Boro karburozko zeramikazko bala-erresistente bero prentsatuetarako prestaketa-teknologia eta irtenbideak

Boro karburoa oxido gabeko zeramikazko materiala da, energiaren, armadaren, energia nuklearraren eta balen aurkako aplikazioen arloetan oso erabilia, urtze-puntu altua, gogortasun handia, dentsitate baxua, egonkortasun termiko ona, higadura kimikoarekiko erresistentzia handia eta neutroien xurgapen-ahalmen handia dituelako. Diamante beltza bezala ezagutzen da, Boro karburoa Diamantearen eta boro nitruro kubikoaren ondoren hirugarren material gogorrena da, eta, beraz, material supergogorren familiako kide garrantzitsu bihurtzen du.

Gaur egun, boro karburozko bala-babes materialak batez ere sinterizazio metodoaren bidez prestatzen dira, baina boro karburoa lotura kobalente sendoak dituen material zeramikoa da, lotura kobalenteek % 90 baino gehiago osatzen dute, eta boro karburoaren plastizitatea eskasa da, maila-mugimenduaren erresistentzia oso handia da eta gainazaleko tentsioa oso txikia da egoera solidoan, eta horrek zehazten du boro karburoa sinterizatzeko oso zaila den material zeramikoa dela. Boro karburo puruak normalean arazoak ditu, hala nola sinterizazio-tenperatura altua, sinterizazioaren ondoren lortutako zeramiken dentsitate baxua eta sinterizazio-prozesuan zehar haustura-gogorra eskasa. Industrian, presio gabeko sinterizazioa, konpresio beroko sinterizazioa, sinterizazio isostatiko beroa eta deskarga-plasma sinterizazioa bezalako teknologiak erabiltzen dira normalean boro karburoaren propietate mekanikoak hobetzeko, sinterizazio-prozesua hobetuz eta sinterizazio-gehigarriak gehituz, boro karburoaren sinterizazio-prozesuari buruzko ikerketa gehiago egiteko oinarriak ezarriz.

1. Presio gabeko sinterizazioa

B4C puruaren presio gabeko sinterizazioa oso erronka handia da; poroen akatsak eta dentsitatea boroaren errendimendu-adierazleetan eragina duten faktore nagusiak dira. Karburo Zeramikas. Sinterizazio-tenperatura eta hauts-partikula-tamaina boro karburo zeramikek duten dentsitatean eragina duten adierazle garrantzitsuak dira. Ikerketek adierazten dute boro karburo purua presio gabeko sinterizazio-dentsifikaziorako baldintza nagusiak oxigeno-eduki txikiko eta ≤3 μm-ko partikula-tamaina duten hauts ultrafinak erabiltzea direla, 2250 eta 2350 °C arteko tenperatura-tartearekin batera. Boro karburo produktuen presio gabeko sinterizazio-prozesua erraza da, prozesatzeko kostu txikiekin, eta ez ditu baldintza zorrotzak ezartzen sinterizazio-baldintzei dagokienez, forma konplexuko produktuak ekoizteko egokia bihurtuz eta eskala handiko industria-ekoizpenerako egokia. Zeramikak prestatzeko ohiko sinterizazio-teknika da. Hala ere, sinterizazio-tenperatura altua dela eta, aleen hazkundea erraz bihur daiteke anormal, sinterizazio-prozesua kontrolatzea zailduz eta produktuaren errendimendu ezegonkorra eraginez.

2. Sinterizazio beroa

Prentsatze beroa hautsaren plastizitatea hobetzea da tenperatura altuko baldintzetan, konformazio-presio baxua, deformazio-erresistentzia txikia, produktuaren dentsitate handia, mikroegitura bikaina eta abar bezalako abantailak dituelarik, beraz, boro karburoaren sinterizazio-tenperatura murriztu daiteke prentsatze beroaren sinterizazio-prozesuaren bidez.
Prentsa bero sinplearekin alderatuta, fase likidoko sinterizazioaren eta prentsa beroko sinterizazioaren konbinazioak sinterizazio-tenperatura asko murrizten du eta dentsitatea handitzen du.
Normalean prentsa beroaren sinterizazio-baldintzak hauek dira: hutsean edo atmosfera geldoan, 20~40MPa-ko presioa, 2200~2300°C-ko tenperatura eta 0,5~2 orduko euste-denbora. Boro karburoa lotura kobalente sendoak dituen konposatua da, eta sinterizazio-difusio-tasa motela da tenperatura altuetan, eta material-fluxua gutxiago gertatzen da, dentsifikazio-prozesua oso zailduz.
Sinterizazio-tenperatura eta gainazaleko energia murrizteko eta boro karburo zeramiken propietate integralak hobetzeko, gehigarriak gehitu behar dira boro karburoaren bero-presioko sinterizazioa sustatzeko. Gehigarrien artean sinterizazio-laguntzaileak edo bigarren faseko erreakzio-sinterizazioa daude, eta hauek sinterizazioa sustatu, aleen hazkundea kontrolatu, propietate mekanikoak hobetu eta dentsitate handiko eta errendimendu handiko boro karburo zeramikazko produktuak lor ditzakete tenperatura eta presio handiko baldintzetan. Gaur egun, gehigarrien artean, batez ere metalezko elementuak (Fe, Al, Ni, Ti, Cu, Cr, etab.), metalezko oxidoak (Al₂THE₃, TiO2₂, etab.), trantsizio-metalen karburoak (CrC, VC, WC, TiC, etab.) eta beste gehigarri batzuk (AlF₃, MgF₂, Izan₂C, Si, etab.).
Sinterizazio beroa prozesu konplexuek, ekipamendu-eskakizun handiek, prozesatzeko kostu handiek eta ekoizpen-eraginkortasun txikiek ezaugarritzen dute, eta forma sinpleagoak dituzten produktuak bakarrik prestatu ditzake.

3. Sinterizazio isostatiko beroa

Boro karburoaren prentsa isostatiko beroak hautsa molde batean prentsatzea edo hauts-karga presio-ontzi batean jartzea dakar, sinterizazio-laguntzailerik behar izan gabe. N2 edo Ar bezalako gas geldoak erabiltzen dira presioa transmititzeko bitarteko gisa, hautsa presio isotropiko baten menpe jartzea ahalbidetuz, eta horrek sinterizazio-tenperatura murrizten du eta mikroegitura fineko, tolestura-erresistentzia handiko eta dentsitate handiko boro karburo zeramikazko materialak lortzen ditu. Prentsa isostatiko beroaren ezaugarrien artean, zeramikazko materialen mikroegitura uniformea ​​eta errendimendu orokor ona daude, nahiz eta ekipamenduen kostuak nahiko altuak izan eta forma sinpleko piezak soilik prozesatu ditzakeen.

4. Deskarga elektriko bidezko plasma sinterizazioa

Txinga Plasma Sinterizazioa (SPS) plasma aktibazioa, erresistentzia berotzea eta prentsatze beroa integratzen dituen sinterizazio azkarreko teknologia berritzailea da. Berotze-abiadura azkarra, sinterizazio-denbora laburra, ale-egitura uniformea, hozte azkarra, aplikatutako presioa, material-dentsitate handia eta sinterizazio-atmosfera kontrolagarria ditu ezaugarri. Metodo honek hautsaren auto-berotzea modu eraginkorrean erabiltzen du eta berotze uniformea ​​lortzen du deskarga-puntuen banaketa sakabanatuaren bidez.