วิธีการขึ้นรูปเซรามิกโบรอนคาร์ไบด์

โบรอนคาร์ไบด์มีประวัติการพัฒนามาเกือบ 170 ปี และมีการศึกษาโครงสร้างอะตอมอย่างกว้างขวางในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โครงสร้างผลึกหลักของมันคือไอโคซาเฮดรอน 12 อะตอม และสายโซ่สามอะตอมที่เชื่อมต่อกับไอโคซาเฮดรอน โครงสร้างนี้เรียกอีกอย่างว่าโครงสร้างหกเหลี่ยม โดยที่อะตอมของคาร์บอนและอะตอมของโบรอนสามารถแทนที่ซึ่งกันและกันได้ ส่งผลให้โบรอนคาร์ไบด์มีไอโซเมอร์จำนวนมาก

โครงสร้างผลึกอันเป็นเอกลักษณ์ของโบรอนคาร์ไบด์เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการ โบรอนคาร์ไบด์มีความแข็งสูงมาก (รองจากเพชรและคิวบิกโบรอนไนไตรด์) และความแข็งไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง โบรอนคาร์ไบด์มีความหนาแน่นต่ำและมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีเยี่ยมและมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี โบรอนคาร์ไบด์ไม่ละลายในน้ำและไม่ทำปฏิกิริยากับกรดหรือเบสที่อุณหภูมิห้อง ในขณะเดียวกัน โบรอนคาร์ไบด์มีความสามารถในการดูดซับนิวตรอนที่แข็งแกร่งมาก โดยมีหน้าตัดในการจับนิวตรอนสูงและสเปกตรัมพลังงานในการจับที่กว้าง

วิธีการขึ้นรูปเซรามิกโบรอนคาร์ไบด์

การอัดขึ้นรูปแบบแห้ง

การอัดแบบแห้งเป็นวิธีการขึ้นรูปที่ใช้กันทั่วไปในการเตรียมตัวเซรามิกโบรอนคาร์ไบด์ ผสมผงกับกาวจำนวนเล็กน้อยเพื่อสร้างเป็นเม็ด ใส่ลงในแม่พิมพ์ แล้วออกแรงกดบนแท่นพิมพ์ อนุภาคผงเข้ามาใกล้กันในแม่พิมพ์และรวมตัวกันอย่างแน่นหนาภายใต้การกระทำของแรงเสียดทานภายใน ทำให้เกิดตัวสีเขียวที่มีรูปร่างบางอย่าง ตามขนาดของความหนาของตัวอย่าง สามารถแบ่งออกเป็นการบีบอัดแบบเดี่ยวและการบีบอัดแบบสองทาง เมื่อความหนาของตัวอย่างมีขนาดเล็ก (

การหล่อแบบเจล

กระบวนการหล่อแบบเจลคือการผสมผงเซรามิกกับสารละลายน้ำของโมโนเมอร์อินทรีย์ สารเชื่อมขวาง และสารช่วยกระจายตัว เพื่อเตรียมสารแขวนลอยที่มีปริมาณของแข็งสูงและความหนืดต่ำ จากนั้นเติมตัวริเริ่มและตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อฉีดสารแขวนลอยลงในส่วนที่ไม่มีรูพรุน เชื้อรา. ภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่กำหนด โมโนเมอร์อินทรีย์จะถูกกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์เพื่อสร้างโครงสร้างเจลเครือข่ายสามมิติ ซึ่งส่งผลให้สารละลายถูกแข็งตัวในแหล่งกำเนิดเพื่อสร้างเป็นเซรามิกสีเขียว วิธีนี้สามารถตอบสนองความต้องการของการปั้นขนาดใกล้เคียงสุทธิได้ หัวใจสำคัญของกระบวนการหล่อเจลคือการเตรียมสารละลาย B4C-Al ที่มีปริมาณของแข็งสูงและมีความลื่นไหลที่ดี สำหรับเซรามิกคอมโพสิตอลูมิเนียมโบรอนคาร์ไบด์ ควรพิจารณาถึงผลกระทบของสารช่วยกระจายตัวและปริมาณของแข็งต่อความหนืดของสารละลายเมื่อนำกระบวนการหล่อแบบเจลมาใช้

การหล่อแบบเจลมีข้อดีมากกว่าวิธีการขึ้นรูปแบบดั้งเดิมหลายประการ เนื่องจากการเติมของเหลวที่ไหลลงในแม่พิมพ์อย่างเพียงพอ กระบวนการนี้จึงสามารถเตรียมส่วนประกอบที่มีรูปร่างซับซ้อนซึ่งมีความแข็งแรงสูงและความเป็นพลาสติกที่ดีของตัวเครื่องสีเขียว ซึ่งสามารถกลึงให้เป็นส่วนประกอบที่แม่นยำยิ่งขึ้นได้ นอกจากนี้ แม่พิมพ์ไม่ต้องการข้อกำหนดสูงและส่วนประกอบที่เผาแล้วมีความบริสุทธิ์สูง ทำให้วิธีนี้มีโอกาสในวงกว้าง นอกจากนี้ วิธีการนี้ยังมีการใช้งานที่หลากหลายและสามารถเตรียมวัสดุเดี่ยวหรือวัสดุคอมโพสิตได้ อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายของโมโนเมอร์ที่ใช้ในกระบวนการนี้โดยทั่วไปจะค่อนข้างสูง และไม่มีข้อได้เปรียบทางการแข่งขันในการเตรียมผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างเรียบง่ายและมีมูลค่าเพิ่มต่ำ

การขึ้นรูปด้วยการกดแบบไอโซสแตติก

การกดแบบไอโซสแตติกเป็นวิธีการวางตัวอย่างโบรอนคาร์ไบด์ภายใต้แรงดันในภาชนะ โดยใช้คุณสมบัติของของเหลวในการส่งผ่านแรงดันอย่างสม่ำเสมอ และอัดแรงดันตัวอย่างอย่างสม่ำเสมอจากทุกทิศทางเพื่อให้ได้ตัวเครื่องสีเขียวหนาแน่น

เมื่อเปรียบเทียบกับการอัดแม่พิมพ์เหล็ก วิธีการขึ้นรูปนี้มีข้อดีมากกว่า หนึ่งคือความสามารถในการระงับรูปร่างที่ซับซ้อน เช่น รูปร่างเว้าและกลวง ประการที่สอง ในระหว่างการกด การกระจัดสัมพัทธ์ระหว่างผงโบรอนคาร์ไบด์และแม่พิมพ์ยืดหยุ่นมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นการสูญเสียแรงเสียดทานจึงมีน้อยและการกระจายความหนาแน่นของช่องว่างที่กดจะสม่ำเสมอ ประการที่สามคือเหล็กแท่งมีความแข็งแรงสูงทำให้ง่ายต่อการแปรรูปและขนส่ง เนื่องจากการใช้ยางและพลาสติกเป็นวัสดุแม่พิมพ์ ต้นทุนจึงค่อนข้างต่ำ นอกจากนี้ การกดไอโซสแตติกแบบเย็นยังช่วยเพิ่มความหนาแน่นของบล็อกเผาผนึก เปลี่ยนการกระจายขนาดรูพรุน ลดรูพรุนขนาดเล็ก และเพิ่มขนาดรูพรุนโดยเฉลี่ยเพื่อทำให้โครงสร้างเป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งมีประโยชน์มากสำหรับการเผาผนึกในภายหลัง