碳化硅陶瓷的應(yīng)用及加工
工業(yè)化生產(chǎn)碳化硅的方法是將石英、碳素(煤焦)、木屑和食鹽混合,在電爐中加熱到2200~2500下制成。碳化硅陶瓷和許多陶瓷的不同之處,在于它在室溫下既能導(dǎo)電,又耐高溫,是一種很好的發(fā)熱元件。用碳化硅制成的電熱棒叫硅碳棒,在空氣中能經(jīng)受1450°C的高溫,質(zhì)量好的重結(jié)晶法制成的硅碳棒甚至可耐1600°的高溫,遠(yuǎn)高于金電熱元件(除了鉑、銘等貴金屬外),這是因?yàn)樗诟邷乜諝庵袝?huì)氧化生成一層致密的氧化硅薄膜,起到隔離空氣的作用,大大減慢了內(nèi)層碳化硅的進(jìn)一步氧化,從而使它能在高溫下工作。用熱壓工藝可以制得接近理論密度值的高致密碳化硅陶瓷,它的抗彎強(qiáng)度即使在1400°C左右的高溫下仍可達(dá)到500~600MPa,而其它陶瓷材料在1200以后,強(qiáng)度都會(huì)急劇下降,因此,碳化硅是在高溫空氣中強(qiáng)度zui高的材料。
高溫燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)要提高效率,就須提高工作溫度,而解決問題的關(guān)鍵是找到能承受高溫的結(jié)構(gòu)材料,特別是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的葉片材料。碳化硅陶瓷在高溫下有足夠的強(qiáng)度,且有良好的抗氧化能力和抗熱震性,這些優(yōu)良品質(zhì)都使它極其適合作為高溫結(jié)構(gòu)材料使用。用于在1200~1400下工作的高溫燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的材料,許多科學(xué)家認(rèn)為它和氮化硅陶瓷是最有希望的候選材料。
碳化硅陶瓷的熱傳導(dǎo)能力僅次于氧化陶瓷。利用這一特性,可作為優(yōu)良的熱交換器材料。太陽能發(fā)電設(shè)備中被陽光聚焦加熱的熱交換露,其工作溫度高達(dá)1000~1100,具有高熱傳導(dǎo)性的碳化硅陶瓷很適合做這種熱交換器的材料,從試驗(yàn)情況來看,碳化硅陶瓷熱交換器的工作狀態(tài)良好。
此外,在原子能反應(yīng)堆中碳化硅陶瓷可用作核燃料的包封材料,還可作為火箭尾噴管的噴嘴及飛機(jī)駕駛員的防彈用品。
此外,為了提高切削刀具的切削性能,20世紀(jì)以來,刀具材料經(jīng)過了高速鋼和硬質(zhì)合金兩次發(fā)展過程,目前正在進(jìn)入陶瓷刀具大發(fā)展的階段。新型陶瓷以其耐高溫、耐磨削的特點(diǎn),已在20世紀(jì)初引起了高速切削工具行業(yè)的注意。陶瓷刀具具有高硬度高耐磨性,因此便成為制造切削刀具的理想材料。
目前,制造陶瓷切削刀具的材料主要有氧化鋁、氧化鋁-碳化達(dá)、氧化鋁-氮化-碳化-碳化鎢、氧化鋁-碳化-鉻、氮化硼和氮化硅等。以這類材料制作的刀具沒有冷卻液也可以工作,比起硬質(zhì)合金來具有切削速度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。目前,歐美各國都已廣泛使用閨瓷材料做鉆頭、絲誰和滾刀:原蘇聯(lián)確定了7000多個(gè)品種的合金刀具,用噴涂表面陶瓷涂層的辦法來提高車刀的工作速度和使用壽命。
陶瓷除作切削刀具外,利用其耐磨、耐腐蝕的特性還可用作各種機(jī)械上的耐磨部件。如用特種陶瓷制作農(nóng)用水泵、砂漿泵、帶腐蝕性液體的化工泵及有粉塵的風(fēng)機(jī)中的耐磨、耐腐蝕件或密封墨等都已取得良好的實(shí)用效果。此外,高純氧化鋁(剛玉)可制作金屬拉絲模,尤其在高溫下的熱拉絲更顯示出陶瓷的優(yōu)越性,工業(yè)聞中納球磨筒和磨球,金屬表面除銹用的噴砂嘴,噴灑農(nóng)藥用的噴頭等。
總之,凡是需要耐磨、耐腐蝕的場合,幾乎都會(huì)看到特種陶瓷的存在。碳化硅陶瓷的加工:碳化硅陶瓷的加工需要多種設(shè)備配合,常見的有磨床、CNC、沖子機(jī)等。CNC是精密異型件加工時(shí)不可缺少的機(jī)床,目前專門用于陶瓷加工的CNC機(jī)床不多,很多都是用傳統(tǒng)機(jī)臺(tái)來加工,這樣的整端就是容易造成機(jī)床損壞,同時(shí)效率也不高。專注制造陶瓷專用CNC機(jī)床,采用多重防護(hù),性能優(yōu)異。
碳化硅陶瓷硬度高,材料的脆性較大,加工時(shí)容易出現(xiàn)崩邊、碎裂等情況。通常加工陶瓷件都是使用專用的陶瓷精雕機(jī)加工,可以有效的減少成本,達(dá)到高精密加工。鑫騰輝數(shù)控自研了一款陶瓷加工專用的陶瓷雕銑機(jī),防護(hù)性能好、加工精度高。陶瓷雕銑機(jī)加強(qiáng)了機(jī)床的剛性,加工時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)可降至zui小,保證精度的同時(shí)也可以提升加工效率,而且防護(hù)性能針對(duì)陶瓷粉末進(jìn)行了加強(qiáng),可以完全杜絕粉末對(duì)機(jī)床的損傷。鑫騰輝數(shù)控也可以提供陶瓷加工技術(shù),擁有一支技術(shù)精湛的CNC加工、磨削團(tuán)隊(duì),精密零部件研發(fā)定制加工等。