碳化硅陶瓷防弹片的课程设计报告书

1、可编辑版可编辑版WordWord完善格式目录 HYPERLINK l “_TOC_250025“ 第一章 综述1 HYPERLINK l “_TOC_250024“ SiC陶瓷的根本性质1 HYPERLINK l “_TOC_250023“ 碳化硅的晶体构造1 HYPERLINK l “_TOC_250022“ 碳化硅的硬度及韧性1 HYPERLINK l “_TOC_250021“ 碳化硅的热膨胀系数和导热系数1 HYPERLINK l “_TOC_250020“ 碳化硅的化学稳定性1 HYPERLINK l “_TOC_250019“ 其它2 HYPERLINK l “_TOC_25001

2、8“ SiC主要烧结方法及特点2无压烧结2 HYPERLINK l “_TOC_250017“ 热压烧结3 HYPERLINK l “_TOC_250016“ 热等静压烧结3 HYPERLINK l “_TOC_250015“ 反响烧结4 HYPERLINK l “_TOC_250014“ 结论4 HYPERLINK l “_TOC_250013“ SiC无压烧结陶瓷的现状4 HYPERLINK l “_TOC_250012“ 主要内容4 HYPERLINK l “_TOC_250011“ 其次章主要设备选型6 HYPERLINK l “_TOC_250010“ 主要设备表6 HYPERLIN

3、K l “_TOC_250009“ 原料及配比6 HYPERLINK l “_TOC_250008“ 主要设备说明7 HYPERLINK l “_TOC_250007“ 三维混料机7 HYPERLINK l “_TOC_250006“ 行星球磨机8 HYPERLINK l “_TOC_250005“ 干压成型机8 HYPERLINK l “_TOC_250004“ 冷等静压机9 HYPERLINK l “_TOC_250003“ 真空烧结炉9 HYPERLINK l “_TOC_250002“ 金属模具10 HYPERLINK l “_TOC_250001“ 电子天平10 HYPERLINK

4、l “_TOC_250000“ 流速计10抛光机11工艺平面布置图12第三章工艺工程13工艺流程图13SiC原料的制备14喷雾造粒14原料的选取和浆料的制备过程153.2.3 球磨153.2.4 枯燥及研磨过筛15胚料成型工艺15成型方式的选择15干压成型法的模具选择16干压成型工艺参数16冷等静压16防弹片的烧结工艺17烧结气氛要求17烧结温度设计17精加工过程18第四章 产品性能检测19无压烧结方法制得的SiC制品的性能19SiC粉体原料性能检测19SiC陶瓷防弹片成品的性能检测204.3.1 产品204.3.2 性能检测20第五章结论23第六章小结24第七章参考文献24第一章 综述SiC

5、碳化硅的晶体构造SiCSiCSiCSiC结合和反平行结合，从而形成具有金刚石构造的 SiC。SiC 共 75 种变体，如、4H-SiC、15R-SiC-SiC、-SiC-SiCC4H15R6H100，6HSiC多种型体之间存在着肯定的热稳定性关系，在温度低 1600时，SiC 以-SiC2022左右简洁生成；15R6H2100以上的高温才易生成；6H-SiC，2200，也是格外稳定的。SiC化。碳化硅的硬度及韧性碳化硅的硬度相当高,仅次于几种超硬材料,高于刚玉而名列一般磨料的前22002800kg/mm2 100g)化硅的热态硬度虽然随着温度的上升而下降,但仍比刚玉的硬度大很多。施加规定压力之

6、后未被压碎的颗粒所占百分率来反映的,它受颗粒外形等很多因素的影响。碳化硅的热膨胀系数和导热系数2514004.4*106/摄氏度，刚玉的热膨胀系数高达78*106/。所以说明碳化硅的热膨胀系数很低。碳化硅的导热系数很高,碳化硅的导热系数比其他耐火材料及磨料要大的多,约为刚玉导热系数的 4 倍。一般工程计算要引用碳化硅的导热系数时，可取0.06280.0963J/cms。碳化硅的化学稳定性碳化硅的化学稳定性极佳。碳化硅本身很简洁氧化,但它氧化之后形成了一层二氧化硅薄膜,氧化进程逐步被阻碍。碳化硅陶瓷具有较强的耐酸耐碱性能，即具有良好的耐腐蚀性能。其它较高的高温强度。SiC1-1 SiC烧结方法

7、烧结原理条件特点反响烧结SiC+C烧结温度低；收缩率为 自 结汽或液相渗 Si，局部硅与碳零；多孔质，强度低；合反响生成 SiC,把原来胚体1400残 留 游 离 硅 多SiC 结合起来，到达烧16008%-15%，影响性能结的目的。B+CBCBNALALO42 3密度高，抗弯强度高；热压烧结ALN1950-2100不能制备外形简单制压，一面烧结.20-40MPa品；本钱高添 加 BCAL+B+C能制备出各种外形简单无压烧结AL2O3+Y2O3 等烧结助剂的制品；强度较高；纯度胚体，在惰性气氛进展固相2022-2200高，耐蚀性；烧结温度或液相烧结高缺点1.2.1无压烧结一、固相烧结 - S

8、i CB98 %的碳 SiC 1900便获得了密98%600MPaSiC2.0%C+1.0 %BS i C2150 2 h 无压烧470MPa5. 12 MPam1/2。BCBSiCCSiCBCBC+C，BN+C，AlN+C4缺点：需要较高的烧结温度2022,对原粉材料的纯度要求较高,并且烧结体断裂韧性较低,有较强的裂纹强度敏感性,在构造上表现为晶粒粗大且均匀性差，断裂模式为典型的穿晶断裂。二、液相烧结密化。即以肯定数量的多元低共熔氧化物为烧结助剂,使其与碳化硅颗粒外表的层起反响，在高温时形成局部晶界液相,导致界面结合弱化。来转变材料的成分和性质。的机械性能因液相的存在而降低。热压烧结热压烧结

9、方法是指在加压和加热条件下促使碳化硅烧结，一般压力在碳化硅烧结。缺点：生产效率低，只能生产外形简洁的制品。热等静压烧结或许 10002022和把握容器压力以惰性气体等气体为传压介质，或许为200MP，在适宜的温度和压力条件下进展烧结。优点：所以得到的碳化硅陶瓷构造均匀，性能优异。的产品，适用范围受到了限制。反响烧结SiC填粉，成型后烧结。在高温下发生 Si液或气相+C固生成了极细的 SiC结晶。低很小。缺点：在通常的制备工艺中,由于大量有机物的引入使坯体在热处理过程中的广泛应用。结论SiC烧结碳化硅陶瓷相对于无压固相烧结碳化硅耐高温性能差，特别是温度超过1400烧结碳化硅。应选用无压烧结生产碳

10、化硅陶瓷。SiC能、低本钱的碳化硅陶瓷成了人们争辩的热点之一。良性能使其广泛用于航空航天、电力电子、机械工业、石油化工等很多领域，可重要的应用前景，例如，可以用作耐磨零件、用于研磨介质、用于防弹板、用于市场相当可观。主要内容选定碳化硅原料、烧结助剂种类，选择适宜的配比进展成型烧结。碳化硅陶瓷的物理性能、力学性能和显微构造的测试分析。SiC 陶瓷在烧结过程中所产生的化学变化，构造、含量、成份的变化，及烧结过程中气氛的影响。其次章主要设备选型主要设备表设备名称烘箱电子天平金属模具 干压成型机真空烧结炉磨床验机型号NK01XQMMXJJ300YA32GDQFL4-1外观尺寸或孔直径(mm)12201

11、140990mm5050mm16mm表2-1主要设备原料及配比配方对产品性能起着打算性的作用。本试验所用的原料及配比方下表 2-2原料称量值表 2-2SiCBC4蒸馏水 乙醇油酸 94g1g6g65g 35ml1ml 0.1ml主要设备说明三维混料机MX 系列三维涡流混料机主要适用于金刚石制品、粉末冶金、食品、化工、制药等行业的粉末或微小颗粒的混料搅拌。主要特点,三维空间、六个自由度、加速、减速、抖动、摇滚等多种运动方式有机结合,不存在运动死角 、混料时间任意设定，混料速度可调。混料均匀、效率高、减小了粉料的氧化程度、工作原理:该机在运行中，由于混料桶体具有各方向运转动作，使各种物料的物料比重

12、偏析和积聚现象，混合无死角，能有效确保混合物料的最正确品质。构造组成:机由几座、传动系统、电器把握系统、多向运动机构、混合筒等镜面抛光。三维涡流混料机的参数表 2-3表 2-3 MX型号容输 出积转速外观尺寸混料时间18Lr/min12201140990mm100h行星球磨机行星式球磨机是混合、细磨、小样制备、纳米材料分散、产品研制和小批可编辑版每次试验可下磨制试样。工作原理:XQM 系列变频行星式球磨机是在同一转盘上装有四个球磨罐，当转盘转动0.11.02-4 。表 2-4 行星球磨机参数表型号进 料粒度粒度转速最大装样量NK010.1u公转：球磨罐容积XQM10mmm50-400r/min

13、自100-800r/min2/3转干压成型机3工作原理：/活塞油缸/缸/活塞循环做功，实现能量的转换，调整和输送，完成各种工艺动作的循环。Word完善格式可编辑版2.构造组成：四柱油压机由主机及把握机构两大局部组成。四柱油压机主机局部包括机 动机及各种压力阀和方向阀等组成。3.用途：压印、套形拉伸等工艺，洗衣机、电动机、汽车电机、空调电机、微型电机、伺服电机、车轮制造、减振器、摩托车及机械等行业。冷等静压机4 冷等静压机2-5表 2-5 冷静等压机参数表型号功率最 高工作压力升 压工作缸有时间效尺寸300LDJ100/320-2.2kwa300Mp3Min 100 320mm真空烧结炉Word

14、完善格式可编辑版水、氧、氮及其他的杂质等对物料的污染，避开消灭脱碳、渗碳、也有显著效果等优点。GDQ2-6表 2-6GDQ型号GDQ-J1616mm金属模具本工艺生产陶瓷压环所承受的模具为金属模具，其要求如表 2-7 所示。表 2-7外观mm50*50电子天平JJT承了 TRS232电子天平的技术指标表 2-8。表 2-8 电子天平的技术指标称型号寸量平流速计JJ3000.01g135mm300gGB 1482-842.5mmWord完善格式可编辑版50g表 2-9FL4-1型流速计的构造参数型号漏斗小支架、底天秒量筒孔直径座、接收器平表FL4-12.5mm相互支撑100g0.01s2.3.9

15、 抛光机抛光机的组成构造5 抛光机抛光机由底座、抛盘、抛光织物、抛光罩及盖等根本元件组成。抛光机织物通过套圈紧固在抛光盘上，电动机通过底座上的开关接通电源起动 罩及盖可防止灰土及其他杂物在机器不使 用时落在抛光织物上而影响使用效织。Word完善格式可编辑版可编辑版WordWord完善格式原料原料浆料制备喷雾造粒成型工艺平面布置图烧结加工原料入口喷雾造粒成型室烧结室加工车间烧结加工原料入口喷雾造粒成型室烧结室加工车间产品库入口工艺流程图选择并称取原料预 先选择并称取原料预 先混合SiC(94g)和B4C(1g)蒸馏水65gpH101ml+聚甲基丙烯酰胺0.1ml6g+乙醇35g将以上原料倒入密封

16、罐5 小时氨酯介将混料后的浆料倒入10 小时球磨80目将过筛后的粉料倒入磨具，进展干压成型成型后素胚冷等静压无压烧结粗磨、抛光一次抛光、二次抛光成品喷雾造粒我们承受喷雾造粒喷雾枯燥法制造 SiC 粉体，它是通过机械作用，将增大水分蒸发面积，加速枯燥过程得到可以粒径分布较为均匀、纯度较高的的 -SiC98%以上的粉体其粒径把握在亚微米级以内。原料的选取和浆料的制备过程酚醛树脂和B C粉混合后作为胶粘剂，乙醇可以溶解酚醛树脂同时也可以起4到防聚作用，聚甲基丙烯酰胺作为分散剂。本次方案：称取94g SiC 粉体，1g BC 粉，蒸馏水65g，酚醛树脂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检查密封罐密封是否良好，放入聚氨酯后将密封罐置于三维混料机并固定后，启动混料机进展5小时混料过程。球磨，还可以使粉料粒度降低，到达成型要求。400g磨介并倒入罐中，将球磨罐置于行星球磨机中固定后，设置球磨时间10小时，启动设备。枯燥及研磨过筛24小时的枯燥过程！枯燥完毕后，便将枯燥好的粉料进展研磨并过筛，筛子的规格为80目。胚料成型工艺成型方式的选择陶瓷材料的成型工艺是制备陶瓷材料的重要环节 ,也是提高陶瓷坯体均匀成型的方法！干压成型法工艺简洁，操作简洁，周期短本钱低且成型效率高,成干压成型可分为以下几种：单向加压,即模腔和下压头固定,上压头移动;向加压,模腔固定,

18、上、下压头移动;的,使用液压把握时,在某一设定压力下压头停顿移动。本方案承受单向加压干压成型法。干压成型法的模具选择模具以及模具的装配方式对产品质量以及模具等的使用寿命有着直接的影 了SiC的粉体，否则也会产生产品外形不规章从而影响质量和后续的检验。制作检验的块时也应当使SiC粉均匀分布于模具内部。在模具内部装满粉料之前均可用工具敲击模具四周使内部粉体充分均匀分布。干压成型工艺参数的流淌性、坯体的致密度等。本方案中干压成型承受的是16t的压力。高度小，压力梯度小旋钮，使压力增到16t时停顿，此过程较简洁把握。假设加压速度过快，保压时间案中制备碳化硅陶瓷防弹片的保压时间为60s。冷等静压等静压是

19、将预压好的坯体包封在弹性的橡胶模具或塑料模具内,然后置于高压容器中施以高压(压力通常在100以上),压力由液体介质传递至弹性模具对坯体加压。然后释放压力,取出模具并从模具中取出成型好的坯体。厚，所以此工艺为可选工艺。防弹片的烧结工艺SiC SiC 烧结工艺。SiC理可以分为两种：液相烧结和固相烧结。固相烧结是指在 SiC 粉体中添加BC 等元素能够溶于 SiC 中，4BSiCSiC 晶粒间形成能量较2发生反响，可以去除 SiC 外表的SiO2SiC 粉体中参加金属氧化物，在较低温度2022下，金属氧化物熔化或与 SiO 等反响生成为液相，通过液相烧结到达致密化，常用的烧结2助剂有 MgOAlO

20、AlO+YO22 32 32 3本次方案承受无压烧结固相法。烧结气氛要求剂可降低烧结温度，稳定剂提高碳化硅烧结过程中的稳定性。烧结温度设计96%理论密度可到达3.21g/cm3SiC陶瓷在2130-2220【7】范结温度把握即烧结工艺如下表3-1，烧结时间为8小时。表3-1温01001000125125125017317301730213213度000000/时保保 温间12025温48305530/mi30n本方案承受退火工艺，即随炉冷却，其次天再取出。精加工过程以使外表致密度提高，降低被侵蚀度。用多能磨抛机可以很好的完成磨抛工序。第四章 产品性能检测无压烧结方法制得的 SiC 制品的性能4

21、-1SiC性质密度/g/cm3 /硬度/HRA弯曲强度/MPa,室温 /MPa,1000热容/【cal/g. 断裂韧性/(MPa.m1/2)弹性模量/GPa热导率/W/(m.K)热膨胀系数/(10-6/)SiC 粉体原料性能检测SiC3.14-3.182700945004750.22.4440844.3SiC5-15-2样品检测次数表4-2SiC 粉体的流淌性检测结果123平均值流淌性s/50g37.136.035.636.2可编辑版表4-3SiC粉体的松装密度检测结果检测次数o器和粉o器质量粉体质量容器体积松装密度体质量/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产品性能检测4-1 实际产品SiC5-35-4所示。Word完善格式可编辑版表4-4样品相关的检测数据烧 前烧后 素 坯 烧失 收缩样品烧前尺寸/mm质 量 样品烧后尺寸/mm 质量 密度/ 率/% 率/%/g/gg/cm340.7240.5436.2436.455.5016.944.9412.81.8624.211.03604-5 样品在不同介质中的质量测量结果样品干重mg 饱吸液体试样 饱吸液体试样在样品密度o在液体中的重 空气中的

23、重量 m2(g/cm3)mgg1环状13.968.729513.96622.66片状12.836.367112.83551.98数值计算：上表中的数值的计算公式为：设，烧结之前的质量为mgmgL，烧结之前素坯体积为V。001mg、饱吸液体试样在液体中的重量mg、液21体的密度(g/cm3)、陶瓷的实际密度,烧失率和收缩率为：际密度(g/cm3) = m/mm(g/cm3)oo21烧失率%W =100 (mm)/m100收缩率%W =100L-L / L2010素坯密度1 = m/V(g/cm3)oo2三点抗弯：三点抗弯计算公式如下：为三点抗弯值；L-跨距；b-宽度；h-厚度。三点抗弯图如下：Word完善格式可编辑版图7-2 三点抗弯测量结果图样品条4-6b/mm一样样品条不同条的三点抗弯测量结果高h/mm跨距L/mm/N三点抗弯14.043.0230212.458259.524.023.0430238.418288.8Word完善格式可编辑版可编辑版WordWord完善格式结论与分析：36.2s50g,它与粒子的外形大小外表状态密度孔隙率等因素有很大的关系。的充填速度与充填程度。24.2