碳化硅陶瓷防彈片的課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、可編輯版可編輯版WordWord完善格式目錄 HYPERLINK l “_TOC_250025“ 第一章 綜述1 HYPERLINK l “_TOC_250024“ SiC陶瓷的根本性質(zhì)1 HYPERLINK l “_TOC_250023“ 碳化硅的晶體構(gòu)造1 HYPERLINK l “_TOC_250022“ 碳化硅的硬度及韌性1 HYPERLINK l “_TOC_250021“ 碳化硅的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)1 HYPERLINK l “_TOC_250020“ 碳化硅的化學(xué)穩(wěn)定性1 HYPERLINK l “_TOC_250019“ 其它2 HYPERLINK l “_TOC_25001

2、8“ SiC主要燒結(jié)方法及特點(diǎn)2無壓燒結(jié)2 HYPERLINK l “_TOC_250017“ 熱壓燒結(jié)3 HYPERLINK l “_TOC_250016“ 熱等靜壓燒結(jié)3 HYPERLINK l “_TOC_250015“ 反響燒結(jié)4 HYPERLINK l “_TOC_250014“ 結(jié)論4 HYPERLINK l “_TOC_250013“ SiC無壓燒結(jié)陶瓷的現(xiàn)狀4 HYPERLINK l “_TOC_250012“ 主要內(nèi)容4 HYPERLINK l “_TOC_250011“ 其次章主要設(shè)備選型6 HYPERLINK l “_TOC_250010“ 主要設(shè)備表6 HYPERLIN

3、K l “_TOC_250009“ 原料及配比6 HYPERLINK l “_TOC_250008“ 主要設(shè)備說明7 HYPERLINK l “_TOC_250007“ 三維混料機(jī)7 HYPERLINK l “_TOC_250006“ 行星球磨機(jī)8 HYPERLINK l “_TOC_250005“ 干壓成型機(jī)8 HYPERLINK l “_TOC_250004“ 冷等靜壓機(jī)9 HYPERLINK l “_TOC_250003“ 真空燒結(jié)爐9 HYPERLINK l “_TOC_250002“ 金屬模具10 HYPERLINK l “_TOC_250001“ 電子天平10 HYPERLINK

4、l “_TOC_250000“ 流速計(jì)10拋光機(jī)11工藝平面布置圖12第三章工藝工程13工藝流程圖13SiC原料的制備14噴霧造粒14原料的選取和漿料的制備過程153.2.3 球磨153.2.4 枯燥及研磨過篩15胚料成型工藝15成型方式的選擇15干壓成型法的模具選擇16干壓成型工藝參數(shù)16冷等靜壓16防彈片的燒結(jié)工藝17燒結(jié)氣氛要求17燒結(jié)溫度設(shè)計(jì)17精加工過程18第四章 產(chǎn)品性能檢測(cè)19無壓燒結(jié)方法制得的SiC制品的性能19SiC粉體原料性能檢測(cè)19SiC陶瓷防彈片成品的性能檢測(cè)204.3.1 產(chǎn)品204.3.2 性能檢測(cè)20第五章結(jié)論23第六章小結(jié)24第七章參考文獻(xiàn)24第一章 綜述SiC

5、碳化硅的晶體構(gòu)造SiCSiCSiCSiC結(jié)合和反平行結(jié)合，從而形成具有金剛石構(gòu)造的 SiC。SiC 共 75 種變體，如、4H-SiC、15R-SiC-SiC、-SiC-SiCC4H15R6H100，6HSiC多種型體之間存在著肯定的熱穩(wěn)定性關(guān)系，在溫度低 1600時(shí)，SiC 以-SiC2022左右簡(jiǎn)潔生成；15R6H2100以上的高溫才易生成；6H-SiC，2200，也是格外穩(wěn)定的。SiC化。碳化硅的硬度及韌性碳化硅的硬度相當(dāng)高,僅次于幾種超硬材料,高于剛玉而名列一般磨料的前22002800kg/mm2 100g)化硅的熱態(tài)硬度雖然隨著溫度的上升而下降,但仍比剛玉的硬度大很多。施加規(guī)定壓力之

6、后未被壓碎的顆粒所占百分率來反映的,它受顆粒外形等很多因素的影響。碳化硅的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)2514004.4*106/攝氏度，剛玉的熱膨脹系數(shù)高達(dá)78*106/。所以說明碳化硅的熱膨脹系數(shù)很低。碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)很高,碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)比其他耐火材料及磨料要大的多,約為剛玉導(dǎo)熱系數(shù)的 4 倍。一般工程計(jì)算要引用碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，可取0.06280.0963J/cms。碳化硅的化學(xué)穩(wěn)定性碳化硅的化學(xué)穩(wěn)定性極佳。碳化硅本身很簡(jiǎn)潔氧化,但它氧化之后形成了一層二氧化硅薄膜,氧化進(jìn)程逐步被阻礙。碳化硅陶瓷具有較強(qiáng)的耐酸耐堿性能，即具有良好的耐腐蝕性能。其它較高的高溫強(qiáng)度。SiC1-1 SiC燒結(jié)方法

7、燒結(jié)原理?xiàng)l件特點(diǎn)反響燒結(jié)SiC+C燒結(jié)溫度低；收縮率為 自 結(jié)汽或液相滲 Si，局部硅與碳零；多孔質(zhì)，強(qiáng)度低；合反響生成 SiC,把原來胚體1400殘 留 游 離 硅 多SiC 結(jié)合起來，到達(dá)燒16008%-15%，影響性能結(jié)的目的。B+CBCBNALALO42 3密度高，抗彎強(qiáng)度高；熱壓燒結(jié)ALN1950-2100不能制備外形簡(jiǎn)單制壓，一面燒結(jié).20-40MPa品；本錢高添 加 BCAL+B+C能制備出各種外形簡(jiǎn)單無壓燒結(jié)AL2O3+Y2O3 等燒結(jié)助劑的制品；強(qiáng)度較高；純度胚體，在惰性氣氛進(jìn)展固相2022-2200高，耐蝕性；燒結(jié)溫度或液相燒結(jié)高缺點(diǎn)1.2.1無壓燒結(jié)一、固相燒結(jié) - S

8、i CB98 %的碳 SiC 1900便獲得了密98%600MPaSiC2.0%C+1.0 %BS i C2150 2 h 無壓燒470MPa5. 12 MPam1/2。BCBSiCCSiCBCBC+C，BN+C，AlN+C4缺點(diǎn)：需要較高的燒結(jié)溫度2022,對(duì)原粉材料的純度要求較高,并且燒結(jié)體斷裂韌性較低,有較強(qiáng)的裂紋強(qiáng)度敏感性,在構(gòu)造上表現(xiàn)為晶粒粗大且均勻性差，斷裂模式為典型的穿晶斷裂。二、液相燒結(jié)密化。即以肯定數(shù)量的多元低共熔氧化物為燒結(jié)助劑,使其與碳化硅顆粒外表的層起反響，在高溫時(shí)形成局部晶界液相,導(dǎo)致界面結(jié)合弱化。來轉(zhuǎn)變材料的成分和性質(zhì)。的機(jī)械性能因液相的存在而降低。熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)

9、方法是指在加壓和加熱條件下促使碳化硅燒結(jié)，一般壓力在碳化硅燒結(jié)。缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率低，只能生產(chǎn)外形簡(jiǎn)潔的制品。熱等靜壓燒結(jié)或許 10002022和把握容器壓力以惰性氣體等氣體為傳壓介質(zhì)，或許為200MP，在適宜的溫度和壓力條件下進(jìn)展燒結(jié)。優(yōu)點(diǎn)：所以得到的碳化硅陶瓷構(gòu)造均勻，性能優(yōu)異。的產(chǎn)品，適用范圍受到了限制。反響燒結(jié)SiC填粉，成型后燒結(jié)。在高溫下發(fā)生 Si液或氣相+C固生成了極細(xì)的 SiC結(jié)晶。低很小。缺點(diǎn)：在通常的制備工藝中,由于大量有機(jī)物的引入使坯體在熱處理過程中的廣泛應(yīng)用。結(jié)論SiC燒結(jié)碳化硅陶瓷相對(duì)于無壓固相燒結(jié)碳化硅耐高溫性能差，特別是溫度超過1400燒結(jié)碳化硅。應(yīng)選用無壓燒結(jié)生產(chǎn)碳

10、化硅陶瓷。SiC能、低本錢的碳化硅陶瓷成了人們爭(zhēng)辯的熱點(diǎn)之一。良性能使其廣泛用于航空航天、電力電子、機(jī)械工業(yè)、石油化工等很多領(lǐng)域，可重要的應(yīng)用前景，例如，可以用作耐磨零件、用于研磨介質(zhì)、用于防彈板、用于市場(chǎng)相當(dāng)可觀。主要內(nèi)容選定碳化硅原料、燒結(jié)助劑種類，選擇適宜的配比進(jìn)展成型燒結(jié)。碳化硅陶瓷的物理性能、力學(xué)性能和顯微構(gòu)造的測(cè)試分析。SiC 陶瓷在燒結(jié)過程中所產(chǎn)生的化學(xué)變化，構(gòu)造、含量、成份的變化，及燒結(jié)過程中氣氛的影響。其次章主要設(shè)備選型主要設(shè)備表設(shè)備名稱烘箱電子天平金屬模具 干壓成型機(jī)真空燒結(jié)爐磨床驗(yàn)機(jī)型號(hào)NK01XQMMXJJ300YA32GDQFL4-1外觀尺寸或孔直徑(mm)12201

11、140990mm5050mm16mm表2-1主要設(shè)備原料及配比配方對(duì)產(chǎn)品性能起著打算性的作用。本試驗(yàn)所用的原料及配比方下表 2-2原料稱量值表 2-2SiCBC4蒸餾水 乙醇油酸 94g1g6g65g 35ml1ml 0.1ml主要設(shè)備說明三維混料機(jī)MX 系列三維渦流混料機(jī)主要適用于金剛石制品、粉末冶金、食品、化工、制藥等行業(yè)的粉末或微小顆粒的混料攪拌。主要特點(diǎn),三維空間、六個(gè)自由度、加速、減速、抖動(dòng)、搖滾等多種運(yùn)動(dòng)方式有機(jī)結(jié)合,不存在運(yùn)動(dòng)死角 、混料時(shí)間任意設(shè)定，混料速度可調(diào)。混料均勻、效率高、減小了粉料的氧化程度、工作原理:該機(jī)在運(yùn)行中，由于混料桶體具有各方向運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作，使各種物料的物料比重

12、偏析和積聚現(xiàn)象，混合無死角，能有效確保混合物料的最正確品質(zhì)。構(gòu)造組成:機(jī)由幾座、傳動(dòng)系統(tǒng)、電器把握系統(tǒng)、多向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、混合筒等鏡面拋光。三維渦流混料機(jī)的參數(shù)表 2-3表 2-3 MX型號(hào)容輸 出積轉(zhuǎn)速外觀尺寸混料時(shí)間18Lr/min12201140990mm100h行星球磨機(jī)行星式球磨機(jī)是混合、細(xì)磨、小樣制備、納米材料分散、產(chǎn)品研制和小批可編輯版每次試驗(yàn)可下磨制試樣。工作原理:XQM 系列變頻行星式球磨機(jī)是在同一轉(zhuǎn)盤上裝有四個(gè)球磨罐，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)0.11.02-4 。表 2-4 行星球磨機(jī)參數(shù)表型號(hào)進(jìn) 料粒度粒度轉(zhuǎn)速最大裝樣量NK010.1u公轉(zhuǎn)：球磨罐容積XQM10mmm50-400r/min

13、自100-800r/min2/3轉(zhuǎn)干壓成型機(jī)3工作原理：/活塞油缸/缸/活塞循環(huán)做功，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)整和輸送，完成各種工藝動(dòng)作的循環(huán)。Word完善格式可編輯版2.構(gòu)造組成：四柱油壓機(jī)由主機(jī)及把握機(jī)構(gòu)兩大局部組成。四柱油壓機(jī)主機(jī)局部包括機(jī) 動(dòng)機(jī)及各種壓力閥和方向閥等組成。3.用途：壓印、套形拉伸等工藝，洗衣機(jī)、電動(dòng)機(jī)、汽車電機(jī)、空調(diào)電機(jī)、微型電機(jī)、伺服電機(jī)、車輪制造、減振器、摩托車及機(jī)械等行業(yè)。冷等靜壓機(jī)4 冷等靜壓機(jī)2-5表 2-5 冷靜等壓機(jī)參數(shù)表型號(hào)功率最 高工作壓力升 壓工作缸有時(shí)間效尺寸300LDJ100/320-2.2kwa300Mp3Min 100 320mm真空燒結(jié)爐Word

14、完善格式可編輯版水、氧、氮及其他的雜質(zhì)等對(duì)物料的污染，避開消滅脫碳、滲碳、也有顯著效果等優(yōu)點(diǎn)。GDQ2-6表 2-6GDQ型號(hào)GDQ-J1616mm金屬模具本工藝生產(chǎn)陶瓷壓環(huán)所承受的模具為金屬模具，其要求如表 2-7 所示。表 2-7外觀mm50*50電子天平JJT承了 TRS232電子天平的技術(shù)指標(biāo)表 2-8。表 2-8 電子天平的技術(shù)指標(biāo)稱型號(hào)寸量平流速計(jì)JJ3000.01g135mm300gGB 1482-842.5mmWord完善格式可編輯版50g表 2-9FL4-1型流速計(jì)的構(gòu)造參數(shù)型號(hào)漏斗小支架、底天秒量筒孔直徑座、接收器平表FL4-12.5mm相互支撐100g0.01s2.3.9

15、 拋光機(jī)拋光機(jī)的組成構(gòu)造5 拋光機(jī)拋光機(jī)由底座、拋盤、拋光織物、拋光罩及蓋等根本元件組成。拋光機(jī)織物通過套圈緊固在拋光盤上，電動(dòng)機(jī)通過底座上的開關(guān)接通電源起動(dòng) 罩及蓋可防止灰土及其他雜物在機(jī)器不使 用時(shí)落在拋光織物上而影響使用效織。Word完善格式可編輯版可編輯版WordWord完善格式原料原料漿料制備噴霧造粒成型工藝平面布置圖燒結(jié)加工原料入口噴霧造粒成型室燒結(jié)室加工車間燒結(jié)加工原料入口噴霧造粒成型室燒結(jié)室加工車間產(chǎn)品庫入口工藝流程圖選擇并稱取原料預(yù) 先選擇并稱取原料預(yù) 先混合SiC(94g)和B4C(1g)蒸餾水65gpH101ml+聚甲基丙烯酰胺0.1ml6g+乙醇35g將以上原料倒入密封

16、罐5 小時(shí)氨酯介將混料后的漿料倒入10 小時(shí)球磨80目將過篩后的粉料倒入磨具，進(jìn)展干壓成型成型后素胚冷等靜壓無壓燒結(jié)粗磨、拋光一次拋光、二次拋光成品噴霧造粒我們承受噴霧造粒噴霧枯燥法制造 SiC 粉體，它是通過機(jī)械作用，將增大水分蒸發(fā)面積，加速枯燥過程得到可以粒徑分布較為均勻、純度較高的的 -SiC98%以上的粉體其粒徑把握在亞微米級(jí)以內(nèi)。原料的選取和漿料的制備過程酚醛樹脂和B C粉混合后作為膠粘劑，乙醇可以溶解酚醛樹脂同時(shí)也可以起4到防聚作用，聚甲基丙烯酰胺作為分散劑。本次方案：稱取94g SiC 粉體，1g BC 粉，蒸餾水65g，酚醛樹脂6g，乙4醇35ml,油酸1ml,聚甲基丙烯酰胺0

17、.1ml。并倒入密封罐中事先檢查密封罐密封是否良好，放入聚氨酯后將密封罐置于三維混料機(jī)并固定后，啟動(dòng)混料機(jī)進(jìn)展5小時(shí)混料過程。球磨，還可以使粉料粒度降低，到達(dá)成型要求。400g磨介并倒入罐中，將球磨罐置于行星球磨機(jī)中固定后，設(shè)置球磨時(shí)間10小時(shí)，啟動(dòng)設(shè)備?？菰锛把心ミ^篩24小時(shí)的枯燥過程！枯燥完畢后，便將枯燥好的粉料進(jìn)展研磨并過篩，篩子的規(guī)格為80目。胚料成型工藝成型方式的選擇陶瓷材料的成型工藝是制備陶瓷材料的重要環(huán)節(jié) ,也是提高陶瓷坯體均勻成型的方法！干壓成型法工藝簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)潔，周期短本錢低且成型效率高,成干壓成型可分為以下幾種：?jiǎn)蜗蚣訅?即模腔和下壓頭固定,上壓頭移動(dòng);向加壓,模腔固定,

18、上、下壓頭移動(dòng);的,使用液壓把握時(shí),在某一設(shè)定壓力下壓頭停頓移動(dòng)。本方案承受單向加壓干壓成型法。干壓成型法的模具選擇模具以及模具的裝配方式對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量以及模具等的使用壽命有著直接的影 了SiC的粉體，否則也會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)品外形不規(guī)章從而影響質(zhì)量和后續(xù)的檢驗(yàn)。制作檢驗(yàn)的塊時(shí)也應(yīng)當(dāng)使SiC粉均勻分布于模具內(nèi)部。在模具內(nèi)部裝滿粉料之前均可用工具敲擊模具四周使內(nèi)部粉體充分均勻分布。干壓成型工藝參數(shù)的流淌性、坯體的致密度等。本方案中干壓成型承受的是16t的壓力。高度小，壓力梯度小旋鈕，使壓力增到16t時(shí)停頓，此過程較簡(jiǎn)潔把握。假設(shè)加壓速度過快，保壓時(shí)間案中制備碳化硅陶瓷防彈片的保壓時(shí)間為60s。冷等靜壓等靜壓是

19、將預(yù)壓好的坯體包封在彈性的橡膠模具或塑料模具內(nèi),然后置于高壓容器中施以高壓(壓力通常在100以上),壓力由液體介質(zhì)傳遞至彈性模具對(duì)坯體加壓。然后釋放壓力,取出模具并從模具中取出成型好的坯體。厚，所以此工藝為可選工藝。防彈片的燒結(jié)工藝SiC SiC 燒結(jié)工藝。SiC理可以分為兩種：液相燒結(jié)和固相燒結(jié)。固相燒結(jié)是指在 SiC 粉體中添加BC 等元素能夠溶于 SiC 中，4BSiCSiC 晶粒間形成能量較2發(fā)生反響，可以去除 SiC 外表的SiO2SiC 粉體中參加金屬氧化物，在較低溫度2022下，金屬氧化物熔化或與 SiO 等反響生成為液相，通過液相燒結(jié)到達(dá)致密化，常用的燒結(jié)2助劑有 MgOAlO

20、AlO+YO22 32 32 3本次方案承受無壓燒結(jié)固相法。燒結(jié)氣氛要求劑可降低燒結(jié)溫度，穩(wěn)定劑提高碳化硅燒結(jié)過程中的穩(wěn)定性。燒結(jié)溫度設(shè)計(jì)96%理論密度可到達(dá)3.21g/cm3SiC陶瓷在2130-2220【7】范結(jié)溫度把握即燒結(jié)工藝如下表3-1，燒結(jié)時(shí)間為8小時(shí)。表3-1溫01001000125125125017317301730213213度000000/時(shí)保保 溫間12025溫48305530/mi30n本方案承受退火工藝，即隨爐冷卻，其次天再取出。精加工過程以使外表致密度提高，降低被侵蝕度。用多能磨拋機(jī)可以很好的完成磨拋工序。第四章 產(chǎn)品性能檢測(cè)無壓燒結(jié)方法制得的 SiC 制品的性能4

21、-1SiC性質(zhì)密度/g/cm3 /硬度/HRA彎曲強(qiáng)度/MPa,室溫 /MPa,1000熱容/【cal/g. 斷裂韌性/(MPa.m1/2)彈性模量/GPa熱導(dǎo)率/W/(m.K)熱膨脹系數(shù)/(10-6/)SiC 粉體原料性能檢測(cè)SiC3.14-3.182700945004750.22.4440844.3SiC5-15-2樣品檢測(cè)次數(shù)表4-2SiC 粉體的流淌性檢測(cè)結(jié)果123平均值流淌性s/50g37.136.035.636.2可編輯版表4-3SiC粉體的松裝密度檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)次數(shù)o器和粉o器質(zhì)量粉體質(zhì)量容器體積松裝密度體質(zhì)量/g/g/gcm3g/cm31135.78116.6619.12250.

22、762135.49116.6618.83250.753135.67116.6619.01250.76平均值135.65116.6618.99250.757SiC產(chǎn)品性能檢測(cè)4-1 實(shí)際產(chǎn)品SiC5-35-4所示。Word完善格式可編輯版表4-4樣品相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)燒 前燒后 素 坯 燒失 收縮樣品燒前尺寸/mm質(zhì) 量 樣品燒后尺寸/mm 質(zhì)量 密度/ 率/% 率/%/g/gg/cm340.7240.5436.2436.455.5016.944.9412.81.8624.211.03604-5 樣品在不同介質(zhì)中的質(zhì)量測(cè)量結(jié)果樣品干重mg 飽吸液體試樣 飽吸液體試樣在樣品密度o在液體中的重 空氣中的

23、重量 m2(g/cm3)mgg1環(huán)狀13.968.729513.96622.66片狀12.836.367112.83551.98數(shù)值計(jì)算：上表中的數(shù)值的計(jì)算公式為：設(shè)，燒結(jié)之前的質(zhì)量為mgmgL，燒結(jié)之前素坯體積為V。001mg、飽吸液體試樣在液體中的重量mg、液21體的密度(g/cm3)、陶瓷的實(shí)際密度,燒失率和收縮率為：際密度(g/cm3) = m/mm(g/cm3)oo21燒失率%W =100 (mm)/m100收縮率%W =100L-L / L2010素坯密度1 = m/V(g/cm3)oo2三點(diǎn)抗彎：三點(diǎn)抗彎計(jì)算公式如下：為三點(diǎn)抗彎值；L-跨距；b-寬度；h-厚度。三點(diǎn)抗彎圖如下：Word完善格式可編輯版圖7-2 三點(diǎn)抗彎測(cè)量結(jié)果圖樣品條4-6b/mm一樣樣品條不同條的三點(diǎn)抗彎測(cè)量結(jié)果高h(yuǎn)/mm跨距L/mm/N三點(diǎn)抗彎14.043.0230212.458259.524.023.0430238.418288.8Word完善格式可編輯版可編輯版WordWord完善格式結(jié)論與分析：36.2s50g,它與粒子的外形大小外表狀態(tài)密度孔隙率等因素有很大的關(guān)系。的充填速度與充填程度。24.2