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碳化硅及氮化硅等陶瓷材料打孔用什么机床加工最好

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时间:2018-12-14

碳化硅和碳化硅是两种超硬质地的陶瓷材料,因此要对这两种陶瓷进行机械加工的话也是有很多的难点的,今天我们主要来讨论的是关于这两类陶瓷材料采用何种设备来进行钻孔以及铣削的问题。下面请跟着陶瓷雕铣机生产厂家-鑫腾辉数控来一起学习一下。首先我们来简单认识一下这两种材料的特性。

氮化硅

氮化硅陶瓷,是一种烧结时不收缩的无机材料陶瓷。氮化硅的强度很高,尤其是热压氮化硅,是世界上最坚硬的物质之一。具有高强度、低密度、耐高温等性质。Si3N4 陶瓷是一种共价键化合物,基本结构单元为[ SiN4 ]四面体,硅原子位于四面体的中心,在其周围有四个氮原子,分别位于四面体的四个顶点,然后以每三个四面体共用一个原子的形式,在三维空间形成连续而又坚固的网络结构。

氮化硅的很多性能都归结于此结构。纯 Si3N4 为3119,有α和β两种 晶体结构 ,均为六角 晶形 ,其分解温度在空气中为1800℃,在110MPa氮中为1850℃。Si3N4 热膨胀 系数低、 导热率 高,故其耐热冲击性极佳。 热压烧结 的氮化硅加热到l000℃后投入冷水中也不会破裂。在不太高的温度下,Si3N4 具有较高的强度和 抗冲击性 ,但在1200℃以上会随使用时间的增长而出现破损,使其强度降低,在1450℃以上更易出现疲劳损坏,所以Si3N4 的使用温度一般不超过1300℃。由于Si3N4 的 理论密度 低,比钢和工程超耐热合金钢轻得多,所以,在那些要求材料具有高强度、低密度、耐高温等性质的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金钢是再合适不过了。

碳化硅

碳化硅又称金刚砂(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物,莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅为应用最广泛、最经济的一种,可以称为金钢砂或耐火砂。 目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种,均为六方晶体,比重为3.20~3.25,显微硬度为2840~3320kg/mm2。

碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种,都属α-SiC。①黑碳化硅含SiC约95%,其 韧性 高于绿碳化硅,大多用于加工抗张强度低的材料,如 玻璃 、陶瓷、石材、 耐火材料 、铸铁和有色金属等。②绿碳化硅含SiC约97%以上,自锐性好,大多用于加工 硬质合金 、 钛合金 和 光学玻璃 ,也用于珩磨汽缸套和精磨 高速钢刀具 。此外还有 立方碳化硅 ,它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体,用以制作的磨具适于轴承的超精加工,可使表面粗糙度从Ra32~0.16微米一次加工到Ra0.04~0.02微米。

加工方法

以上的内容让我们对碳化硅和氮化硅有了比较清晰的认知,那么如果要在这两种材料上打孔或者铣削时到底采用哪种设备好呢?

前几年人们在加工这类材料时往往都会用到手动的钻床,这种设备构造简单体积较小,通常将其放置在工作台面上即可进行手动打孔,这种机床只适合少量的产品试加工。要想大批量加工这类材料,往往需要用到专用的陶瓷精雕机,陶瓷精雕机是通过数控系统的控制来自动完成各种加工指令,它能够高效且精准的在碳化硅和氮化硅上钻孔、铣削。鑫腾辉数控近年来在这一领域有很深入的研究,并开发出了多款专门针对此种材料加工的陶瓷专用精雕机,机床搭载HSK36000rpm高速法兰式主轴,刚性好精度优异。

产能情况

中国有碳化硅冶炼企业200多家,年生产能力220多万吨(其中:绿碳化硅块120多万吨,黑碳化硅块约100万吨)。冶炼变压器功率大多为6300~12500kVA,最大冶炼变压器为32000kVA。加工制砂、微粉生产企业300多家,年生产能力200多万吨。2012年,中国碳化硅产能利用率不足45%。约三分之一的冶炼企业有加工制砂微粉生产线。碳化硅加工制砂微粉生产企业主要分布在河南、山东、江苏、吉林、黑龙江等省。

中国碳化硅冶炼生产工艺、技术装备和单吨能耗达到世界领先水平。黑、绿碳化硅原块的质量水平也属世界级。中国碳化硅与世界先进水平的差距主要集中在四个方面:一是在生产过程中很少使用大型机械设备,很多工序依靠人力完成,人均碳化硅产量较低;二是在碳化硅深加工产品上,对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细,产品质量的稳定性不够;三是某些尖端产品的性能指标与发达国家同类产品相比有一定差距;四是冶炼过程中一氧化碳直接排放。国外主要企业基本实现了封闭冶炼,而中国碳化硅冶炼几乎全部是开放式冶炼,一氧化碳全部直排。2012年,中国企业开发出了封闭冶炼技术,实现了一氧化碳全部回收,但是距离全行业普及还有很长的路要走。

根据中国机床工业协会磨料磨具专委会碳化硅专家委员会的数据,截至2012年底,全球碳化硅产能达260万吨以上,产能达到1万吨以上的国家有13个,占全球总产能的98%。其中中国碳化硅产能达到220万吨,占全球总产能的84%。 [6]

中国碳化硅冶炼企业主要分布在甘肃、宁夏、青海、新疆、四川等地,约占总产能85%。

2012年在中国经济发展速度放缓的情况下,生产情况普遍不理想,加之光伏企业举步维艰,碳化硅作为耐材、磨料和光伏行业的基础原材料,出口和内销均大幅下滑。绿碳化硅微粉加工企业更是身陷光伏企业的债务链条,多数冶炼企业没有开工,或者短暂开工后即停产。

2012年全年中国黑碳化硅产能没有正常释放,一方面是成交缓慢,库存消耗慢,占压资金量大,另一方面是下游行业消费商回款时间长,欠款现象严重,导致某些企业资金链紧张。

2012年中国黑碳化硅的主产地为宁夏和甘肃,青海和新疆的原有产能逐渐被淘汰,加上湖北丹江口弘源的冶炼产能,共计76.9万吨, 2012年总产量约为34万吨,黑碳化硅冶炼企业的产能利用率约为44.5%。

中国绿碳化硅冶炼的主产地是甘肃、青海、新疆和四川。四川主要靠水力发电站供电,受到枯水期电力短缺的影响,一年的生产时间只在4-10月份,最长能坚持6个月的生产,但四川的冶炼炉几乎没有正常开工,主要因为市场需求疲软,库存难以消耗。2012年前三季度,中国钢铁厂开工率较低,只有到10月份以后钢厂增加了开工率,对原料和耐火材料的消耗才略有增加,消耗了部分库存。

市场需求

据海关统计显示:2012年全年,中国碳化硅出口16.47万吨,同比下降23.83%,出口2.75亿美元,同比下降44.28%,出口平均价格1671.53美元/吨,同比下降26.84%。出口量价大幅度下降。全年领证量合计17.1万吨,占全年出口量的104%。生产的碳化硅主要的出口国家有美国、日本、韩国、及某些欧洲国家。




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