Карбид кремния (SiC) — важный и распространённый абразивный материал, используемый при производстве шлифовальных и отрезных кругов. Его уникальные физические и химические свойства делают его незаменимым в определённых областях применения. В этой статье мы рассмотрим два основных аспекта: причины использования карбида кремния и процесс его производства.
1. Почему стоит выбрать карбид кремния в качестве абразивного материала?
Карбид кремния — это искусственный материал высокой твёрдости с твёрдостью по шкале Мооса 9,5, уступающей только алмазу и кубическому нитриду бора (CBN). Он обладает рядом ключевых свойств, которые делают его идеальным материалом для абразивных инструментов:
Высокая твердость и острота: частицы карбида кремния чрезвычайно твердые и острые, что обеспечивает эффективное удаление материала.
Хрупкость: По сравнению с корундовыми абразивами (оксидом алюминия), карбид кремния более хрупкий. Это преимущество при шлифовании, поскольку затупившиеся частицы ломаются, обнажая новые острые кромки и углы, создавая эффект «самозатачивания», который поддерживает постоянную режущую способность.
Хорошая теплопроводность: помогает рассеивать тепло, выделяемое в процессе шлифования.
Химическая стабильность: особенно подходит для обработки материалов с высокой твердостью и низкой прочностью на разрыв, поскольку не вступает в реакцию с этими материалами.
Основные категории применения:
Чёрный карбид кремния (SiC): Низкая чистота, около 98,5% или выше. Обладает превосходной теплопроводностью и прочностью и в основном используется для обработки материалов с низкой прочностью на разрыв, таких как:
Неметаллические материалы, такие как стекло, керамика и камень
Чугун, цветные металлы (такие как медь, алюминий и латунь)
Резина и кожа
Огнеупорные материалы
Зелёный карбид кремния (SiC): более высокая чистота (>99%), более твёрдый и хрупкий. В основном используется для обработки твёрдых и хрупких материалов, таких как:
Инструменты из карбида (вольфрамовой стали)
Оптическое стекло, нефрит, агат
Титановые сплавы
Полупроводниковые материалы, такие как кремний и германий
1. Подготовка и смешивание сырья
Это самый важный этап, определяющий эксплуатационные характеристики шлифовального круга (такие как твердость, размер зерен и структура).
Абразивное зерно: выберите подходящий тип карбида кремния (чёрный или зелёный) и зернистость (например, 46, 60, 120 и т. д.) в зависимости от обрабатываемого материала. Более высокая зернистость обеспечивает более мелкие частицы, что обеспечивает более гладкую поверхность, но снижает эффективность шлифования.
Связка: действует как «клей», удерживая абразивные зерна вместе. Распространенные типы:
Связка на основе смолы: наиболее распространённая, обычно изготавливается на основе фенольной смолы. Получаемые шлифовальные круги обладают превосходной эластичностью, прочностью и устойчивостью к высоким скоростям, что делает их идеальными для резки, шлифования и чернового шлифования. Большинство отрезных дисков используют смоляную связку.
Керамическая связка: изготавливается из керамических материалов, таких как глина и полевой шпат. Получаемые шлифовальные круги жёсткие, термостойкие и хорошо сохраняют форму, но относительно хрупкие. Они используются в основном для прецизионного шлифования и реже — для отрезных дисков.
Другие виды скрепления, такие как резиновые и металлические скрепления, используются в специализированных приложениях.
Наполнители: функциональные материалы, такие как криолит и пирит, добавляются для смазки, охлаждения или улучшения производительности шлифования в процессе шлифования.
Абразивный материал из карбида кремния, связующий порошок и наполнители в точных пропорциях помещаются в смеситель и перемешиваются в течение длительного времени для достижения однородной консистенции.
2. Формование
Смешанные материалы помещаются в форму определенного размера и формы.
На большом прессе производится холодное прессование, при котором под огромным давлением (от десятков до тысяч тонн) сыпучая смесь уплотняется в плотную, изначально прочную заготовку шлифовального круга.
В центр формы помещается стержневой стержень, который непосредственно формирует монтажное отверстие для шлифовального круга.
3. Отверждение.
Это процесс, придающий шлифовальному кругу окончательную прочность. Метод варьируется в зависимости от типа связки:
Для шлифовальных кругов на смоляной связке: прессованная заготовка шлифовального круга помещается в большую закалочную печь и нагревается при строго контролируемой температуре (например, 180–200 °C) и времени (десятки часов). Смола расплавляется и вступает в реакцию сшивания, в результате чего абразивные зерна затвердевают и прочно связываются между собой.
Для шлифовальных кругов на керамической связке: заготовка помещается в высокотемпературную печь и спекается при температуре более 1000 °C. Керамическая связка стеклообразует и прочно связывает абразивные зерна.
4. Обработка и контроль
Обработка: После отверждения заготовка шлифовального круга проходит обточку и статическую балансировку для обеспечения точного диаметра отверстия, концентричности наружного диаметра и плавной работы без вибраций.
Проверка: Это критически важный этап обеспечения безопасности. Каждый шлифовальный круг проходит строгие испытания, включающие:
Испытание на вращение: вращение со скоростью, превышающей его максимальную рабочую скорость (например, в 1,5 раза), для проверки его структурной целостности и предотвращения образования трещин во время использования.
Проверяется внешний вид, твердость и балансировка.
Наконец, прошедшие проверку отрезные круги маркируются и упаковываются для отправки.