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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(shí)間:2018-12-14

                    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(jìn)行機械加工的話(huà)也是有很多的難點(diǎn)的,今天我們主要來(lái)討論的是關(guān)于這兩類(lèi)陶瓷材料采用何種設備來(lái)進(jìn)行鉆孔以及銑削的問(wèn)題。下面請跟著(zhù)陶瓷雕銑機生產(chǎn)廠(chǎng)家-鑫騰輝數控來(lái)一起學(xué)習一下。首先我們來(lái)簡(jiǎn)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(shí)不收縮的無(wú)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(jià)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?chē)兴膫€(gè)氮原子,分別位于四面體的四個(gè)頂點(diǎn),然后以每三個(gè)四面體共用一個(gè)原子的形式,在三維空間形成連續而又堅固的網(wǎng)絡(luò )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(huì )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(huì )隨使用時(shí)間的增長(cháng)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(guò)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(guò)了。

                    碳化硅

                    碳化硅又稱(chēng)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(shí)需要加食鹽)等原料通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見(jiàn)的礦物,莫桑石。 碳化硅又稱(chēng)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(chēng)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(gè)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(xué)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(shí)到底采用哪種設備好呢?

                    前幾年人們在加工這類(lèi)材料時(shí)往往都會(huì )用到手動(dòng)的鉆床,這種設備構造簡(jiǎn)單體積較小,通常將其放置在工作臺面上即可進(jìn)行手動(dòng)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(lèi)材料,往往需要用到專(zhuān)用的陶瓷精雕機,陶瓷精雕機是通過(guò)數控系統的控制來(lái)自動(dòng)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(lái)在這一領(lǐng)域有很深入的研究,并開(kāi)發(fā)出了多款專(zhuān)門(mén)針對此種材料加工的陶瓷專(zhuān)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(wàn)噸(其中:綠碳化硅塊120多萬(wàn)噸,黑碳化硅塊約100萬(wàn)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(wàn)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(xiàn)。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(jìn)水平的差距主要集中在四個(gè)方面:一是在生產(chǎn)過(guò)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(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(lèi)產(chǎn)品相比有一定差距;四是冶煉過(guò)程中一氧化碳直接排放。國外主要企業(yè)基本實(shí)現了封閉冶煉,而中國碳化硅冶煉幾乎全部是開(kāi)放式冶煉,一氧化碳全部直排。2012年,中國企業(yè)開(kāi)發(fā)出了封閉冶煉技術(shù),實(shí)現了一氧化碳全部回收,但是距離全行業(yè)普及還有很長(cháng)的路要走。

                    根據中國機床工業(yè)協(xié)會(huì )磨料磨具專(zhuān)委會(huì )碳化硅專(zhuān)家委員會(huì )的數據,截至2012年底,全球碳化硅產(chǎn)能達260萬(wàn)噸以上,產(chǎn)能達到1萬(wàn)噸以上的國家有13個(gè),占全球總產(chǎn)能的98%。其中中國碳化硅產(chǎn)能達到220萬(wàn)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)的基礎原材料,出口和內銷(xiāo)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(wù)鏈條,多數冶煉企業(yè)沒(méi)有開(kāi)工,或者短暫開(kāi)工后即停產(chǎn)。

                    2012年全年中國黑碳化硅產(chǎn)能沒(méi)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(shí)間長(cháng),欠款現象嚴重,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(wàn)噸, 2012年總產(chǎn)量約為34萬(wàn)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(shí)間只在4-10月份,最長(cháng)能堅持6個(gè)月的生產(chǎn),但四川的冶煉爐幾乎沒(méi)有正常開(kāi)工,主要因為市場(chǎng)需求疲軟,庫存難以消耗。2012年前三季度,中國鋼鐵廠(chǎng)開(kāi)工率較低,只有到10月份以后鋼廠(chǎng)增加了開(kāi)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(chǎng)需求

                    據海關(guān)統計顯示:2012年全年,中國碳化硅出口16.47萬(wàn)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(jià)格1671.53美元/噸,同比下降26.84%。出口量?jì)r(jià)大幅度下降。全年領(lǐng)證量合計17.1萬(wàn)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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