无压烧结碳化硅陶瓷防弹片的生产工艺设计.doc

目 录 1前言 1 2 工艺流程 2 2.1 工艺的选择 2 2.1.1粉料的制备 2 2.1.2成型方式 2 2.1.3烧结方式 3 2.2 工艺流程图 4 3 生产过程简述 4 3.1 原料配比 4 3.2 生产工艺....................................................4 3.2.1浆料的制备过程 5 3.2.2造粒及粉料性能检测 5 3.2.3成型 6 3.2.4烧结 6 3.2.5后续机械加工处理 6 5 主要设备简介 7 5.1 电子天平 7 5.2 超声波清洗器 8 5.3 三维混料机 8 5.4 喷雾干燥器 9 5.5 流速计 10 5.6 四柱式万能液压机 10 5.7 模具 11 5.8 真空烧结炉 12 6 产品指标 13 6.1 粉料性能检测 13 6.2.2 结果讨论 16 7 小结 17 1前言 碳化硅（SiC）在自然界中几乎不存在，所以SiC是人工合成材料。随后在陨石中偶然发现SiC 化合物的存在。1893年美国人Acheson首先用SiO2碳还原法（SiO2+3C=SiC+2CO(g)）人工合成SiC粉末，该法至今仍是碳化硅粉体合成机材料制备的主要方法，其后又出现了硅-碳直接合成法、气相沉积法、激光法、有机前驱体法等，所以碳化硅（SiC）陶瓷是以SiC 为主要成分的陶瓷制品。 SiC有着的化学稳定性好，但SiC本身很容易氧化，在SiC表面形成一层二氧化硅薄膜，进而氧化进程逐步被阻碍。高纯度的SiC一般用于制造高性能陶瓷与电热元件，纯度大于98.5％的SiC绝大部分用于制造磨料与耐火材料。而制备得SiC陶瓷具有很高的硬度、高温强度高、抗氧化性好、耐腐蚀和良好的热导率等优点，因此成为重要的高温陶瓷材料。SiC陶瓷是非氧化物陶瓷中抗氧化性能最好的一种。碳化硅陶瓷不仅在高新技术领域发挥着重要的作业，而且在冶金、机械、能源和建材化工等热门领域也拥有广阔的市场。 SiC有两种主要的晶型：一种是β-SiC，α-SiC，是类似于纤锌矿的六方晶系结构。通常情况下β-SiC和α-SiC之间的转化是不可逆的，但是在2000℃一下合成的SiC主要是β-SiC，在2200℃以上可以合成α-SiC。SiC在不同物理化学环境下能形成不同的晶体结构，这些成分相同，形态，构造和物理特性有差异的晶体称为同质多变体，目前已经发现的SiC多变体有200多种。SiCSiC四面体的堆积次序不同。 SiC是共价键材料，很难烧结。传统的SiC耐火材料和发热体一般是采用添加硅酸铝质或者高铝质材料作为结合剂来进行烧结，但是致密度不高，强度和其他力学性能也不好。经过近一二十年的发展有着以下工艺：（1）反应结合SiC；（2）无压烧结SiC；（3）热等静压烧结SiC；其中无压烧结SiC工艺，在微米级别的SiC粉体中加入适量的助烧剂（如：B、C、Al等），混磨均匀后，可根据制品成型要求成型，然后在2100-2200℃的气氛中、1atm下烧结，可以得到相对密度为96％-98％的制品[1]-[2]。故本实验采用无压烧结法。 我国是SiC原料生产大国，又具有广泛的工业和高技术需求，此外由于SiC制品的需求是覆盖整个材料的高、中、低档，有利于产业化和规模化，因此可以进行SiC制品的产业化开发和研制[3]。 2 工艺流程 2.1 工艺的选择 碳化硅陶瓷不仅具有很高的强度和硬度以及优异的抗热冲击能力，而且具有可靠地化学稳定性和抗蠕变性等特点。由于其化学键特点，碳化硅陶瓷在烧结时原子扩散速率很低，烧结驱动力小，不易烧结致密，必须引入烧结助剂或提高粉体烧结活性以及采用一些特殊工艺手段才能获取高致密的碳化硅陶瓷材料。在制备结构陶瓷过程中，素坯密度和微观均匀性将直接影响材料的烧结行为、陶瓷的微观结构和力学性能，而原料粉体颗粒形状、大小分布和流动性对其成型性能有着很大的影响。 2.1.1粉料的制备［4］ 喷雾干燥造粒工艺是将混合好的浆料直接喷雾到热空气中，在非常短的时间内干燥，避免了各组分的良团聚和沉降分离，保持了浆料原有的均匀性；同时浆料雾化均匀，得到的粒度分布均匀，流动性好，适合连续自动成型球形颗粒，从而有利于提高素坯的密度、均匀性和烧结性能；而且可以改善成型车间的空气质量，保护工人身体健康。故在本次试验中采用此工艺。 由于各种成分或添加剂的粒度、密度、分散性等各不相同, 为保证混料过程中各组分之间的均匀分散, 对混合过程的湿化学工艺和条件需要进行严格的控制。如果采用简单的混合-烘干- 过筛- 造粒工艺路线, 粉料质量将很难保证。本文中采用压力喷雾造粒的方式对SiC 粉体进行喷雾造粒处理. 2.1.2成型方式 在特种陶瓷制品生产过程中, 成形是塑造制品形体的手段。用户对陶瓷制品的性能和质量要