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      碳化硅及氮化硅等陶瓷材料打孔用什么機床加工最好

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      時間:2018-12-14

      碳化硅和碳化硅是兩種超硬質地的陶瓷材料,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于這兩類陶瓷材料采用何種設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廠家-鑫騰輝數控來一起學習一下。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之一。具有高強度、低密度、耐高溫等性質。Si3N4 陶瓷是一種共價鍵化合物,基本結構單元為[ 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而又堅固的網絡結構。

      氮化硅的很多性能都歸結于此結構。純 Si3N4 為3119,有α和β兩種 晶體結構 ,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 系數低、 導熱率 高,故其耐熱沖擊性極佳。 熱壓燒結 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破損,使其強度降低,在1450℃以上更易出現疲勞損壞,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等非氧化物高技術耐火原料中,碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種,可以稱為金鋼砂或耐火砂。 目前中國工業生產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,這種設備構造簡單體積較小,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控系統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。鑫騰輝數控近年來在這一領域有很深入的研究,并開發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,剛性好精度優異。

      產能情況

      中國有碳化硅冶煉企業200多家,年生產能力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、微粉生產企業300多家,年生產能力200多萬噸。2012年,中國碳化硅產能利用率不足45%。約三分之一的冶煉企業有加工制砂微粉生產線。碳化硅加工制砂微粉生產企業主要分布在河南、山東、江蘇、吉林、黑龍江等省。

      中國碳化硅冶煉生產工藝、技術裝備和單噸能耗達到世界領先水平。黑、綠碳化硅原塊的質量水平也屬世界級。中國碳化硅與世界先進水平的差距主要集中在四個方面:一是在生產過程中很少使用大型機械設備,很多工序依靠人力完成,人均碳化硅產量較低;二是在碳化硅深加工產品上,對粒度砂和微粉產品的質量管理不夠精細,產品質量的穩定性不夠;三是某些尖端產品的性能指標與發達國家同類產品相比有一定差距;四是冶煉過程中一氧化碳直接排放。國外主要企業基本實現了封閉冶煉,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,中國企業開發出了封閉冶煉技術,實現了一氧化碳全部回收,但是距離全行業普及還有很長的路要走。

      根據中國機床工業協會磨料磨具專委會碳化硅專家委員會的數據,截至2012年底,全球碳化硅產能達260萬噸以上,產能達到1萬噸以上的國家有13個,占全球總產能的98%。其中中國碳化硅產能達到220萬噸,占全球總產能的84%。 [6]

      中國碳化硅冶煉企業主要分布在甘肅、寧夏、青海、新疆、四川等地,約占總產能85%。

      2012年在中國經濟發展速度放緩的情況下,生產情況普遍不理想,加之光伏企業舉步維艱,碳化硅作為耐材、磨料和光伏行業的基礎原材料,出口和內銷均大幅下滑。綠碳化硅微粉加工企業更是身陷光伏企業的債務鏈條,多數冶煉企業沒有開工,或者短暫開工后即停產。

      2012年全年中國黑碳化硅產能沒有正常釋放,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消費商回款時間長,欠款現象嚴重,導致某些企業資金鏈緊張。

      2012年中國黑碳化硅的主產地為寧夏和甘肅,青海和新疆的原有產能逐漸被淘汰,加上湖北丹江口弘源的冶煉產能,共計76.9萬噸, 2012年總產量約為34萬噸,黑碳化硅冶煉企業的產能利用率約為44.5%。

      中國綠碳化硅冶煉的主產地是甘肅、青海、新疆和四川。四川主要靠水力發電站供電,受到枯水期電力短缺的影響,一年的生產時間只在4-10月份,最長能堅持6個月的生產,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

      據海關統計顯示: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。全年領證量合計17.1萬噸,占全年出口量的104%。生產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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