隙率減低，有利于成型加工。 本次我們用噴霧造粒法制造碳化硅粉粒，在噴霧過程中要求控制好系統(tǒng)的溫度、漿料的粘度和漿料的進(jìn)給速度等，這都直接影響粒度的大小，形狀及粒度分布。以乙醇為介質(zhì)，濕法球磨混合均勻，經(jīng)噴霧干燥過篩處理后得到流動(dòng)性在38s-41s/30g，松裝密度為0.671g/cm3。 3.3 坯料的成型技術(shù)要求3.3.1 成型方法要求 首先是成型方法的選擇，選擇成型方法時(shí)，希望在保證產(chǎn)品品質(zhì)的前提下，選用設(shè)備先進(jìn)、生產(chǎn)周期最短、成本最低的一種成型方法。 模具裝配的好壞, 直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量和

37、模具的使用壽命。在壓制成型過程中，模具和粉末之間的相互摩擦?xí)斐赡＞叩哪p，因此模具材料必須要求有很好的耐磨性能。同時(shí)，還應(yīng)考慮壓制過程中粉末的受力情況、操作的可行性及方便程度等。在模具材料的選擇和處理上，應(yīng)考慮模具材料的硬度、顯微組織殘余應(yīng)力及彈性狀態(tài)等；在模具的加工上應(yīng)考慮腔表面和模沖工作表面的粗糙度，模腔的平行度和模具出口的錐度，陰模與模沖間的間隙和配合，陰模與模沖凌角的幾何半徑及其他幾何因素等，模具裝配時(shí)，要求做到上、下模和模腔中心線在同一直線上, 襯板一定要垂直90度，下模與模腔的配合, 要上、下靈活, 不能過緊也不能過松。配合過緊，會(huì)造成排氣不利, 使坯體分層增多, 配合過松,坯體

38、四周產(chǎn)生“ 腳泥”。此外，壓制時(shí)的工作條件，如壓制壓力、加壓速度等因素在設(shè)計(jì)和制造模具時(shí)也應(yīng)考慮。碳化硅陶瓷環(huán)的制備采用干壓成型，干壓成型要求粉料的流動(dòng)性要好，從而更好的充實(shí)模具；粉料有一定的顆粒級(jí)配，使達(dá)到較高的堆積密度，減少空氣含量；顆粒在壓力下易于粉碎，這樣可以形成致密坯體；水分含量要均勻，防止坯體內(nèi)出現(xiàn)大的應(yīng)力。3.3.2 干壓成型工藝參數(shù)控制 成型壓力的大小取決于坯體的形狀、高度、粘合劑的種類和數(shù)量、粉體的流動(dòng)性、坯體的致密度等。這次制備碳化硅陶瓷環(huán)用16T的壓力，加壓方式，由于制備的陶瓷環(huán)高度不是很大，因此采用單向加壓的方式，雖有壓力梯度，但對(duì)產(chǎn)品性能影響不大。 加壓速度和保壓時(shí)間

39、對(duì)坯體性能有很大影響。加壓速度過快，保壓時(shí)間過短，坯體中氣體有殘留，且壓力傳遞不到應(yīng)有的深度；加壓時(shí)間過慢，保壓時(shí)間過長，則降低了生產(chǎn)效率。這次制備碳化硅陶瓷環(huán)保壓時(shí)間為45S。3.4燒結(jié)技術(shù)要求 燒結(jié)直接影響顯微結(jié)構(gòu)種粒徑尺寸大小和分布、氣孔的大小、形狀和分布及晶體體積分?jǐn)?shù)等。所以，確定合理的燒結(jié)制度是制備具有優(yōu)異性能碳化硅陶瓷環(huán)的一個(gè)關(guān)鍵因素。 升溫階段：常溫-700采用手動(dòng)控制，升溫速率大約0.5-1/min,700-1950升溫速率一般為2/min，保溫階段一般為120min ，降溫階段為自然降溫， 燒結(jié)溫度為19502000，保護(hù)氣體為氬氣。 燒結(jié)溫度過高和過低, 都影響燒結(jié)體的致密

40、程度,只在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi),相對(duì)密度可超過96%，理論密度可達(dá)到3.21g/cm3 )。燒結(jié)體的致密程度直接影響其力學(xué)性能,碳化硅陶瓷的抗彎強(qiáng)度與硬度隨燒結(jié)溫度的變化與燒結(jié)溫度對(duì)密度的影響趨勢(shì)一致。溫度未達(dá)到最佳燒結(jié)溫度時(shí), 燒結(jié)體的密度、強(qiáng)度、硬度數(shù)值均低于正常碳化硅陶瓷的性能指標(biāo)。隨著燒結(jié)溫度的逐步升高, 所有指標(biāo)均有所上升, 并在某一點(diǎn)達(dá)到最大值。當(dāng)超過極值后,溫度繼續(xù)升高, 性能指標(biāo)反而有下降趨勢(shì)。說明溫度過高, 引起晶粒長大, 密度和力學(xué)性能反而下降。（注：當(dāng)完成燒結(jié)時(shí)，應(yīng)讓它在Ar氣氛下、爐內(nèi)自然冷卻） 燒結(jié)氣氛，本次試驗(yàn)以氬氣作為保護(hù)氣氛，為防止碳化硅在高溫?zé)Y(jié)時(shí)被氧化，影響其性

41、能，碳化硅制品的燒結(jié)中還受燒結(jié)助劑、穩(wěn)定劑等的影響，加入燒結(jié)助劑可降低燒結(jié)溫度，穩(wěn)定劑提高碳化硅燒結(jié)過程中的穩(wěn)定性4 生產(chǎn)設(shè)備4.1 生產(chǎn)設(shè)備的選擇 4-1表 生產(chǎn)所有設(shè)備總攬序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)外型尺寸1三維混料機(jī)SHY-2001400 mm1800 mm16002噴霧干燥機(jī)LPG-253000 mm2700 mm4260 mm3干壓成型機(jī)800mm700mm1500mm4真空燒結(jié)爐5拋光機(jī)P-2T200 mm300 mm100 mm6HZ-Y150型精密臥軸矩臺(tái)平面磨床HZ-Y150350mm150mm7顯微硬度計(jì)HV-10004.2 設(shè)備詳述4.2.1 三維混料機(jī)（1） SYH系列三維混料機(jī)

42、結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)：三維混料機(jī)由機(jī)座、調(diào)速電機(jī)、回轉(zhuǎn)連桿及混合筒體等部分組成。工作原理：混合料桶，通過二只Y型萬向節(jié)懸裝于主、從動(dòng)軸端部，二只萬向節(jié)在空間既交叉又互相垂直。當(dāng)主動(dòng)軸被拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，萬向節(jié)使料桶在空間周而復(fù)始地做平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和翻滾等復(fù)合運(yùn)動(dòng)。物料則在桶體內(nèi)跟著作軸向、徑向和環(huán)向的三維復(fù)合運(yùn)動(dòng)。桶內(nèi)的多種物料相互流動(dòng)、擴(kuò)散、摻雜，最后成均勻狀態(tài)。用途及特點(diǎn)：該機(jī)用于制藥、化工、食品、輕工、電子、機(jī)械、礦冶、國防工業(yè)以及各科研單位的粉狀、顆粒狀物料的高均勻度混合。該機(jī)的混合筒方向運(yùn)動(dòng)，物料無離心力作用，無比重偏析及分層、積聚現(xiàn)象，各組分可有懸殊的重量比，混合率達(dá)99.9%以上，是目前各種

43、混合機(jī)中的一種較理想的產(chǎn)品。筒體裝料率大，最高可達(dá)80%（普通混合機(jī)僅為40%），效率高，混合時(shí)間短。三維混料機(jī)規(guī)格詳見4-2-1表 。 4-1表 三維混料機(jī)規(guī)格型號(hào)料筒容積(L)最大裝料容積(L)最大裝料重量(kg)主軸轉(zhuǎn)速r/min電機(jī)功率(kw)外型尺寸(mm)長寬高整機(jī)重量(kg)SYH-505040255-130.75100014001200300SYH-10010080501.1120017001500500SYH-2002001601001.5140018001600800SYH-40040032020031800210019501200SYH-60060048030041900

44、210022501500SYH-8008006404005.52200240023002000SYH-100010008005007.52250260023002500(2) 現(xiàn)狀及前景目前,本實(shí)用新型公開一種三維混料機(jī)，通過電機(jī)拖動(dòng)、直角減速機(jī)和皮帶傳動(dòng)，一個(gè)叉架由皮帶傳動(dòng)主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)叉架做被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，由兩個(gè)叉架托起的混料桶形成、三個(gè)坐標(biāo)方向的擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型的有益效果是：通過兩個(gè)擺動(dòng)叉架的旋轉(zhuǎn)形成的混料桶的三向復(fù)合運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)料桶內(nèi)的待混料良好的混勻效果，并可縮短混料時(shí)間，提高混料速度。本機(jī)適用于粉體的均勻混合，混合效率高，操作更簡(jiǎn)單?；炝贤耙话阌貌讳P鋼制作，內(nèi)外都鏡面拋

45、光,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證無積料死角，桶體可用手輪任意轉(zhuǎn)動(dòng)，以便出料或加料。4.2.2 噴霧干燥機(jī)（1）噴霧干燥機(jī)結(jié)構(gòu) 干燥機(jī)組成結(jié)構(gòu):1.過濾器2.送風(fēng)機(jī)3.加熱器（電、蒸汽、燃油、煤）4.料糟5.供料6.霧化器7.干燥塔8.一級(jí)收塵器(旋風(fēng)分離器)9.二級(jí)收塵器(旋風(fēng)分離器,袋濾器)10.引風(fēng)機(jī)11.濕式除塵器(水沫除塵器)。(2) 干燥機(jī)工作原理 空氣經(jīng)過濾和加熱，進(jìn)入干燥器頂部空氣分配器，熱空氣呈螺旋狀均勻地進(jìn)入干燥室。料液經(jīng)塔體頂部的高速離心霧化器，(旋轉(zhuǎn))噴霧成極細(xì)微的霧狀液珠，與熱空氣并流接觸在極短的時(shí)間內(nèi)可干燥為成品。成品連續(xù)地由干燥塔底部和旋風(fēng)分離器中輸出，廢氣由風(fēng)機(jī)排空。 (3)

46、干燥設(shè)備行業(yè)現(xiàn)狀發(fā)展建議及展望 隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，噴霧干燥的應(yīng)用范圍也在迅速擴(kuò)大，尤其是離心噴霧干燥應(yīng)用范圍較廣。離心噴頭是離心噴霧干燥機(jī)的關(guān)鍵部件，它的轉(zhuǎn)速高低、振動(dòng)大小及轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性都直接影響霧化效果及干燥物的質(zhì)量。最早采用的風(fēng)動(dòng)或皮帶及齒輪增速的噴霧頭中，風(fēng)動(dòng)噴頭耗能大，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，霧滴不均勻，齒輪傳動(dòng)振動(dòng)大，易磨損，尤其在高速時(shí)能耗大幅度增加，論離心噴霧轉(zhuǎn)速、細(xì)度與能耗關(guān)系一篇論文中論證了轉(zhuǎn)盤線速度從35.31米/秒增加到195.14米/秒耗能要增加60倍的功率與線速度關(guān)系。由此可見，傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式確實(shí)限制了高速離心干燥機(jī)的發(fā)展。 美國一部在國際國內(nèi)具有較大影響的權(quán)威性工具書PER

47、RY化學(xué)工程手冊(cè)第2083頁中介紹用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)離心噴霧盤的電動(dòng)噴頭是最理想的噴頭。隨著我國工業(yè)高速發(fā)展、高新技術(shù)的應(yīng)用，先進(jìn)的機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)的電動(dòng)高速離心噴霧頭應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)電動(dòng)高速離心噴霧干燥機(jī)開發(fā)成功，電動(dòng)高速離心噴霧干燥機(jī)的開發(fā)應(yīng)用迎來了離心噴霧的全新時(shí)代，是離心噴霧干燥機(jī)的一大進(jìn)步。1.過濾器2.送風(fēng)機(jī) 3.加熱器（電、蒸汽、燃油、煤） 4.料糟 5.供料泵 6.霧化器 7.干燥塔8.一級(jí)收塵器(旋風(fēng)分離器) 9.二級(jí)收塵器(旋風(fēng)分離器,袋濾器) 10.引風(fēng)機(jī)11.濕式除塵器(水沫除塵器) 圖4-11.空氣過濾器6.泵2.加熱器7.噴頭3.熱風(fēng)分配器8.旋風(fēng)分離器4.干燥室9.風(fēng)機(jī)5

48、.過濾室10.料液槽圖4-2 表4-3 技術(shù)規(guī)格 尺寸ABCDE1E2FGHILPG-251290341042601800120012001000170013001550LPG-501730424551002133164016401250175018001600LPG-1002500530060002560210021001750193026001780LPG-1502800600070002860218021801970208030501960LPG-2002800660073003200230023002210225030502100LPG-300280080008700370028002

49、80025202400304022504.2.3 干壓成形機(jī)(1) 組成結(jié)構(gòu) 干壓成形機(jī)手輪，動(dòng)壓輪，定壓輪，擺線針輪減速機(jī)，電動(dòng)機(jī)等(2) 工作原理 高純度粉體屬于瘠性材料，用傳統(tǒng)工藝無法使之成型。首先，通過加入一定量的表面活性劑，改變粉體表面性質(zhì)，包括改變顆粒表面吸附性能，改變粉體顆粒形狀，從而減少超細(xì)粉的團(tuán)聚效應(yīng)，使之均勻分布；加入潤滑劑減少顆粒之間及顆粒與模具表面的摩擦；加入黏合劑增強(qiáng)粉料的粘結(jié)強(qiáng)度。將粉體進(jìn)行上述預(yù)處理后裝入模具，用壓機(jī)或?qū)Ｓ酶蓧撼尚蜋C(jī)以一定壓力和壓制方式使粉料成為致密坯體。(3) 現(xiàn)狀及前景當(dāng)前，有一種THP20型壓片機(jī)適用于壓制陶瓷、磁性材料等材料。該壓片機(jī)自動(dòng)化

50、程度高，具有在安全生產(chǎn)提高生產(chǎn)率的同時(shí)節(jié)省材料，省工、省時(shí)、一機(jī)多用的特點(diǎn)，是干壓陶瓷、磁性材料成型機(jī)械首選。該壓片機(jī)精度高，壓片穩(wěn)定，性能好，成品率高。主要技術(shù)規(guī)格序號(hào)型號(hào)THP20型1工作壓力20T2上沖最大行程110mm3裝料高度80mm4下模最大直徑115mm5最大壓片直徑65mm6產(chǎn) 量20357產(chǎn)品誤差0.028電機(jī)功率4KW。4.2.4 真空無壓燒結(jié)爐 (1)主要原理及用途 真空燒結(jié)爐是在抽真空后充氫氣保護(hù)狀態(tài)下，利用中頻感應(yīng)加熱的原理，使處于線圈內(nèi)的鎢坩堝產(chǎn)生高溫，通過熱輻射傳導(dǎo)到工作上，適用于科研、軍工單位對(duì)難熔合金如鎢、鉬及其合金的粉末成型燒結(jié)。 (2) 主要結(jié)構(gòu)及組成 結(jié)

51、構(gòu)形式多為立式、下出料方式。其主要組成為：電爐本體、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、進(jìn)出料機(jī)構(gòu)、底座、工作臺(tái)、感應(yīng)加熱裝置(鎢加熱體及高級(jí)保溫材料)、進(jìn)電裝置、中頻電源及電氣控制系統(tǒng)等。 (3) 主要功能及參數(shù) 在抽真空后充入氫氣保護(hù)氣體，控制爐內(nèi)壓力和氣氛的燒結(jié)狀態(tài)。可用光導(dǎo)纖維紅外輻射溫度計(jì)和鎧裝熱電偶連續(xù)測(cè)溫(02500)，并通過智能控溫儀與設(shè)定程序相比較后，選擇執(zhí)行狀態(tài)反饋給中頻電源，自動(dòng)控制溫度的高低及保溫程序。立式中頻感應(yīng)燒結(jié)爐工作環(huán)境級(jí)參數(shù)：1、主要技術(shù)參數(shù)及性能： 1、最高使用溫度：2300。 2、高溫區(qū)容積：450850。 3、工作氣氛：氫氣或氮?dú)狻?4、測(cè)溫方式：遠(yuǎn)

52、紅外光學(xué)探頭從頂部測(cè)量。 測(cè)溫、控溫及智能化部分： 1、測(cè)溫方式：遠(yuǎn)紅外光纖探頭測(cè)溫。 2、測(cè)溫精度：誤差不大于1%. 3、測(cè)溫范圍：8002300。 4、控溫范圍：8002300之間任意設(shè)定。 5、控溫精度：誤差不大于0.5% (4) 真空燒結(jié)爐發(fā)展現(xiàn)狀近年來，真空燒結(jié)爐在加工范圍、工作溫度和裝爐量以及控制技術(shù)諸方面均有了新的進(jìn)展，可用于不銹鋼、工具鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、釹鐵硼等材料的燒結(jié)處理，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。美國CVI Co. 研制開發(fā)了系列化高性能粉末燒結(jié)真空爐，主要類型有4 種，工作溫度為1 4 0 0 ，1650，2300 ，充入惰性氣體，用于不銹鋼、工具鋼、陶瓷等材料的燒結(jié)和熱處理

53、。德國TTGmbH公司，ALDTVGmbH公司和PVAGmbH公司研發(fā)的新型高溫(1750)、高壓(10MPa)真空燒結(jié)爐控溫精度高，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，性能優(yōu)良。4.2.5 拋光機(jī)(1) 拋光機(jī)的組成結(jié)構(gòu) 拋光機(jī)由底座、拋盤、拋光織物、拋光罩及蓋等基本元件組成。電動(dòng)機(jī)固定在底座上，固定拋光盤用的錐套通過螺釘與電動(dòng)機(jī)軸相連。 HYPERLINK / t _blank 拋光機(jī)織物通過套圈緊固在拋光盤上，電動(dòng)機(jī)通過底座上的開關(guān)接通電源起動(dòng)后，便可用手對(duì)試樣施加壓力在轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光盤上進(jìn)行拋光。拋光過程中加入的拋光液可通過固定在底座上的塑料盤中的排水管流入置于拋光機(jī)旁的方盤內(nèi)。拋光罩及蓋可防止灰土及其他雜物在

54、機(jī)器不使 用時(shí)落在拋光織物上而影響使用效果。(2) HYPERLINK /supplyInfoList_c-dgzb_26id-30360642.htm 拋光機(jī)的工作原理拋光機(jī)操作的關(guān)鍵是要設(shè)法得到最大的拋光速率，以便盡快除去磨光時(shí)產(chǎn)生的損傷層。同時(shí)也要使拋光損傷層不會(huì)影響最終觀察到的組織，即不會(huì)造成假組織。前者要求使用較粗的磨料，以保證有較大的拋光速率來去除磨光的損傷層，但拋光損傷層也較深；后者要求使用最細(xì)的材料，使拋光損傷層較淺，但拋光速率低。 解決這個(gè)矛盾的最好的辦法就是把拋光分為兩個(gè)階段進(jìn)行。粗拋目的是去除磨光損傷層，這一階段應(yīng)具有最大的拋光速率，粗拋形成的表層損傷是次要的考慮，不過也

55、應(yīng)當(dāng)盡可能??；其次是精拋，其目的是去除粗拋產(chǎn)生的表層損傷，使拋光損傷減到最小。拋光機(jī)拋光時(shí)，試樣磨面與拋光盤應(yīng)絕對(duì)平行并均勻地輕壓在拋光盤上，注意防止試樣飛出和因壓力太大而產(chǎn)生新磨痕。同時(shí)還應(yīng)使試樣自轉(zhuǎn)并沿轉(zhuǎn)盤半徑方向來回移動(dòng)，以避免拋光織物局部磨損太快在拋光過程中要不斷添加微粉懸浮液，使拋光織物保持一定濕度。濕度太大會(huì)減弱拋光的磨痕作用，使試樣中硬相呈現(xiàn)浮凸和鋼中非金屬夾雜物及鑄鐵中石墨相產(chǎn)生“曳尾”現(xiàn)象；濕度太小時(shí)，由于摩擦生熱會(huì)使試樣升溫，潤滑作用減小，磨面失去光澤，甚至出現(xiàn)黑斑，輕合金則會(huì)拋傷表面。為了達(dá)到粗拋的目的，要求轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速較低，最好不要超過600r/min；拋光時(shí)間應(yīng)當(dāng)比去掉劃

56、痕所需的時(shí)間長些，因?yàn)檫€要去掉變形層。粗拋后磨面光滑，但黯淡無光，在顯微鏡下觀察有均勻細(xì)致的磨痕，有待精拋消除。精拋時(shí)轉(zhuǎn)盤速度可適當(dāng)提高，拋光時(shí)間以拋掉粗拋的損傷層為宜。精拋后磨面明亮如鏡，在顯微鏡明視場(chǎng)條件下看不到劃痕，但在相襯照明條件下則仍可見到磨痕。拋光機(jī)拋光質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響試樣的組織結(jié)構(gòu)，已逐步引起有關(guān)專家的重視。近年來，國內(nèi)外在拋光機(jī)的性能上作了大量的研究工作，研究出不少新機(jī)型、新一代的拋光設(shè)備，正由原來的手動(dòng)操作發(fā)展成為各種各樣的半自動(dòng)及全自動(dòng)拋光機(jī)。4.2.6 HZ-Y150型精密臥軸矩臺(tái)平面磨床(1)HZ-Y150型精密臥軸矩臺(tái)平面磨床概述 本機(jī)床是一種體積小、機(jī)床結(jié)構(gòu)與功能

57、簡(jiǎn)單、使用方便的小型平面磨床。由于它占地面積很小，所以不僅小工廠、小作坊很適用，規(guī)模較大的工廠也可大批量使用。本機(jī)床為小規(guī)格的縱向液壓傳動(dòng)、十字工作臺(tái)型、臥軸矩臺(tái)平磨，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度穩(wěn)定、剛性好、效率高，機(jī)床操作簡(jiǎn)易，勞動(dòng)強(qiáng)度低。本機(jī)床是以濕磨為主，出廠時(shí)附有冷卻裝置，放在機(jī)床左側(cè)工作臺(tái)下部，不增加占地面積。如用戶需要采用干磨，在訂貨時(shí)提出，可配備吸塵裝置（特殊附件）。本機(jī)床主要是用砂輪周邊來磨削工件的平面，也可用砂輪的端面來磨削工件的側(cè)面和槽，也可進(jìn)行成形修整和成形磨削。機(jī)床的磨削精度和光潔度都比較高，適合于中小型模具、電子元件及各種小型工件的磨削加工。(2) 機(jī)床的主要性能本機(jī)床的橫向

58、進(jìn)給和垂直進(jìn)給均采用手動(dòng)進(jìn)給方式，操縱靈活。磨頭的砂輪主軸轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，主軸軸承為高精度滾動(dòng)軸承，其回轉(zhuǎn)精度高、剛性好，磨損極小、壽命很長。工作臺(tái)縱向移動(dòng)采用液壓筒活塞桿驅(qū)動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，噪音和發(fā)熱量小。機(jī)床主要規(guī)格參數(shù)4.2.7 顯微硬度計(jì)(1) 顯微硬度計(jì)概述硬度是一個(gè)重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它能反映材料彈性和塑性變形的特性指標(biāo)。硬度測(cè)定時(shí)試樣制備簡(jiǎn)單，試樣基本不被破壞，接近無損檢測(cè)，在不同尺寸與形狀的試樣上測(cè)定時(shí)，操作簡(jiǎn)便，測(cè)量速度快，并且硬度與強(qiáng)度之間有著相似的換算關(guān)系，根據(jù)硬度值能夠得出近似的強(qiáng)度極限值；硬度測(cè)定是用標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸的較硬物體在一定壓力下接觸材料表

59、面，測(cè)定材料在變形過程中表現(xiàn)出來的抗力，稱為硬度測(cè)試。用不同的載荷施加力的方法所得到的硬度是表現(xiàn)材料抵抗塑性變形的能力，肖氏硬度則表現(xiàn)了材料抵抗彈性變形的能力；日常中我們把載荷大于1kg測(cè)試力的稱為宏觀硬度，它主要用于較大的試件，希望通過 HYPERLINK /view/34359.htmtarget=/_blank%22 硬度測(cè)試能夠反映材料的宏觀性能；載荷小于1kg測(cè)試力的稱為微觀硬度，它主要用于小而薄的試件，希望反映出微小領(lǐng)域內(nèi)的材料性能，如顯微組織的相硬度、材料的表面硬度。 HYPERLINK /xianweiyingduji1.htm t _blank 顯微硬度計(jì)屬于 HYPERLI

60、NK /xianweiyingduji1.htm t _blank 維氏硬度計(jì)的一種，一般是指負(fù)荷在1公斤力(1000克力)以下的維氏硬度計(jì)，最大放大倍率在400倍以上的維氏硬度計(jì)，主要用于微小件、薄件以及表層硬度的測(cè)量。主要用途有二種：一是用于單獨(dú)進(jìn)行硬度測(cè)定，如表面比較光潔的零件試樣的硬度，各種電鍍層、氮化層、滲碳層， 氰化層零件的表層硬度，玻璃、陶瓷、瑪瑙等脆性非金屬材料的硬度；二是作 HYPERLINK /jinxiangxianweijing1.htm t _blank 金相顯微鏡用，即觀察和拍攝材料的顯微組織，并測(cè)定金相組織的顯微硬度。顯微維氏硬度試驗(yàn)還用于極小或極薄零件的測(cè)試，零