Esferas de moagem de carburo de silício sinterizado sem pressão de 5 mm-6 mm
O carburo de silício (SiC), um composto típico ligado covalentemente, oferece uma dureza excepcionalmente elevada, uma resistência ao desgaste superior, excelentes propriedades mecânicas a altas temperaturas,e excelente estabilidade químicaAs bolas de moagem de SiC são produzidas a partir de pó de SiC de alta pureza através de moldagem, sinterização a alta temperatura e acabamento de precisão.Eles são amplamente utilizados na esmagamento, moagem ultrafina e dispersão de materiais de alta dureza.
Processos de Fabricação
Métodos de formação
- Formação de rolos- A matéria-prima cerâmica é directamente enrolada em bolas verdes do tamanho desejado.
- Prensagem isostática- Inclui prensagem isostática a frio em sacos úmidos e em sacos secos.Mas exige uma boa fluidez de pó e qualidade de granulação.
- Extrusão + pós-tratamento- O pó de SiC, a resina de alto rendimento de carbono e as fibras curtas são misturados, extrudidos em bolas, curados e pirolisados para obter pré-formas de cerâmica de carbono,que são então densificados por infiltração de silício (ligação por reação), seguido de moagem/polição para obter uma elevada precisão dimensional.
Processos de sinterização
O SiC tem > 90% de ligação covalente e coeficientes de auto-difusão extremamente baixos, tornando a sinterização desafiadora.
- Sinterização sem pressão (sinterização por atmosfera)- Realizada numa atmosfera não oxidante a 2000-2150 °C, atingindo uma densidade teórica > 98%. Inclui sinterização em estado sólido e em fase líquida.maduras para produção em massa de bolas de 5-6 mm.
- Sinterização por reação- As pré-formas porosas (carbono + SiC) são infiltradas com silício fundido acima de 1500 °C, formando β-SiC.
- Prensagem a quente- A pressão mecânica aplicada durante o aquecimento permite a obtenção de produtos de granulação fina e de alta densidade (≥ 99%) a temperaturas mais baixas e em tempos mais curtos.utilizados para produtos de alta performance de pequenos lotes.
- Pressão isostática a quente (HIP)- Proporciona uma densidade muito elevada e uma excelente esfericidade, mas um elevado investimento e custo de equipamento; não é adequado para a produção em grande escala.
Comparação do processo de sinterização
| Processo |
Temperatura de sinterização (°C) |
Densidade (%) |
Vantagens |
Área de aplicação |
| Sinterização sem pressão |
2000-2150 |
≥ 98 |
Baixo custo, produção em massa |
Alto volume, 5-6 mm de uso geral |
| Sinterização por reação |
1500-1700 |
Quase cheio |
Forma quase de rede, baixa contração |
Formas complexas e de precisão |
| Prensagem a quente |
1800-2200 |
≥ 99 |
Grãos finos, de alta densidade |
Pequenos lotes, alto desempenho |
| Prensagem isostática a quente |
1800-2000 |
≥ 99 |
Densidade uniforme, esfericidade superior |
Produtos de qualidade superior de rolamentos |
Propriedades físico-químicas
Propriedades mecânicas
- Dureza- Dureza de Mohs 9.5A dureza do nó é de ~ 3000 kg/mm2.
- Densidade- Densidade a granel 3.07-3.20 g/cm3, > 60% inferior às bolas de aço (~ 7,8 g/cm3), reduzindo a carga do equipamento e o consumo de energia.
- Modulo elástico- Módulo de Young 380-430 GPa (~ 1,5 vezes o do aço), garantindo uma excelente estabilidade dimensional sob cargas pesadas.
- Duração da fractura- ~3-4 MPa*m1/2, típico das cerâmicas frágeis.
Propriedades térmicas
- Conductividade térmica- Alto: 120-200 W/m*K a 20 °C, superior ao de muitos metais e ~3x o do silício.
- Coeficiente de expansão térmica (CTE)- Baixo: 3,6-4,1×10−6/K (20-400 °C).
- Temperatura máxima de funcionamento- SSiC (sinterizado sem pressão) até 1800 °C em atmosfera inerte; 1600 °C no ar.
Propriedades químicas e elétricas
Excelente resistência à corrosão - resiste a quase todos os reagentes conhecidos à temperatura ambiente.álcalis fortesO SiC é um semicondutor de banda larga com alta resistividade, não é magnético e não é condutor.Segura para ambientes de campo magnético e aplicações que exijam isolamento elétrico.
Principais indicadores físico-químicos
| Imóveis |
Valor/intervalo típico |
| Composição principal (conteúdo de SiC) |
≥ 95% (SiC preto), ≥ 97% (SiC verde), até ≥ 99% |
| Densidade a granel |
30,07 - 3,20 g/cm3 |
| Dureza de Mohs |
9.5 |
| Dureza de Vickers (HV10) |
≥ 22 GPa (≥ 2600 HV0,5) |
| Modulo elástico |
380 - 430 GPa |
| Conductividade térmica (20 °C) |
120 - 200 W/m*K |
| CTE (20-400 °C) |
3.6 - 4.1 × 10−6/K |
| Força de flexão |
≥ 400 MPa |
| Resistência à compressão |
≥ 2200 MPa |
| Porosidade aparente |
< 0,2% |
Cenários de aplicação
Processamento de pó
Devido à baixa gravidade específica e à extrema dureza, as bolas de SiC de 5-6 mm são meios de moagem ideais para moinhos de agitação (atritores).São particularmente adequados para moagem ultrafinha de cerâmica superdura como o SiC, Si3N4, B4C e TiC, alcançando tamanhos de partículas de micrômetro a sub-micrômetro ou mesmo nanoescala.Medios homogêneos (bolas de SiC para moagem de pó de SiC) ou altamente compatíveis minimizam a contaminação e preservam a pureza do produto.
Processamento de novos materiais energéticos
Na moagem ultrafina de materiais de cátodos de baterias de íons de lítio (por exemplo, LiFePO4, NMC), bolas de SiC de 5-6 mm substituem bolas de aço ou ZrO2 para evitar a contaminação metálica, melhorando a vida útil e a segurança do ciclo da bateria.Na indústria fotovoltaica, moagem de pó ultrafinos, as bolas de SiC oferecem desempenho comparável às bolas caras de ZrO2 a um custo significativamente menor.
Ambientes de alta temperatura e corrosão
As bolas de SiC operam continuamente a 1600 °C, apresentam baixa ETC e resistem a choques térmicos.Partes portadoras de fornos de tratamento térmico, etc. A sua excelente resistência ácido/álcali torna-os adequados para reatores químicos e tratamento de lamas por galvanização.
Vidro óptico e materiais duros e frágeis
As bolas de SiC de 5-6 mm são utilizadas para moagem e polir de alta precisão de vidro óptico, cerâmica, safira e wafers de silício.As bolas verdes de SiC (SiC > 97%) são particularmente eficazes para o carburo cimentado e o vidro, alcançando uma rugosidade de superfície Ra < 0,1 μm.
Indústrias farmacêuticas e alimentares
O SiC não é tóxico e não apresenta riscos para a saúde. Como meio de moagem, evita a lixiviação de metais pesados associada a bolas metálicas e cumpre com as normas GMP e outros padrões de higiene.
Rolamentos e componentes de válvulas
As bolas de SiC de precisão de 5-6 mm são também utilizadas como elementos de rolamento resistentes à corrosão, adequados para rolamentos de perfuração de poços profundos, vedações de reatores químicos,e outras aplicações que exijam uma elevada resistência ao desgaste e à corrosão.
Vantagens de desempenho em relação a outros meios de moagem
Comparação de materiais
| Imóveis |
SiC |
Al2O3 |
ZrO2 |
Si3N4 |
Acessórios de aço |
| Densidade (g/cm3) |
3.07-3.20 |
3.75-3.95 |
5.6-6.0 |
- Três.2 |
- Sete.8 |
| Dureza de Mohs |
9.5 |
9 |
8.5 |
~ 9 |
5 e 6 |
| Dureza de Vickers (HV10, GPa) |
≥ 22 |
- 15. |
- Doze. |
- 15 a 18. |
- 6 a 8 |
| Modulo elástico (GPa) |
380-430 |
~ 300-350 |
~ 200-210 |
~ 300-320 |
~210 |
| Condutividade térmica (W/m*K) |
120-200 |
20 a 30 |
2 a 3 |
15 a 30 |
- 45 |
| Resistência à fractura (MPa*m1/2) |
3 a 4 |
3 a 4 |
10 a 15 |
5 a 7 |
~ 50 |
| Temperatura máxima de funcionamento (°C) |
Mais de 1600 |
1500-1600 |
≤ 600 |
1200 |
≤ 500 |
| Resistência à corrosão |
Excelente. |
Muito bem. |
Muito bem. |
Excelente. |
Pobre (ferrugem) |
| Conductividade / magnetismo |
De potência não superior a 1000 W |
Isolantes |
Isolantes |
Isolantes |
Magnético e condutor |
Principais vantagens das bolas de moagem de SiC
- Máxima dureza, melhor resistência ao desgaste- Mohs 9.5A vida útil é 2-5 vezes maior que a das bolas de Al2O3.
- Maior condutividade térmica, melhor dissipação de calor- 120-200 W/m*K), muito superior ao Al2O3 e ao ZrO2, eliminando rapidamente o calor da moagem e evitando a degradação térmica dos materiais sensíveis.
- Melhor estabilidade térmica- Funciona acima de 1600 °C; ZrO2 degrada acima de 600 °C, com aço acima de 500 °C.
- Excelente resistência à corrosão- Resiste a ácidos fortes, álcalis e meios agressivos, ao contrário de bolas metálicas que enferrujam e introduzem contaminantes.
- Inercia química e baixa contaminação- Minima captação de impurezas, ideal para aplicações de alta pureza (materiais electrónicos, ingredientes farmacêuticos, pó de semicondutores).
- Peso leve, poupança de energia- Densidade de ~ 40% de aço, reduzindo significativamente a carga do motor do moinho e o consumo de energia.
- Excelente estabilidade dimensional- A baixa CTE combinada com o elevado módulo elástico assegura a precisão sob variações térmicas.
- Rentabilidade- Combina nenhuma contaminação, nenhuma quebra, alta eficiência de moagem e baixo desgaste; custo global na moagem de materiais superduro inferior a bolas ZrO2.
Em comparação com outros meios de moagem cerâmica, o SiC oferece vantagens insubstituíveis em extrema dureza, resistência ao desgaste, condutividade térmica e estabilidade a altas temperaturas.especialmente para aplicações que exijam uma elevada eficiência de moagemA sua resistência à fractura é inferior à do ZrO2; portanto, na trituração grosseira dominada por cargas de grande impacto, é necessária uma selecção cuidadosa.No entanto, para moagem fina e média em moinhos mexidos (5-6 mm de tamanho), a limitação de quebradice pode ser atenuada por uma relação correta entre bola e material e controlo do processo.
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