東莞市望輝機械有限公司
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碳化硅和碳化硅是兩種超硬質(zhì)地的陶瓷材料,因此要對這兩種陶瓷進行機械加工的話也是有很多的難點的,今天我們主要來討論的是關(guān)于這兩類陶瓷材料采用何種設(shè)備來進行鉆孔以及銑削的問題。下面請跟著陶瓷雕銑機生產(chǎn)廠家-鑫騰輝數(shù)控來一起學習一下。首先我們來簡單認識一下這兩種材料的特性。
氮化硅
氮化硅陶瓷,是一種燒結(jié)時不收縮的無機材料陶瓷。氮化硅的強度很高,尤其是熱壓氮化硅,是世界上最堅硬的物質(zhì)之一。具有高強度、低密度、耐高溫等性質(zhì)。Si3N4 陶瓷是一種共價鍵化合物,基本結(jié)構(gòu)單元為[ SiN4 ]四面體,硅原子位于四面體的中心,在其周圍有四個氮原子,分別位于四面體的四個頂點,然后以每三個四面體共用一個原子的形式,在三維空間形成連續(xù)而又堅固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
氮化硅的很多性能都歸結(jié)于此結(jié)構(gòu)。純 Si3N4 為3119,有α和β兩種 晶體結(jié)構(gòu) ,均為六角 晶形 ,其分解溫度在空氣中為1800℃,在110MPa氮中為1850℃。Si3N4 熱膨脹 系數(shù)低、 導熱率 高,故其耐熱沖擊性極佳。 熱壓燒結(jié) 的氮化硅加熱到l000℃后投入冷水中也不會破裂。在不太高的溫度下,Si3N4 具有較高的強度和 抗沖擊性 ,但在1200℃以上會隨使用時間的增長而出現(xiàn)破損,使其強度降低,在1450℃以上更易出現(xiàn)疲勞損壞,所以Si3N4 的使用溫度一般不超過1300℃。由于Si3N4 的 理論密度 低,比鋼和工程超耐熱合金鋼輕得多,所以,在那些要求材料具有高強度、低密度、耐高溫等性質(zhì)的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金鋼是再合適不過了。
碳化硅
碳化硅又稱金剛砂(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物,莫桑石。 碳化硅又稱碳硅石。在當代C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中,碳化硅為應用最廣泛、最經(jīng)濟的一種,可以稱為金鋼砂或耐火砂。 目前中國工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種,均為六方晶體,比重為3.20~3.25,顯微硬度為2840~3320kg/mm2。
碳化硅有黑碳化硅和綠碳化硅兩個常用的基本品種,都屬α-SiC。①黑碳化硅含SiC約95%,其 韌性 高于綠碳化硅,大多用于加工抗張強度低的材料,如 玻璃 、陶瓷、石材、 耐火材料 、鑄鐵和有色金屬等。②綠碳化硅含SiC約97%以上,自銳性好,大多用于加工 硬質(zhì)合金 、 鈦合金 和 光學玻璃 ,也用于珩磨汽缸套和精磨 高速鋼刀具 。此外還有 立方碳化硅 ,它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體,用以制作的磨具適于軸承的超精加工,可使表面粗糙度從Ra32~0.16微米一次加工到Ra0.04~0.02微米。
加工方法
以上的內(nèi)容讓我們對碳化硅和氮化硅有了比較清晰的認知,那么如果要在這兩種材料上打孔或者銑削時到底采用哪種設(shè)備好呢?
前幾年人們在加工這類材料時往往都會用到手動的鉆床,這種設(shè)備構(gòu)造簡單體積較小,通常將其放置在工作臺面上即可進行手動打孔,這種機床只適合少量的產(chǎn)品試加工。要想大批量加工這類材料,往往需要用到專用的陶瓷精雕機,陶瓷精雕機是通過數(shù)控系統(tǒng)的控制來自動完成各種加工指令,它能夠高效且精準的在碳化硅和氮化硅上鉆孔、銑削。鑫騰輝數(shù)控近年來在這一領(lǐng)域有很深入的研究,并開發(fā)出了多款專門針對此種材料加工的陶瓷專用精雕機,機床搭載HSK36000rpm高速法蘭式主軸,剛性好精度優(yōu)異。
產(chǎn)能情況
中國有碳化硅冶煉企業(yè)200多家,年生產(chǎn)能力220多萬噸(其中:綠碳化硅塊120多萬噸,黑碳化硅塊約100萬噸)。冶煉變壓器功率大多為6300~12500kVA,最大冶煉變壓器為32000kVA。加工制砂、微粉生產(chǎn)企業(yè)300多家,年生產(chǎn)能力200多萬噸。2012年,中國碳化硅產(chǎn)能利用率不足45%。約三分之一的冶煉企業(yè)有加工制砂微粉生產(chǎn)線。碳化硅加工制砂微粉生產(chǎn)企業(yè)主要分布在河南、山東、江蘇、吉林、黑龍江等省。
中國碳化硅冶煉生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備和單噸能耗達到世界領(lǐng)先水平。黑、綠碳化硅原塊的質(zhì)量水平也屬世界級。中國碳化硅與世界先進水平的差距主要集中在四個方面:一是在生產(chǎn)過程中很少使用大型機械設(shè)備,很多工序依靠人力完成,人均碳化硅產(chǎn)量較低;二是在碳化硅深加工產(chǎn)品上,對粒度砂和微粉產(chǎn)品的質(zhì)量管理不夠精細,產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不夠;三是某些尖端產(chǎn)品的性能指標與發(fā)達國家同類產(chǎn)品相比有一定差距;四是冶煉過程中一氧化碳直接排放。國外主要企業(yè)基本實現(xiàn)了封閉冶煉,而中國碳化硅冶煉幾乎全部是開放式冶煉,一氧化碳全部直排。2012年,中國企業(yè)開發(fā)出了封閉冶煉技術(shù),實現(xiàn)了一氧化碳全部回收,但是距離全行業(yè)普及還有很長的路要走。
根據(jù)中國機床工業(yè)協(xié)會磨料磨具專委會碳化硅專家委員會的數(shù)據(jù),截至2012年底,全球碳化硅產(chǎn)能達260萬噸以上,產(chǎn)能達到1萬噸以上的國家有13個,占全球總產(chǎn)能的98%。其中中國碳化硅產(chǎn)能達到220萬噸,占全球總產(chǎn)能的84%。 [6]
中國碳化硅冶煉企業(yè)主要分布在甘肅、寧夏、青海、新疆、四川等地,約占總產(chǎn)能85%。
2012年在中國經(jīng)濟發(fā)展速度放緩的情況下,生產(chǎn)情況普遍不理想,加之光伏企業(yè)舉步維艱,碳化硅作為耐材、磨料和光伏行業(yè)的基礎(chǔ)原材料,出口和內(nèi)銷均大幅下滑。綠碳化硅微粉加工企業(yè)更是身陷光伏企業(yè)的債務鏈條,多數(shù)冶煉企業(yè)沒有開工,或者短暫開工后即停產(chǎn)。
2012年全年中國黑碳化硅產(chǎn)能沒有正常釋放,一方面是成交緩慢,庫存消耗慢,占壓資金量大,另一方面是下游行業(yè)消費商回款時間長,欠款現(xiàn)象嚴重,導致某些企業(yè)資金鏈緊張。
2012年中國黑碳化硅的主產(chǎn)地為寧夏和甘肅,青海和新疆的原有產(chǎn)能逐漸被淘汰,加上湖北丹江口弘源的冶煉產(chǎn)能,共計76.9萬噸, 2012年總產(chǎn)量約為34萬噸,黑碳化硅冶煉企業(yè)的產(chǎn)能利用率約為44.5%。
中國綠碳化硅冶煉的主產(chǎn)地是甘肅、青海、新疆和四川。四川主要靠水力發(fā)電站供電,受到枯水期電力短缺的影響,一年的生產(chǎn)時間只在4-10月份,最長能堅持6個月的生產(chǎn),但四川的冶煉爐幾乎沒有正常開工,主要因為市場需求疲軟,庫存難以消耗。2012年前三季度,中國鋼鐵廠開工率較低,只有到10月份以后鋼廠增加了開工率,對原料和耐火材料的消耗才略有增加,消耗了部分庫存。
市場需求
據(jù)海關(guān)統(tǒng)計顯示:2012年全年,中國碳化硅出口16.47萬噸,同比下降23.83%,出口2.75億美元,同比下降44.28%,出口平均價格1671.53美元/噸,同比下降26.84%。出口量價大幅度下降。全年領(lǐng)證量合計17.1萬噸,占全年出口量的104%。生產(chǎn)的碳化硅主要的出口國家有美國、日本、韓國、及某些歐洲國家。
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