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碳化硅陶瓷的应用及加工

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时间:2020-01-02

工业化生产碳化硅的方法是将石英、碳素(煤焦)、木屑和食盐混合,在电炉中加热到2200~2500℃下制成。碳化硅陶瓷和许多陶瓷的不同之处,在于它在室温下既能导电,又耐高温,是一种很好的发热元件。用碳化硅制成的电热棒叫硅碳棒,在空气中能经受1450℃的高温;质量好的重结晶法制成的硅碳棒甚至可耐1600℃的高温,远高于金属电热元件(除了铂、铑等贵金属外),这是因为它在高温空气中会氧化生成一层致密的氧化硅薄膜,起到隔离空气的作用,大大减慢了内层碳化硅的进一步氧化,从而使它能在高温下工作。用热压工艺可以制得接近理论密度值的高致密碳化硅陶瓷,它的抗弯强度即使在1400℃左右的高温下仍可达到500~600MPa,而其它陶瓷材料在1200℃以后,强度都会急剧下降。因此,碳化硅是在高温空气中强度最高的材料。

碳化硅陶瓷的应用:

高温燃气涡轮发动机要提高效率,就必须提高工作温度,而解决问题的关键是找到能承受高温的结构材料,特别是发动机内部的叶片材料。碳化硅陶瓷在高温下有足够的强度,且有良好的抗氧化能力和抗热震性,这些优良品质都使它极其适合作为高温结构材料使用。用于在1200~1400℃下工作的高温燃气涡轮发动机叶片的材料,许多科学家认为它和氮化硅陶瓷是最有希望的候选材料。

碳化硅陶瓷的热传导能力仅次于氧化铍陶瓷。利用这一特性,可作为优良的热交换器材料。太阳能发电设备中被阳光聚焦加热的热交换器,其工作温度高达1000~1100℃,具有高热传导性的碳化硅陶瓷很适合做这种热交换器的材料,从试验情况来看,碳化硅陶瓷热交换器的工作状态良好。此外,在原子能反应堆中碳化硅陶瓷可用作核燃料的包封材料,还可作为火箭尾喷管的喷嘴及飞机驾驶员的防弹用品。

此外,为了提高切削刀具的切削性能,20世纪以来,刀具材料经过了高速钢和硬质合金两次发展过程,目前正在进入陶瓷刀具大发展的阶段。新型陶瓷以其耐高温、耐磨削的特点,已在20世纪初引起了高速切削工具行业的注意。陶瓷刀具具有高硬度、高耐磨性,因此便成为制造切削刀具的理想材料。目前,制造陶瓷切削刀具的材料主要有氧化铝、氧化铝-碳化钛、氧化铝-氮化钛-碳化钛-碳化钨、氧化铝-碳化钨-铬、氮化硼和氮化硅等。以这类材料制作的刀具没有冷却液也可以工作,比起硬质合金来具有切削速度高、寿命长等优点。目前,欧美各国都已广泛使用陶瓷材料做钻头、丝锥和滚刀;原苏联确定了7000多个品种的合金刀具,用喷涂表面陶瓷涂层的办法来提高车刀的工作速度和使用寿命。

陶瓷除作切削刀具外,利用其耐磨、耐腐蚀的特性还可用作各种机械上的耐磨部件。如用特种陶瓷制作农用水泵、砂浆泵、带腐蚀性液体的化工泵及有粉尘的风机中的耐磨、耐腐蚀件或密封圈等都已取得良好的实用效果。此外,高纯氧化铝(刚玉)可制作金属拉丝模,尤其在高温下的热拉丝更显示出陶瓷的优越性;工业陶瓷中纳球磨筒和磨球,金属表面除锈用的喷砂嘴,喷洒农药用的喷头等。总之,凡是需要耐磨、耐腐蚀的场合,几乎都会看到特种陶瓷的存在。

碳化硅陶瓷的加工:

CNC陶瓷雕铣机.jpg

陶瓷雕铣机

碳化硅陶瓷的加工需要多种设备配合,常见的有磨床、CNC、冲子机等。CNC是精密异型件加工时不可缺少的机床,目前专门用于陶瓷加工的CNC机床不多,很多都是用传统机台来加工,这样的弊端就是容易造成机床损坏,同时效率也不高。“鑫腾辉”专注制造陶瓷专用CNC机床,采用多重防护,性能优异。



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