5 mm bis 6 mm Drucklose Sintergranulate Siliziumkarbid-Schleifkugeln
Siliziumkarbid (SiC), eine typische kovalent gebundene Verbindung, bietet außergewöhnlich hohe Härte, überlegene Verschleißfestigkeit, ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen,und hervorragende chemische StabilitätSiC-Schleifkugeln werden aus hochreinen SiC-Pulvern durch Formen, Hochtemperatursintern und Präzisionsveredelung hergestellt.Sie werden weit verbreitet im Zerkleinern verwendet, ultrafeines Schleifen und Dispersion von hochhärten Materialien.
Herstellungsprozesse
Methoden zur Bildung
- Rollenform- Der keramische Rohstoff wird direkt in grüne Kugeln der gewünschten Größe gerollt.
- Isostatisches Pressen- Einschließlich der kalten isostatischen Pressen mit Nassbeutel und Trockenbeutel, die eine hohe Automatisierung, eine gleichmäßige Gründichte und eine gute Kugelform bieten,jedoch eine gute Pulverflüssigkeit und Granulationsqualität erfordert.
- Extrusion + Nachbehandlung- SiC-Pulver, hochkohlehaltiges Harz und kurze Fasern werden gemischt, in Kugeln extrudiert, gehärtet und zur Herstellung von Kohlenstoffkeramikvorformen pyrolysiert,die dann durch Silizium-Infiltration (Reaktionsbindung) verdichtet werden, gefolgt von Schleifen/Pochen, um eine hohe Maßgenauigkeit zu erreichen.
Sinterprozesse
SiC hat > 90% kovalente Bindung und extrem niedrige Selbstdiffusionskoeffizienten, was das Sintern schwierig macht. Die wichtigsten Sintertechniken für 5-6 mm Schleifkugeln sind:
- Drucklose Sinterung (Atmosphärische Sinterung)- in einer nicht oxidierenden Atmosphäre bei 2000-2150 °C durchgeführt, wobei die theoretische Dichte > 98% erreicht wird.ausgereift für die Massenproduktion von 5-6 mm Kugeln.
- Reaktionssintern- Poröse Vorformen (Kohlenstoff + SiC) werden über 1500 °C mit geschmolzenem Silizium infiltriert und bilden β-SiC. Niedrige Temperatur, geringe Schrumpfung, nahezu nette Form; geeignet für komplexe Präzisionsformen.
- Warmpressen- Durch den mechanischen Druck, der bei der Erwärmung ausgeübt wird, können bei niedrigeren Temperaturen und kürzeren Zeiten feinkörnige Produkte mit hoher Dichte (≥99%) hergestellt werden.für kleine Chargen von Hochleistungsprodukten verwendet.
- Warm isostatisches Pressen (HIP)- bietet eine sehr hohe Dichte und eine ausgezeichnete Kugelfähigkeit, aber hohe Ausrüstungsinvestitionen und Kosten; nicht für die Großproduktion geeignet.
Vergleich des Sinterprozesses
| Verfahren |
Sintertemperatur (°C) |
Dichte (%) |
Vorteile |
Anwendungsbereich |
| Druckloses Sintern |
2000 bis 2150 |
≥ 98 |
Niedrige Kosten, Massenproduktion |
Hohe Volumen, 5-6 mm allgemeiner Verwendung |
| Reaktionssintern |
1500 bis 1700 |
Fast voll |
Nahezu nette Form, geringe Schrumpfung |
Komplexe, präzise Formen |
| Warmpressen |
1800 bis 2200 |
≥ 99 |
Feinkörner mit hoher Dichte |
Kleine Chargen, hohe Leistung |
| Warm isostatisches Pressen |
1800 bis 2000 |
≥ 99 |
Einheitliche Dichte, überlegene Kugelform |
Produkte der hochwertigen Lagerqualität |
Physikalisch-chemische Eigenschaften
Mechanische Eigenschaften
- Härte- Mohs-Härte 9.5Die Knoop-Härte beträgt ~3000 kg/mm2 und die Vickers-Härte HV10 ≥22 GPa.
- Dichte- Schüttdichte 3,07-3,20 g/cm3, > 60% niedriger als Stahlkugeln (~7,8 g/cm3), was die Ausrüstungslast und den Energieverbrauch verringert.
- Elastizitätsmodul- Young-Modul 380-430 GPa (~1,5x Stahl), was eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität unter schweren Belastungen gewährleistet.
- Bruchfestigkeit- ~3-4 MPa*m1/2, typisch für brüchige Keramik.
Thermische Eigenschaften
- Wärmeleitfähigkeit- Hohe: 120-200 W/m*K bei 20 °C, mehr als bei vielen Metallen und ~3x mehr als bei Silizium.
- Koeffizient der thermischen Ausdehnung (CTE)- Niedrig: 3,6-4,1 × 10−6/K (20-400 °C).
- Höchstbetriebstemperatur- SSiC (drucklos gesintert) bis 1800 °C in inertierter Atmosphäre; 1600 °C in Luft.
Chemische und elektrische Eigenschaften
Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit - widersteht nahezu allen bekannten Reagenzien bei Raumtemperatur.starke AlkaliSiC ist ein breitbandreicher Halbleiter mit hohem Widerstand.sicher für Magnetfeldumgebungen und Anwendungen, die eine elektrische Isolierung erfordern.
Wichtige physikalisch-chemische Indikatoren
| Eigentum |
Typischer Wert / Bereich |
| Hauptzusammensetzung (SiC-Gehalt) |
≥ 95% (schwarzer SiC), ≥ 97% (grüner SiC), bis zu ≥ 99% |
| Massendichte |
30,07 - 3,20 g/cm3 |
| Mohs-Härte |
9.5 |
| Vickers-Härte (HV10) |
≥ 22 GPa (≥ 2600 HV0,5) |
| Elastizitätsmodul |
380 - 430 GPa |
| Wärmeleitfähigkeit (20 °C) |
120 - 200 W/m*K |
| CTE (20-400 °C) |
3.6 - 4.1 × 10−6/K |
| Beugfestigkeit |
≥ 400 MPa |
| Druckfestigkeit |
≥2200 MPa |
| Scheinbare Porosität |
< 0,2% |
Anwendungsszenarien
Pulverververarbeitung
Aufgrund ihrer geringen Spezifischen Schwerkraft und ihrer extremen Härte sind SiC-Kugeln mit einer Dicke von 5-6 mm ein ideales Schleifmedium für Rührmühlen (Attritoren).Sie eignen sich besonders für das ultrafeine Schleifen von superharter Keramik wie SiC., Si3N4, B4C und TiC, die Partikelgrößen von Mikron bis Submikron oder sogar auf Nanoskala erreichen.Homogene (SiC-Kugeln, die SiC-Pulver schleifen) oder hochkompatible Medien minimieren die Kontamination und bewahren die Reinheit des Produkts.
Verarbeitung neuer Energiematerialien
Bei der ultrafeinen Schleifung von Li-Ionen-Batterie-Kathodematerialien (z. B. LiFePO4, NMC) ersetzen 5-6 mm SiC-Kugeln Stahl- oder ZrO2-Kugeln, um Metallkontamination zu vermeiden und die Lebensdauer und Sicherheit der Batteriezyklen zu verbessern.In der Photovoltaikindustrie Ultrafeinpulvermahlen, bieten SiC-Kugeln eine vergleichbare Leistung zu teuren ZrO2-Kugeln zu deutlich geringeren Kosten.
Hochtemperaturen und korrosive Umgebungen
SiC-Kugeln arbeiten kontinuierlich bei 1600 °C, weisen geringe CTE auf und widerstehen thermischem Schock.mit einer Leistung von mehr als 100 W und, etc. Ihre ausgezeichnete Säure/Alkalibeständigkeit macht sie für chemische Reaktoren und die Elektro-Schlammbehandlung geeignet.
Optisches Glas und hart zerbrechliche Materialien
SiC-Kugeln mit einer Breite von 5-6 mm werden für das hochpräzise Freischleifen und Polieren von optischem Glas, Keramik, Saphir und Siliziumwafern verwendet.Grüne SiC-Kugeln (SiC > 97%) sind besonders wirksam für Zementkarbid und Glas, die eine Oberflächenrauheit von Ra < 0,1 μm erreicht.
Pharmazeutische und Lebensmittelindustrie
SiC ist ungiftig und birgt keine gesundheitlichen Risiken. Als Schleifmedium vermeidet es die Auslaugung schwerer Metalle, die mit Metallkugeln verbunden ist, und entspricht den GMP- und anderen Hygienevorschriften.
Lager und Ventilkomponenten
SiC-Kugeln mit einer Präzision von 5-6 mm werden auch als korrosionsbeständige Lagerelemente verwendet, geeignet für tiefe Bohrlager, Dichtungen für chemische Reaktoren,und andere Anwendungen mit hoher Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit.
Leistungsvorteile gegenüber anderen Schleifmedien
Materialvergleich
| Eigentum |
SiC |
Al2O3 |
ZrO2 |
Si3N4 |
mit einer Breite von nicht mehr als 50 mm |
| Dichte (g/cm3) |
3.07-3.20 |
3.75 bis 3.95 |
5.6 bis 6.0 |
~ 3 Jahre.2 |
- Sieben.8 |
| Mohs-Härte |
9.5 |
9 |
8.5 |
~ 9 |
5 bis 6 |
| Vickers-Härte (HV10, GPa) |
≥ 22 |
~ 15 |
~ 12 |
~15-18 |
~ 6-8 |
| Elastizitätsmodul (GPa) |
380 bis 430 |
~ 300 bis 350 |
~ 200 bis 210 |
~ 300 bis 320 |
~210 |
| Wärmeleitfähigkeit (W/(m*K)) |
120 bis 200 |
20 bis 30 |
2-3 |
15 bis 30 |
~ 45 |
| Bruchfestigkeit (MPa*m1/2) |
3-4 Jahre |
3-4 Jahre |
10 bis 15 |
5 bis 7 |
~ 50 |
| Max. Betriebstemperatur (°C) |
Mehr als 1600 |
1500 bis 1600 |
≤ 600 |
1200 |
≤ 500 |
| Korrosionsbeständigkeit |
Ausgezeichnet. |
Das ist gut. |
Das ist gut. |
Ausgezeichnet. |
Schlechte (Rost) |
| Leitfähigkeit / Magnetismus |
mit einer Breite von nicht mehr als 30 mm |
Isolierung |
Isolierung |
Isolierung |
Magnetisch und leitfähig |
Hauptvorteile von SiC-Schleifkugeln
- Höchste Härte, beste Verschleißfestigkeit- Mohs 9.5Die Lebensdauer von Al2O3 ist 2-5 mal so lang.
- Höchste Wärmeleitfähigkeit, überlegene Wärmeableitung- 120-200 W/m*K), die Al2O3 und ZrO2 weit übersteigen, die Schleifwärme schnell entfernen und den thermischen Abbau empfindlicher Materialien verhindern.
- Beste thermische Stabilität- Wirkt über 1600 °C; ZrO2 zerfällt über 600 °C, Stahl über 500 °C.
- hervorragende Korrosionsbeständigkeit- Widerstandsfähig gegen starke Säuren, Alkalien und aggressive Medien, im Gegensatz zu Metallkugeln, die rosten und Verunreinigungen einführen.
- Chemische Trägheit und geringe Kontamination- Minimale Verunreinigungserfassung, ideal für Anwendungen mit hoher Reinheit (elektronische Materialien, pharmazeutische Inhaltsstoffe, Halbleiterpulver).
- Leichtes Gewicht, Energieeinsparung- Dichte von ~ 40% Stahl, was die Motorlast und den Energieverbrauch der Mühle erheblich reduziert.
- Ausgezeichnete Dimensionsstabilität- Niedrige CTE in Kombination mit hohem Elastizitätsmodul sorgt für eine hohe Präzision bei thermischen Schwankungen.
- Kostenwirksam- kombiniert keine Verunreinigung, keinen Bruch, hohe Schleifleistung und geringen Verschleiß; Gesamtkosten bei der Schleifung von superharten Materialien niedriger als bei ZrO2-Kugeln.
Im Vergleich zu anderen keramischen Schleifmedien bietet SiC unersetzliche Vorteile in Bezug auf extreme Härte, Verschleißfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Hochtemperaturstabilität.besonders für Anwendungen, die eine hohe Schleifleistung erfordernDie Bruchfestigkeit ist niedriger als bei ZrO2; bei großer Brechung, die durch hohe Schlagbelastungen beherrscht wird, ist daher eine sorgfältige Auswahl erforderlich.Allerdings, bei feinem und mittlerem Schleifen in Rührmühlen (5-6 mm Größe) kann die Bruchbarkeitsbeschränkung durch ein angemessenes Kugel-Material-Verhältnis und eine Prozesskontrolle gemildert werden.
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