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国产、进口等静压石墨材料

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  某某某某大学学士学位论文某某某某大学 学士学位论文 论文问题:SiC 基陶瓷行为高温 玻璃夹具资料的斟酌 教导西宾姓名:论文提交时期: 论文答辩时期: 学位授予时期: 北方民族大学教务处 某某某某大学学士学位论文 本文紧要对SiC基陶瓷行为高温玻璃夹具资料的可行性举办斟酌。采用刻板化学 连接无压烧结制备碳颗粒改性SiC 陶瓷基复合资料(Cp/SiC),对其举办了 XRD、SEM 外征,阐明了差别碳含量对C/SiC 陶瓷烧结样品的体紧缩率、密度、抗弯强度、显微 硬度、断裂韧性和机加工性的影响。同时操纵混沌数学外面,创造了混沌归纳评判模 型。咱们试图通过陶瓷的断裂韧性、硬度和抗弯强度等物理力学本能,对陶瓷的可加 工性举办举办预测。结果说明:烧结后的C/SiC 复相陶瓷中的SiC 发作了晶型转嫁, 而且 α-SiC β-SiC的结晶度更好。正在含碳量为 0~20%的斟酌领域内,碳含量为 10%的C/SiC 复相陶瓷的显微结构最致密,并且碳与SiC 的连接处境较好。跟着碳 含量的推广,C/SiC 烧结体的密度、体紧缩率和抗弯强度都渐渐较小。跟着碳含量 的推广,碳碳化硅复相陶瓷机加工性渐渐加强。 合节词:Cp/SiC;高温玻璃夹具;机加工性;力学本能 某某某某大学学士学位论文 II ABSTRACT paper,we mainly study SiliconCarbide Matrix ceramic materials temperatureglass fixture. ceramicsample carbonparticles modified silicon carbide ceramic matrix composite (Cp/SiC) synthesizedvia mechano-chemical combination pressurelesssintering weanalysed differentcarbon content SiCceramic sintered had bodyshrinkage, density, bending strength, microhardness,fracture toughness machinabilitymechanical properties.At sametime,we established fuzzycomprehensive evaluation model through fuzzymathematical theory. ceramicvia mechanicalproperties,such fracturetoughness, hardness bendingstrength soon.The results were follows:Thesilicon carbide’ crystal SiCcomposite ceramics has transformed,and betterthan β-SiC after sintering. when carboncontent SiCcomposite ceramics mostdense, siliconcarbide 20%within studyarea.With carboncontent, SiCsintered volumetricshrinkage, bendingstrength all gradually decreased. carboncontent, Cp/SiCgradually strengthened. Key words: Cp/SiC,High-temperature glass fixture,machinability mechanical properties 某某某某大学学士学位论文 III 第一章绪论 1.1SiC陶瓷资料概述 1.1.1SiC 资料的性子极其使用 1.1.2碳碳化硅复合陶瓷资料 1.2项目斟酌布景 1.2.1玻璃行业夹具资料近况 1.2.2行为玻璃夹具资料的条款条件 1.2.3SiC 资料正在玻璃行业的使用前景 1.3陶瓷的机加工措施 1.4陶瓷资料可加工性的外征与影响成分 1.4.1陶瓷资料可加工性的外征与评估 1.4.2陶瓷资料机加工毁伤的外征 1.4.3影响陶瓷资料可加工性的成分 1.5陶瓷机加工机理 1.6斟酌的目标和意旨 第二章尝试 102.1 尝试所用原料及仪器 102.1.1 原料及其本能目标 102.1.2 尝试所用仪器及用处 112.2 尝试历程 112.2.1 112.2.2 干燥 122.2.3 成型 122.2.4 样品烧结 122.2.5 密度丈量 132.2.6 试样的磨切 132.2.7 力学本能检测 142.2.8 机加工测试 14某某某某大学学士学位论文 IV 153.1 尝试结果阐明 153.1.1 C/SiC 复相陶瓷的XRD 物相构成阐明 153.1.2 C/SiC 复相陶瓷的显微机合阐明 163.1.3 碳含量对C/SiC 复相陶瓷密度的影响 163.1.4 碳含量对C/SiC 复相陶瓷体紧缩率的影响 173.1.5 碳含量对陶瓷抗弯强度的影响 183.1.6 碳含量对陶瓷显微硬度和断裂韧性的影响 183.2 数学筑模阐明 203.2.1 混沌评判模子的创造 203.2.2 模子求解 213.3.3 管理措施 23第四章 结论 25参考文献 26附录 外语文献原文 28译文 39某某某某大学学士学位论文 第一章绪论 1.1 SiC 陶瓷资料概述 1.1.1 SiC 资料的性子极其使用 SiC 是具有极强共价键的化合物,共价键因素大约占88%;Si-C 键强度极高,键 长大约为1.888A。SiC 因为其机合而具有很众良好本能,比如抗氧化性强、高温强度 大、耐磨损、热安谧性优、热导率大、热膨胀系数小、硬度高以及高抗热震和耐化学 侵蚀。SiC 陶瓷资料同时还具有高温抗氧化性,正在高温条款下,皮相会有一层致密的 保卫膜天生,阻碍了资料的进一步氧化,使其具有良好的抗氧化本能。由为SiC 陶瓷 资料的繁众本能,己被普通使用于各个周围。 因为SiC 陶瓷资料的高硬度,是常睹的磨料之一,所以可能创制砂轮和种种磨具; 因为它的弹性模量高和密度低,保障了它具有很高的比刚度,所以可行为高科技周围 中的机合资料;因为其导热系数高、热安谧性和化学安谧性好,所以常用作化工泵的 耐磨、抗侵蚀密封部件;因为它的热膨胀系数险些可能与Si 和GaAs 比拟,少许SiC 陶瓷亦可用于封装电子资料;因为碳和硅的原子序数都比拟低,所以SiC 陶瓷资料可 以行为原子响应堆的机合资料;SiC 陶瓷资料还可用于高温机合资料等邦民经济生存 中的很众周围 1.1.2碳SiC 复合陶瓷资料 C/SiC 复合资料行为一种新资料,正正在渐渐惹起人们的合怀。它既可能行为高温 情况中应用的机合资料,又可能行为高导电、高传热资料正在卓殊场地阐发特殊的效率。 它是一种以碳颗粒为加强体,以SiC 为基体的复合资料,归纳了碳颗粒加强体优秀的 力学本能和陶瓷基体优秀的化学和热安谧性。具有密度低、耐磨、抗氧化性及抗热震 性好等特性,应用温度可达1000以上。C/SiC 复合资料既可能行为耐高温的机合材 料,又可能行为高导电、高传热资料正在卓殊场地阐发特殊的效率。因为它具有耐高温、 抗磨损、耐侵蚀、耐辐照、硬度高、弹性模量高、热导率高、高温强度优、热膨胀系 数小、抗热震性好、临界击穿电场高、饱和电子漂移速率高、介电常数小和吸波本能 好等优异本能,可能继承金属资料和高分子资料难以继承的苛刻职责情况,所以成为 很众新兴科学时间得以告竣的合节,也必将成为21 世纪一项紧张的资料斟酌倾向 1.2项目斟酌布景 1.2.1 玻璃行业夹磨具资料近况 近年来,跟着电子工业的迅猛成长,工业玻璃成品分娩行业的成长步调渐渐加快, 因为成千上万的特种玻璃零件需求正在高温条款下熔化使其成型,所以对耐高温的夹具 及支架资料的需求也越来越兴隆。同时,跟着玻璃制瓶和器皿业的高速成长,玻璃瓶 罐的分娩早先以高速和轻量化为倾向成长,导致用于玻璃模具的资料日益受到珍爱, 加倍是少许合股或三资企业的分娩玻璃瓶罐的厂家,因为引进了外洋先辈的分娩线用 于制瓶,所以对玻璃模具的质地有了更高的条件,对玻璃模具资料的条件也渐渐肃穆。 目前,玻璃创制业应用的撑持及夹具资料为石墨资料。石墨固然具有耐高温性格,但 也存正在诸众的偏差:(1)资料密度小,易受粉碎,损耗大;(2)知足不了急冷,急热 职责条款条件;(3)容易被氧化,且氧化后,因为各个孔的定位和其自身几何尺寸精 度知足不了应用条件,所以无法无间应用;(4)应用寿命短,石墨夹具最大应用寿命 为100 个周期;通常陶瓷夹具的少许资料具有挥发性,能附着正在金属件皮相上,影响 夹具的反复应用,形成维修穷苦等。而因为SiC 陶瓷资料具有高强度、高耐磨性、优 异的抗氧化性,不过很容易与玻璃发作粘结,阻挡易被离别,并且烧结成品的加工难 度大。以是需求斟酌开拓一种既具有碳资料优秀的可加工性又具有SiC 资料优秀的耐 磨性、抗氧化性等长处的复合资料来替换现有石墨资料,管理目前高温玻璃夹具的难 1.2.2行为玻璃夹具资料的条款条件 (1)材质致密,易于加工,能获取良好的皮相粗略度。烧结成陶瓷成品后易钻 孔、易切割等性格,唯有材质致密易于加工才调加工出高精度的夹具; (2)化学安谧性好。夹具资料要有肯定的抗玻璃侵蚀和正在职责温度下的抗氧化 才力,不然模具正在应用时将会显露脱皮和起鳞形势,重要影响玻璃夹具的质地和夹具 自身的寿命; (3)应具有优秀的耐热性和热安谧性。由于夹具正在高温情况中应用,以是条件 工业玻璃部件烧制历程中的夹具资料必需耐900~1100高温; (4)工高温情况下不与玻璃发作粘结、抗氧化性、导热性、耐磨性优秀; (5)夹具应用寿命达500~1000 个周期; (6)力学本能:抗弯强度为100MPa~180Mpa,知足强度条件。 某某某某大学学士学位论文 1.2.3SiC 资料正在玻璃行业的使用前景 目前,玻璃窑中应用的撑持资料紧要为石墨资料。石墨固然可能耐高温,但材质 松散,高温下易氧化,很容易损坏,资料打发高。SiC 资料固然具有很好的耐高温、 耐磨损、抗热震性、抗氧化性等,但该资料硬度极高,以致于烧结致密后无法机加工, 而且正在高温下很容易与玻璃粘结正在沿途,不易离别。要是能刷新SiC 陶瓷的机加工性 和其与玻璃的粘结性,将正在玻璃行业中有宽广的成长前景,并能促使通盘陶瓷行业的 成长。 1.3 陶瓷的机加工措施 常睹工程陶瓷加工时间紧要有:激光/等离子加工、刻板加工、超声波加工、电 火花加工、化学刻板加工、高压磨料水射流加工以及种种复合加工工艺。陶瓷资料的 差别的加工措施的采用可凭据资料的品种、工件形势、加工精度、皮相粗略度、加工 服从和加工本钱等成分肯定 ,常睹的加工措施有以下几种。(1)刻板加工 刻板加工是一种陶瓷资料的守旧加工措施,也是使用最为广大的加工措施。机加 工紧要网罗对陶瓷资料举办的车削、切削、磨削、钻孔等加工时间。其具有加工服从 高和工艺浅易的上风,但因为陶瓷资料硬度高、质脆,所以通过刻板加工难以竣事尺 寸精度高、皮相粗略度低、牢靠性高、形势繁复的工程陶瓷部件。 (2)放电加工 1947 Lazarenko等对将放电加工用于硬质金属资料提出了然决的思绪。正在 80 年代后期,放电加工时间渐渐被引入陶瓷周围用于资料加工。斟酌显示:陶瓷资料可 以用放电加工举办加工的条款是陶瓷/陶瓷或金属/陶瓷复合资料的电阻值比 100Ωm 小。放电加工属于无接触式的精致加工时间。开始把加工原件和型模不同做为电途的 阳、阴极,用液态的绝缘电介质把两级间隔,诈骗悬浮正在电介质中的高能量等离子体 爆发的刻蚀效率,另外层资料溶化、热剥离或蒸发,从而竣事资料加工。正在加工历程 中,因为模具没有与工件发作直接接触,故没有刻板应力效率正在资料的皮相上,以是, 放电加工属于一种较理念的用于加工脆性高、极硬陶瓷资料首选措施,但放电加工不 适当于不导电资料。 (3)高压磨料水加工 1968 年,美邦密苏里大学的 Romanflanzi 博士公告了第一个相合水射流切割 某某某某大学学士学位论文 时间的专利(高压水射流),即诈骗高压水磨料的射流举办加工的时间。渐渐正在工程周围中获取使用。工程陶瓷资料寻常为硬度高、强度高资料,简单诈骗水射流加工, 大约要用700~1000MPa 的高压,这正在尝试中都较难告竣,单磨料水射流却可能较速 提升进攻能量。平时磨料操纵自然的石榴石。高压磨料水射流加工是一种高能量束的 机加工时间,它的道理是陶瓷皮相面正在2~3 倍音速的粉料进攻下,资料正在高强的进攻 力效率下,会使皮相爆发较众的裂纹,伴跟着高压流进攻波的推广,裂纹会接续延迟, 陶瓷皮相会有碎屑掉落。用高压磨料水射流加工资料,陶瓷到底上是一种资料的动态 裂纹扩展历程,即诈骗裂纹的延迟告竣资料的磨削、钻孔加工、切屑,目下依然正在复 合资料、工程陶瓷等资料周围加工中获取了使用。 (4)超声波加工 诈骗东西(模具)惹起超声波,进而使陶瓷元件和东西间的磨料悬浮液哆嗦,对 元件举办进攻和扔磨的加工时间叫超声波(即振动的频率大于16000 的振动波)加工。跟着工件正在三维方位上的进给,工件端部的形势被慢慢复制到陶瓷部件上。通 常磨料有B4C、碳化硅和Al2O3 等。平时采用的职责液是水,为了推广陶瓷皮相的加工 质地,也可诈骗机油或者石油行为液态介质。因为正在加工时,效率正在元件上的力不大, 正在资料皮相上爆发的刻板应力很小,所以对资料的欺负小、皮相粗略度较好。超声波 加工实用于形势繁复、导电性差的硬脆资料的加工。 (5)激光加工 激光加工时把高能量密度的激光束当做热源,正在加工的陶瓷资料皮相爆发霎时高 温,形成个人溶化或汽化,从而除去资料。激光加工是一种没有接触、没有摩擦的加 工工艺,加工时,不需求模具,只消聚焦激光束正在陶瓷皮相上的处所,就可到达对三 维形势繁复资料举办加工的目标。于陶瓷资料上创制微机合,举办微钻孔、微切割, 也可通过激光加工告竣。目下已能加工半径2~2.5um、径深比大于10 以上的微孔。 寻常选用CO 和Nd的激光行为光源。 (6)其他加工时间 由西迷歇根大学的创制工程教练 John Patten 博士开拓了一种称为“ LAM 的微激光指引加工时间,该措施将激光与金刚石道具连接起来,对陶瓷资料举办加热软化和切削加工。加工装配集成了一种红外光纤激光。激光通过一个具有很高观雪清 晰度的单点金刚石刀具照耀到工件上,将工件资料加热到600 摄氏度以上。其他工程 时间职员依然实验了用种种差别的措施来加工陶瓷,期中一种措施即是先正在炉子中加 热工件,然后再对其举办加工 ;另一种措施是不同采用激光加热和金刚石刀具切削,某某某某大学学士学位论文 而Patten创造的措施将激光和金刚石具集成到沿途,以是具有明明上风,关于这种技 术,正正在和一家日本公司商说的Patten 正正在争取告竣这项时间的贸易化,也即是加入 到分娩之中,笃信有这项时间的扶助的话,正在某种意旨上而言对二氧化硅的加工是一 种提高,对陶瓷资料的加工也是一种提高,对通盘行业的发张都是一种很大的提高。 1.4 陶瓷资料可加工性的外征与影响成分 1.4.1 陶瓷资料机加工性的外征和评估 资料的机加工性寻常采用用钻削、切削、磨削、车削等刻板加工的穷苦度来举办 定性形容。无误定量外达资料机加工的穷苦度很难。凭据采用的不相同的测试措施, 用来评判资料的机加工性的参数品种许众,比如:钻孔率、资料皮相粗略度、寿命、去 除率、切削能、刀具磨损率或切削力资料等。繁众参数紧要肯定于资料的力学本能以 及显微机合,紧要与断裂强度、硬度、韧性等相合,也于资料加工时间的先辈水准相合。 塑性指数(P=Hv/E)寻常被用于外征资料拒抗形变和断裂的才力,它的值越小, 资料的机加工性越优。Boccaccini 采用用脆性指数(B)做为评估资料机加工性的参数, 如式(1-1)。 IC 断裂韧性硬度 脆性指数((1-1) 以是,可能采用用可加工指数(M),即脆性指数(B)的倒数,来评判陶瓷资料的机 加工性。同类资料可加工指数(M)值越大,陶瓷资料的机加工性越优。可加工指数(M) 公式睹公式(1-2)。 硬度断裂韧性 可加工指数((1-2) 1-2 中,KIC 暗示陶瓷拒抗断裂的才力;硬度 Hv 暗示陶瓷抗争变形的才力。因为 KIC(睹下式 1-3)与塑性变形功、Vp 资料的皮相能 相合,故同塑性指数比拟,能较好展现差别资料的性格。 (1-3)个中E′=E/(1-υ 2),平面应变形态;E′=E,平面应力形态;υ 为泊松比。 Evans 指出正在资料去除率相仿的处境下,依照磨削力(P)、切削能来形容资料的机 加工性,睹式(1-4),个中资料从皮相沿钻头搬动一个单元体积时所需的能量成为切削 值越大,资料的机加工性越差。BAIK等采用刀具测力器丈量切削力,较无误 某某某某大学学士学位论文 IC(1-4) 正在目下工程周围,平时是正在操纵特制刀具及钻头对资料举办扔磨、切削、磨削等 加工时,采用测定刀具等的加工速率以及资料的皮相粗略度来量度资料的机加工性。 关于陶瓷、合金、玻璃质资料等新型超硬且加工穷苦的资料,寻常也操纵相对切削加 工性系数Kr 外征资料的相对切削加工性,即Kr=v60/(v60),个中(v60)为当刀具的使 用时期定为60min,切削最大应力为0.637Gpa 的45#钢(把该资料行为基准)时所采用 的切削速率;v60 为正在刀具应用寿命法则为60min,对某种资料举办切削时所能采用 的切削速率。当资料的 Kr