5 mm-6 mm sfere di macinazione senza pressione di carburo di silicio sinterizzato
Il carburo di silicio (SiC), un tipico composto covalentemente legato, offre una durezza eccezionalmente elevata, una resistenza all'usura superiore, eccellenti proprietà meccaniche ad alta temperatura,e eccezionale stabilità chimicaLe sfere di macinazione in SiC sono prodotte da polveri di SiC di alta purezza attraverso la formazione, la sinterizzazione ad alta temperatura e la finitura di precisione.Sono ampiamente utilizzati nel frantumare, macinatura ultrafine e dispersione di materiali ad alta durezza.
Processi di produzione
Metodi di formazione
- Fabbricazione a rotoli- La materia prima ceramica viene direttamente arrotolata in sfere verdi della dimensione richiesta.
- Pressione isostatica- comprese le compresse isostatiche a freddo a sacchetto umido e a secco, con elevata automazione, densità verde uniforme e buona sfericizzazione,ma richiede una buona fluidità della polvere e qualità della granulazione.
- Estrusione + post-trattamento- SiC in polvere, resine ad alto rendimento di carbone e fibre corte sono mescolate, estruse in sfere, curate e pirolizzate per ottenere preforme in carbonio-ceramica,che vengono quindi densificati mediante infiltrazione di silicio (riazione di legame), seguita da macinatura/ lucidatura per ottenere un'elevata precisione dimensionale.
Processi di sinterizzazione
Il SiC ha > 90% di legame covalente e coefficienti di autodiffusione estremamente bassi, rendendo la sinterizzazione difficile.
- Sinterizzazione senza pressione (sinterizzazione atmosferica)- eseguito in atmosfera non ossidante a 2000-2150 °C, raggiungendo una densità teorica > 98%.maturi per la produzione in serie di sfere da 5-6 mm.
- Sinterizzazione per reazione- le preforme porose (carbonio + SiC) sono infiltrate con silicio fuso a temperature superiori a 1500 °C, formando β-SiC.
- Pressione a caldo- La pressione meccanica applicata durante il riscaldamento consente di produrre prodotti di alta densità (≥99%) a temperature più basse e tempi più brevi.utilizzati per prodotti ad alte prestazioni di piccole partite.
- Pressione isostatica a caldo (HIP)- Fornisce una densità molto elevata e un'eccellente sphericità, ma un investimento e un costo elevati di attrezzature; non per la produzione su larga scala.
Confronto del processo di sinterizzazione
| Processo |
Temperatura di sinterizzazione (°C) |
Densità (%) |
Vantaggi |
Applicazione |
| Sinterizzazione senza pressione |
2000-2150 |
≥ 98 |
Basso costo, produzione in serie |
Gran volume, 5-6 mm di uso generale |
| Sinterizzazione per reazione |
1500-1700 |
Quasi pieno |
Forma quasi rettica, ridotto restringimento |
Forme complesse e di precisione |
| Pressione a caldo |
1800-2200 |
≥ 99 |
Granelli fini, alta densità |
Piccoli lotti, elevate prestazioni |
| Pressione isostatica a caldo |
1800-2000 |
≥ 99 |
Densità uniforme, sfericalità superiore |
Prodotti di qualità superiore per cuscinetti |
Proprietà fisico-chimiche
Proprietà meccaniche
- Durezza- Durezza di Mohs 9.5La durezza del nodo è di circa 3000 kg/mm2 e la durezza di Vickers è di HV10 ≥22 GPa.
- Densità- densità di massa 3,07-3,20 g/cm3, > 60% inferiore a quella delle sfere in acciaio (~7,8 g/cm3), riducendo il carico dell'apparecchiatura e il consumo di energia.
- Modulo elastico- modulo di Young 380-430 GPa (circa 1,5 volte quello dell'acciaio), garantendo un'eccellente stabilità dimensionale sotto carichi pesanti.
- Tensione alla frattura- ~3-4 MPa*m1/2, tipica della ceramica fragile.
Proprietà termiche
- Conduttività termica- Alta: 120-200 W/m*K a 20 °C, superiore a quella di molti metalli e ~3 volte quella del silicio.
- Coefficiente di espansione termica (CTE)- Basso: 3,6-4,1×10−6/K (20-400 °C).
- Temperatura massima di funzionamento- SSiC (sinterizzato senza pressione) fino a 1800 °C in atmosfera inerte; 1600 °C in aria.
Proprietà chimiche ed elettriche
Ottima resistenza alla corrosione - resiste a quasi tutti i reagenti noti a temperatura ambiente.Alcalini fortiSiC è un semiconduttore a banda larga con elevata resistività.sicuro per ambienti con campo magnetico e applicazioni che richiedono isolamento elettrico.
Indicatori fisico-chimici chiave
| Immobili |
Valore/intervallo tipico |
| Composizione principale (contenuto di SiC) |
≥ 95% (SiC nero), ≥ 97% (SiC verde), fino a ≥ 99% |
| Densità di massa |
30,07 - 3,20 g/cm3 |
| Durezza di Mohs |
9.5 |
| Durezza di Vickers (HV10) |
≥ 22 GPa (≥ 2600 HV0,5) |
| Modulo elastico |
380 - 430 GPa |
| Conduttività termica (20 °C) |
120 - 200 W/m*K |
| CTE (20-400 °C) |
3.6 - 4.1×10−6/K |
| Forza flessibile |
≥ 400 MPa |
| Resistenza alla compressione |
≥2200 MPa |
| Porosità apparente |
< 0,2% |
Scenari di applicazione
Trasformazione della polvere
A causa della loro bassa gravità specifica e della loro estrema durezza, le sfere di SiC da 5-6 mm sono il mezzo di rettifica ideale per le macine di agitazione (attritori).Sono particolarmente adatti per la macinazione ultrafine di ceramiche superdure come il SiC, Si3N4, B4C e TiC, raggiungendo dimensioni di particelle da micron a sub-micron o addirittura su scala nanometrica.Medi omogenei (palle di SiC che macinano polvere di SiC) o altamente compatibili minimizzano la contaminazione e preservano la purezza del prodotto.
Trasformazione dei materiali energetici nuovi
Nella macinazione ultrafine dei materiali catodici delle batterie agli ioni di litio (ad esempio, LiFePO4, NMC), le sfere SiC da 5-6 mm sostituiscono le sfere in acciaio o ZrO2 per evitare la contaminazione metallica, migliorando la durata del ciclo della batteria e la sicurezza.Nel settore fotovoltaico, macinazione di polveri ultrafine, le sfere SiC offrono prestazioni paragonabili alle costose sfere ZrO2 a un costo significativamente inferiore.
Ambienti ad alta temperatura e corrosivi
Le sfere di SiC funzionano continuamente a 1600 °C, presentano una bassa CTE e resistono allo shock termico.parti portanti di forni per trattamento termico, ecc. La loro eccellente resistenza acido/alcalina le rende idonee per i reattori chimici e il trattamento dei fanghi con galvanoplastica.
Vetro ottico e materiali duramente fragili
Le sfere di SiC da 5-6 mm sono utilizzate per la macinazione e la lucidatura di vetri ottici, ceramiche, zaffiri e wafer di silicio.Le sfere verdi di SiC (SiC > 97%) sono particolarmente efficaci per il carburo cementato e il vetro, ottenendo una rugosità superficiale Ra < 0,1 μm.
Industria farmaceutica e alimentare
Il SiC non è tossico e non presenta rischi per la salute.
Cuscinetti e componenti delle valvole
Le sfere di SiC di precisione 5-6 mm sono utilizzate anche come elementi di cuscinetto resistenti alla corrosione, adatte per cuscinetti per perforazioni profonde, guarnizioni per reattori chimici,e altre applicazioni che richiedono un'elevata resistenza all'usura e alla corrosione.
Vantaggi di prestazione rispetto ad altri mezzi di macinazione
Confronto dei materiali
| Immobili |
SiC |
Al2O3 |
ZrO2 |
Si3N4 |
Acciai da cuscinetto |
| Densità (g/cm3) |
3.07-3.20 |
3.75-3.95 |
5.6-6.0 |
- Tre.2 |
- Sette.8 |
| Durezza di Mohs |
9.5 |
9 |
8.5 |
~ 9 |
5 - 6 |
| Durezza di Vickers (HV10, GPa) |
≥ 22 |
- Quindici. |
~ 12 |
~ 15-18 |
~ 6-8 |
| Modulo di elasticità (GPa) |
380-430 |
~ 300-350 |
~ 200-210 |
~ 300-320 |
~210 |
| Conducibilità termica (W/m*K) |
120-200 |
20-30 |
2-3 |
15-30 anni |
~ 45 |
| Tensione alla frattura (MPa*m1/2) |
3-4 |
3-4 |
10-15 |
5-7 |
~ 50 |
| Temperatura massima di esercizio (°C) |
1600+ |
1500-1600 |
≤ 600 |
1200 |
≤ 500 |
| Resistenza alla corrosione |
Eccellente. |
- Bene. |
- Bene. |
Eccellente. |
Poor (ruggine) |
| Conduttività / magnetismo |
Non conduttori, non magnetici |
Isolamento |
Isolamento |
Isolamento |
Magnetico e conduttivo |
Principali vantaggi delle sfere di macinazione al SiC
- Durezza massima, migliore resistenza all'usura- Mohs 9.5La durata di utilizzo è 2-5 volte quella delle palline di Al2O3.
- Conducibilità termica più elevata, dissipazione termica superiore- 120-200 W/m*K), molto superiori a Al2O3 e ZrO2, eliminando rapidamente il calore di macinazione ed impedendo la degradazione termica dei materiali sensibili.
- Migliore stabilità termica- opera a temperature superiori a 1600 °C; lo ZrO2 si degrada a temperature superiori a 600 °C, l'acciaio da cuscinetto a temperature superiori a 500 °C.
- Eccezionale resistenza alla corrosione- Resiste ad acidi forti, alcalini e media aggressivi, a differenza delle palle metalliche che arrugginiscono e introducono contaminanti.
- Inerzia chimica e bassa contaminazione- Assorbimento minimo delle impurità, ideale per applicazioni ad alta purezza (materiali elettronici, ingredienti farmaceutici, polveri di semiconduttori).
- Peso leggero, risparmio energetico- Densità di acciaio di circa il 40%, riducendo significativamente il carico del motore e il consumo di energia.
- Eccellente stabilità dimensionale- La bassa CTE combinata con un elevato modulo di elasticità garantisce una precisione sotto variazioni termiche.
- Risparmio economico- Combina nessuna contaminazione, nessuna rottura, elevata efficienza di macinazione e bassa usura; il costo complessivo della macinazione di materiali superduri è inferiore a quello delle sfere ZrO2.
Rispetto ad altri materiali di macinazione in ceramica, il SiC offre vantaggi insostituibili in termini di estrema durezza, resistenza all'usura, conducibilità termica e stabilità ad alte temperature.specialmente per applicazioni che richiedono un'elevata efficienza di macinazioneLa sua resistenza alla frattura è inferiore a quella dello ZrO2; pertanto, nella frantumazione grossolana dominata da carichi di grande impatto, è necessaria una selezione attenta.Tuttavia, per la macinazione fine e media in mulini a scatto (5-6 mm), la limitazione della fragilità può essere attenuata da un corretto rapporto palla/materiale e controllo del processo.
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