Bóng mài cacbua silic thiêu kết không áp suất 5 mm-6 mm
Silicon Carbide (SiC), một hợp chất liên kết cộng hóa trị điển hình, có độ cứng đặc biệt cao, khả năng chống mài mòn vượt trội, tính chất cơ học ở nhiệt độ cao tuyệt vời và độ ổn định hóa học vượt trội, khiến nó trở thành thành phần chính của vật liệu gốm kết cấu tiên tiến. Bóng mài SiC được sản xuất từ bột SiC có độ tinh khiết cao thông qua quá trình tạo hình, thiêu kết ở nhiệt độ cao và hoàn thiện chính xác. Chúng được sử dụng rộng rãi trong việc nghiền, nghiền siêu mịn và phân tán vật liệu có độ cứng cao.
Quy trình sản xuất
Phương pháp hình thành
- tạo hình cuộn- Nguyên liệu gốm được cán trực tiếp thành những viên bi xanh có kích thước theo yêu cầu. Đơn giản, phù hợp với lô hàng vừa và nhỏ.
- Ép đẳng tĩnh- Bao gồm ép đẳng nhiệt lạnh túi ướt và túi khô. Việc ép túi khô mang lại khả năng tự động hóa cao, mật độ xanh đồng đều và độ cầu tốt, nhưng đòi hỏi khả năng chảy bột và chất lượng tạo hạt tốt.
- Đùn + xử lý sau- Bột SiC, nhựa có năng suất than cao và các sợi ngắn được trộn, ép thành quả bóng, xử lý và nhiệt phân để thu được phôi gốm-cacbon, sau đó được làm đặc bằng cách thấm silicon (liên kết phản ứng), sau đó được mài/đánh bóng để đạt độ chính xác cao về chiều.
quá trình thiêu kết
SiC có >90% liên kết cộng hóa trị và hệ số tự khuếch tán cực thấp, khiến cho quá trình thiêu kết trở nên khó khăn. Các kỹ thuật thiêu kết chính cho quả mài 5-6 mm là:
- Thiêu kết không áp suất (thiêu kết khí quyển)- Thực hiện trong môi trường không oxy hóa ở 2000-2150°C, đạt mật độ lý thuyết >98%. Bao gồm thiêu kết pha rắn và pha lỏng. Không có giới hạn về hình dạng/kích thước, chi phí thấp, phù hợp để sản xuất hàng loạt quả bóng 5-6 mm.
- Thiêu kết phản ứng- Các phôi xốp (carbon + SiC) được thấm silicon nóng chảy ở nhiệt độ trên 1500°C, tạo thành β-SiC. Nhiệt độ thấp, độ co thấp, hình dạng gần lưới; thích hợp cho các hình dạng chính xác phức tạp.
- Ép nóng- Áp suất cơ học được áp dụng trong quá trình gia nhiệt giúp tạo ra các sản phẩm có hạt mịn, mật độ cao ( ≥99%) ở nhiệt độ thấp hơn và thời gian ngắn hơn. Tuổi thọ khuôn hạn chế, sản lượng hàng loạt thấp, chi phí cao; được sử dụng cho các sản phẩm hiệu suất cao hàng loạt nhỏ.
- Ép đẳng tĩnh nóng (HIP)- Cung cấp mật độ rất cao và độ cầu tuyệt vời, nhưng chi phí và đầu tư thiết bị cao; không dành cho sản xuất quy mô lớn.
So sánh quá trình thiêu kết
| Quá trình |
Nhiệt độ thiêu kết (°C) |
Tỉ trọng (%) |
Thuận lợi |
Phạm vi ứng dụng |
| thiêu kết không áp lực |
2000-2150 |
≥98 |
Chi phí thấp, sản xuất hàng loạt |
Khối lượng lớn, mục đích chung 5-6 mm |
| Thiêu kết phản ứng |
1500-1700 |
Gần đầy |
Hình dạng gần lưới, độ co thấp |
Hình dạng phức tạp, chính xác |
| Ép nóng |
1800-2200 |
≥99 |
Hạt mịn, mật độ cao |
Lô nhỏ, hiệu suất cao |
| Ép đẳng nhiệt nóng |
1800-2000 |
≥99 |
Mật độ đồng đều, hình cầu vượt trội |
Sản phẩm ổ trục cao cấp |
Tính chất lý hóa
Tính chất cơ học
- độ cứng- Độ cứng Mohs 9,5, chỉ đứng sau kim cương (10). Độ cứng Knoop ~3000 kg/mm2. Độ cứng Vickers HV10 ≥22 GPa; hạng cao cấp đạt HV0,5 ≥2600.
- Tỉ trọng- Mật độ khối 3,07-3,20 g/cm³, thấp hơn >60% so với bi thép (~7,8 g/cm³), giảm tải thiết bị và tiêu thụ năng lượng.
- mô đun đàn hồi- Mô đun Young 380-430 GPa (~1,5× so với thép), đảm bảo độ ổn định kích thước tuyệt vời dưới tải nặng.
- Độ dẻo dai gãy xương- ~3-4 MPa*m¹/², điển hình cho gốm sứ giòn.
Tính chất nhiệt
- Độ dẫn nhiệt- Cao: 120-200 W/(m*K) ở 20°C, vượt nhiều kim loại và ~3× silicon.
- Hệ số giãn nở nhiệt (CTE)- Thấp: 3,6-4,1×10⁻⁶/K (20-400 °C).
- Nhiệt độ dịch vụ tối đa- SSiC (thiêu kết không áp suất) lên đến 1800°C trong môi trường trơ; 1600°C trong không khí.
Thuộc tính hóa học và điện
Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời - chống lại hầu hết các thuốc thử đã biết ở nhiệt độ phòng. Lớp SiO₂ dày đặc hình thành sau quá trình oxy hóa, mang lại khả năng bảo vệ tốt hơn. Thích hợp với axit mạnh, kiềm mạnh và môi trường khắc nghiệt. SiC là chất bán dẫn có dải rộng có điện trở suất cao. Nó không có từ tính và không dẫn điện, an toàn cho môi trường từ trường và các ứng dụng cần cách điện.
Các chỉ số hóa lý chính
| Tài sản |
Giá trị/phạm vi điển hình |
| Thành phần chính (hàm lượng SiC) |
≥95% (SiC đen), ≥97% (SiC xanh), lên tới ≥99% |
| Mật độ lớn |
3,07 - 3,20 g/cm³ |
| Độ cứng Mohs |
9,5 |
| Độ cứng Vickers (HV10) |
≥22 GPa ( ≥2600 HV0,5) |
| mô đun đàn hồi |
380 - 430 GPa |
| Độ dẫn nhiệt (20 °C) |
120 - 200 W/(m*K) |
| CTE (20-400°C) |
3,6 - 4,1×10⁻⁶/K |
| Độ bền uốn |
≥400 MPa |
| Cường độ nén |
≥2200 MPa |
| Độ xốp rõ ràng |
<0,2% |
Kịch bản ứng dụng
Chế biến bột
Do trọng lượng riêng thấp và độ cứng cực cao, bi SiC 5-6 mm là vật liệu nghiền lý tưởng cho máy nghiền khuấy (máy nghiền). Chúng đặc biệt thích hợp để nghiền siêu mịn các loại gốm siêu cứng như SiC, Si₃N₄, B₄C và TiC, đạt được kích thước hạt từ micron đến micromet phụ hoặc thậm chí ở quy mô nano. Đồng nhất (bóng SiC nghiền bột SiC) hoặc môi trường có tính tương thích cao giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo quản độ tinh khiết của sản phẩm.
Chế biến vật liệu năng lượng mới
Trong quá trình nghiền siêu mịn vật liệu cực âm của pin Li-ion (ví dụ LiFePO₄, NMC), bi SiC 5-6 mm thay thế bi thép hoặc ZrO₂ để tránh nhiễm bẩn kim loại, cải thiện tuổi thọ và độ an toàn của pin. Trong quá trình nghiền bột siêu mịn của ngành công nghiệp PV, bóng SiC mang lại hiệu suất tương đương với bóng ZrO₂ đắt tiền với chi phí thấp hơn đáng kể.
Môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn
Bóng SiC hoạt động liên tục ở nhiệt độ 1600°C, có CTE thấp và chống sốc nhiệt. Chúng được sử dụng trong các hệ thống truyền động của thiết bị nung ở nhiệt độ cao, các bộ phận chịu tải trong lò xử lý nhiệt, v.v. Khả năng kháng axit/kiềm tuyệt vời khiến chúng thích hợp cho các lò phản ứng hóa học và xử lý bùn mạ điện.
Kính quang học & Vật liệu cứng giòn
Bóng SiC 5-6 mm được sử dụng để mài và đánh bóng tự do với độ chính xác cao đối với kính quang học, gốm sứ, sapphire và tấm silicon. Bóng SiC màu xanh lá cây (SiC >97%) đặc biệt hiệu quả đối với cacbua xi măng và thủy tinh, đạt được độ nhám bề mặt Ra <0,1 μm.
Công nghiệp dược phẩm & thực phẩm
SiC không độc hại và không gây nguy hiểm cho sức khỏe. Là phương tiện nghiền, nó tránh được sự rò rỉ kim loại nặng liên quan đến các quả bóng kim loại và tuân thủ tiêu chuẩn GMP và các tiêu chuẩn vệ sinh khác.
Vòng bi & Linh kiện van
Bóng SiC có độ chính xác 5-6 mm cũng được sử dụng làm bộ phận ổ trục chống ăn mòn, thích hợp cho ổ trục khoan giếng sâu, vòng đệm lò phản ứng hóa học và các ứng dụng khác đòi hỏi khả năng chống mài mòn và ăn mòn cao.
Ưu điểm về hiệu suất so với các phương tiện mài khác
So sánh vật liệu
| Tài sản |
SiC |
Al₂O₃ |
ZrO₂ |
Si₃N₄ |
Thép chịu lực |
| Mật độ (g/cm³) |
3.07-3.20 |
3,75-3,95 |
5,6-6,0 |
~3,2 |
~7,8 |
| Độ cứng Mohs |
9,5 |
9 |
8,5 |
~9 |
5-6 |
| Độ cứng Vickers (HV10, GPa) |
≥22 |
~15 |
~12 |
~15-18 |
~6-8 |
| Mô đun đàn hồi (GPa) |
380-430 |
~300-350 |
~200-210 |
~300-320 |
~210 |
| Độ dẫn nhiệt (W/(m*K)) |
120-200 |
20-30 |
2-3 |
15-30 |
~45 |
| Độ bền gãy xương (MPa*m¹/²) |
3-4 |
3-4 |
10-15 |
5-7 |
~50 |
| Tối đa. nhiệt độ sử dụng (°C) |
1600+ |
1500-1600 |
600 |
1200 |
500 |
| Chống ăn mòn |
Xuất sắc |
Tốt |
Tốt |
Xuất sắc |
Kém (rỉ sét) |
| Độ dẫn điện / từ tính |
Không dẫn điện, không từ tính |
cách nhiệt |
cách nhiệt |
cách nhiệt |
Từ tính & dẫn điện |
Ưu điểm chính của bóng mài SiC
- Độ cứng cao nhất, chống mài mòn tốt nhất- Mohs 9.5, tuổi thọ gấp 2-5 lần bóng Al₂O₃.
- Độ dẫn nhiệt cao nhất, tản nhiệt vượt trội- 120-200 W/(m*K), vượt xa Al₂O₃ và ZrO₂, loại bỏ nhanh chóng nhiệt mài và ngăn chặn sự phân hủy nhiệt của các vật liệu nhạy cảm.
- Ổn định nhiệt tốt nhất- Hoạt động ở nhiệt độ trên 1600°C; ZrO₂ phân hủy ở nhiệt độ trên 600 °C, thép chịu lực ở nhiệt độ trên 500 °C.
- Khả năng chống ăn mòn vượt trội- Chống lại axit mạnh, kiềm và môi trường mạnh, không giống như các quả bóng kim loại bị rỉ sét và gây ô nhiễm.
- Độ trơ hóa học và ô nhiễm thấp- Thu gom tạp chất tối thiểu, lý tưởng cho các ứng dụng có độ tinh khiết cao (vật liệu điện tử, thành phần dược phẩm, bột bán dẫn).
- Trọng lượng nhẹ, tiết kiệm năng lượng- Mật độ thép ~40%, giảm đáng kể tải trọng động cơ máy nghiền và mức tiêu thụ năng lượng.
- Độ ổn định kích thước tuyệt vời- CTE thấp kết hợp với mô đun đàn hồi cao đảm bảo độ chính xác dưới sự thay đổi nhiệt.
- Tiết kiệm chi phí- Kết hợp không bị nhiễm bẩn, không bị gãy, hiệu suất mài cao và độ mài mòn thấp; tổng chi phí mài vật liệu siêu cứng thấp hơn bóng ZrO₂.
So với các phương tiện nghiền gốm khác, SiC mang lại những lợi thế không thể thay thế về độ cứng cực cao, khả năng chống mài mòn, độ dẫn nhiệt và độ ổn định ở nhiệt độ cao, đặc biệt đối với các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất mài cao, độ tinh khiết của sản phẩm và hoạt động ở nhiệt độ cao. Độ bền đứt gãy của nó thấp hơn ZrO₂; do đó, trong quá trình nghiền thô bị chi phối bởi tải trọng va đập cao, cần phải lựa chọn cẩn thận. Tuy nhiên, đối với nghiền mịn và trung bình trong máy nghiền khuấy (cỡ 5-6 mm), giới hạn độ giòn có thể được giảm thiểu bằng tỷ lệ bi trên vật liệu thích hợp và kiểm soát quy trình.
Để biết thêm thông tin hoặc thảo luận về nhu cầu cụ thể của bạn, vui lòng liên hệ trực tiếp với chúng tôi.
Vietnamese
