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燒結(jié)熱等靜壓(Sinter-HIP)技術(shù)

時間:2012-06-15點擊次數(shù):17195

一、燒結(jié)熱等靜壓技術(shù)概況
  燒結(jié)對于硬質(zhì)合金的生產(chǎn)起著重要的作用,因為它影響每一單獨物料的zui終質(zhì)量。80年代初熱等靜壓技術(shù)已被普遍用作一種輔助工藝步驟。熱等靜壓工藝作為致密化的一種手段,雖然也可獲得高的密度和低的孔隙率,但存在明顯的弱點,如設(shè)備昂貴,運行費用高,生產(chǎn)率低,燒結(jié)易產(chǎn)生鈷池,炭化物晶粒異常長大等。80年代初,上開發(fā)了一種熱等靜壓燒結(jié)技術(shù),也稱之為低壓燒結(jié)或過壓燒結(jié),這種工藝方法是將脫蠟、預(yù)燒、真空燒結(jié)、熱等靜壓制幾個工藝合為一道工藝在一個設(shè)備內(nèi)完成的新方法。它是由熱等靜壓技術(shù)演變過來的。經(jīng)專家們試驗表明,要想使硬質(zhì)合金(在液相出現(xiàn)的前提下)的孔隙降為零,并不需要太高的壓力,一般有幾個MPa的壓力就夠了。因而出現(xiàn)與發(fā)展了低壓燒結(jié)技術(shù)。這是硬質(zhì)合金燒結(jié)技術(shù)的重大進展,該技術(shù)的明顯優(yōu)點是投資較熱等靜壓低得多,生產(chǎn)運行費用低,可使產(chǎn)品的孔隙度大幅下降,甚至降為零,且可消除鉆池和碳化物晶粒的異常長大,從而保證和提高了制品的燒結(jié)質(zhì)量。
    近幾年來陶瓷生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展很快,特別是氮化硅系列陶瓷已從試驗室逐漸進入工業(yè)化生產(chǎn),這就需要找到一條適合于陶瓷生產(chǎn)的工藝方法。
    生產(chǎn)工藝的先進性直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。以Si3N4為例,目前國內(nèi)通常采用的方法有:反應(yīng)燒結(jié)法、無壓燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法,這幾種方法中以熱壓燒結(jié)法較為*。目前在制作刀具及高硬質(zhì)耐磨件方面大都采用此方法。但熱壓法也有其明顯的缺點,它只能生產(chǎn)形狀簡單的產(chǎn)品,將熱壓的毛坯再加工成刀具要消耗大量的金剛石制品及人力,這就使生產(chǎn)成本大幅上升,還有熱壓制品具有方向性,在使用中必須予以充分考慮,這就給使用者帶來諸多不便。為了解決上述問題,專家們選擇了熱等靜壓工藝,使陶瓷制品燒結(jié)致密化。在使用這種先進工藝時,人們又發(fā)現(xiàn),對于在燒結(jié)過程中出現(xiàn)液相的制品不需要太大的壓力就可以獲得低孔隙率的制品。一般熱等靜壓工藝需要:60~200MP,的壓力,而燒結(jié)等靜壓工藝一般只需要10~20MPa的壓力。這就帶來了一系列的優(yōu)點,因而燒結(jié)熱等靜壓工藝對于那些在燒結(jié)工藝中出現(xiàn)液相的制品是更為適合規(guī)模生產(chǎn)的一種先進工藝。對于陶瓷制品的生產(chǎn),熱等靜壓工藝和燒結(jié)熱等靜壓工藝均為先進的工藝手段。在美國、日本、德國等工業(yè)發(fā)達的國家已被普遍采用。采用上述先進的工藝首先可以解決制品的形狀問題,只要壓坯形狀可以成型出來,就可以燒結(jié)致密化。由于整個工藝在等靜壓中完成,首先它可以保證燒結(jié)毛坯的形狀及尺寸精度,可以zui大限度地減少燒結(jié)后的磨削加工余量。其二是使用熱等靜壓工藝或燒結(jié)熱等靜壓工藝時的工作壓力為160~200MPa或10~20MPa,這比熱壓的zui大壓力大得多,因而可以降低添加劑的含量和燒結(jié)溫度,大幅度提高制品的性能,且各向同性。這將給使用者帶來極大的方便。其三是產(chǎn)量大,適合于規(guī)模生產(chǎn)。其四是成品收得率高。熱等靜壓和燒結(jié)熱等靜壓工藝除上述優(yōu)點相同外,燒結(jié)熱等靜壓工藝還有一個明顯的優(yōu)點就是無需包套工藝,將真空燒結(jié)和熱等靜壓工藝合并為一道工序完成,這不僅省去了包套制作這個難題,而且減少了工藝環(huán)節(jié),使生產(chǎn)成本較熱等靜壓工藝大幅度下降,更加容易形成規(guī)模生產(chǎn)。因而,在工業(yè)發(fā)達國家燒結(jié)熱等靜壓工藝被普遍采用。
二、國外燒結(jié)熱等靜壓機的發(fā)展特點
   1、燒結(jié)硬質(zhì)合金類制品的燒結(jié)熱等靜壓機
    (1)大型化。隨著燒結(jié)熱等靜壓裝備的發(fā)展日趨完善,工藝技術(shù)的不斷成熟,硬質(zhì)合金的生產(chǎn)進入了燒結(jié)熱等靜壓時代,因而要求規(guī)模生產(chǎn)、規(guī)模效益。一般裝爐量從200kg/爐到1200kg/爐。
    (2)多功能、多氣氛。硬質(zhì)合金穩(wěn)定生產(chǎn)就要控制其質(zhì)量,要求脫蠟功能在一個爐內(nèi)完成,且可通入氫氣、甲烷氣氛等用于控制碳勢和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。所以在爐內(nèi)均設(shè)置脫蠟系統(tǒng)和多氣氛調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
    (3)快速冷卻。由于設(shè)備向大型化發(fā)展,燒結(jié)的制品達1200kg/爐,所以縮短生產(chǎn)周期,穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量勢在必行。因而在大型設(shè)備中均設(shè)置有快速冷卻功能。
    (4)自動化程度高,生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。在設(shè)備中一般均配置微機或智能儀表及PLC等。各系統(tǒng)的邏輯控制、加熱控制及操作均通過計算機和PLC完成,達到生產(chǎn)工藝穩(wěn)定,不受操作人員自身因素影響。
    2、燒結(jié)陶瓷類制品的燒結(jié)熱等靜壓機
    (1)燒結(jié)溫度高。對于試驗用燒結(jié)熱等靜壓機,一般燒結(jié)溫度高于2000℃,可達2300℃,采用了光學(xué)測溫方式。
    (2)多功能。在裝備中,為了獲得更多的參數(shù),一般裝備有膨脹儀,以準確地測量收縮,以確定充壓時機和加壓壓力的大小。
(3)操作方便自動化程度高。作為高溫?zé)Y(jié)熱等靜壓機,其燒結(jié)溫度及壓力均要求較高,這就要求操作方便,控制。一般裝備有微機。智能儀表、  PLC等,實現(xiàn)全面自動控制。
三、國外燒結(jié)熱等靜壓技術(shù)的應(yīng)用
     國外燒結(jié)熱等靜壓技術(shù)應(yīng)用十分廣泛,凡在燒結(jié)工藝中出現(xiàn)液相的制品(如WC+Co,Si3N4等)均可采用此工藝,例如:含13%Co以下的硬質(zhì)合金制品生產(chǎn);鋼結(jié)硬質(zhì)合金生產(chǎn);結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷生產(chǎn),如系列Si3N4制品,Al2O3,TZP,ZrO2,TiC等。
四、國內(nèi)燒結(jié)熱等靜壓技術(shù)的應(yīng)用
1、應(yīng)用于硬質(zhì)合金生產(chǎn)
   國內(nèi)有許多硬質(zhì)合金廠家,如株洲601廠、自貢764廠、北方工具廠、江漢油田鉆頭廠、成都硬質(zhì)合金工具廠等,紛紛從美國、德國引進了各類型燒結(jié)熱等靜壓機,普遍應(yīng)用于硬質(zhì)合金鉆探工具、礦山工具、六面頂壓機頂錘、軋輥等制品的生產(chǎn)。
    2、應(yīng)用于高溫陶瓷生產(chǎn)。
    株洲601廠、上海材料所、山東工程陶瓷研究院、上海硅酸鹽研究所、淮南氮化硅生產(chǎn)基地等單位陸續(xù)裝備了立式燒結(jié)熱等靜壓機并采用燒結(jié)熱等靜壓工藝生產(chǎn)Si3N4系列制品。
五、燒結(jié)熱等靜壓技術(shù)的應(yīng)用前景
燒結(jié)熱等靜壓技術(shù)做為80年代中后期發(fā)展起來的新技術(shù),在國外硬質(zhì)合金領(lǐng)域和陶瓷領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。對于硬質(zhì)合金生產(chǎn),它已經(jīng)取代或部分取代了傳統(tǒng)的氫氣燒結(jié)工藝和真空燒結(jié)工藝,尤以大型硬質(zhì)合金制品為突出。

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