Efectele de oxidare joacă un rol crucial în prelucrarea la temperatură ridicată a ceramicii. Ca furnizor dePrelucrare a materialelor ceramice, Am asistat de prima dată cum oxidarea poate avea un impact semnificativ asupra procesului de prelucrare și calitatea finală a produselor ceramice. În acest blog, vom explora diferitele efecte de oxidare asupra ceramicii în timpul prelucrării la temperaturi ridicate.
Mecanisme de oxidare în prelucrarea înaltă a temperaturii
Când ceramica este supusă prelucrării la temperatură ridicată, oxidarea are loc datorită reacției dintre materialul ceramic și oxigen în mediul înconjurător. Temperatura ridicată oferă energia de activare necesară pentru ca reacția de oxidare să aibă loc. Diferite tipuri de ceramică au comportamente diferite de oxidare. De exemplu, ceramica din carbură de siliciu (SIC) încep să se oxideze la temperaturi relativ ridicate. Oxidarea SIC poate fi reprezentată prin următoarea reacție:
$ Sic + 3/2o_ {2} \ dreapta sio_ {2} + co $
Formarea dioxidului de siliciu ($ sio_ {2} $) pe suprafața ceramicii SIC poate avea efecte pozitive și negative. Pe de o parte, stratul $ sio_ {2} $ poate acționa ca o barieră de protecție, împiedicând oxidarea ulterioară a materialului SIC de bază. Aceasta este cunoscută sub numele de oxidare pasivă. Pe de altă parte, dacă temperatura este prea mare sau condițiile de oxidare sunt severe, stratul $ sio_ {2} $ se poate descompune, ceea ce duce la oxidare activă, unde rata de oxidare crește rapid.
Alumina ($ AL_ {2} o_ {3} $) Ceramica suferă, de asemenea, oxidare în timpul prelucrării la temperatură ridicată. Oxidarea aluminei este relativ mai stabilă în comparație cu alte ceramice. Cu toate acestea, la temperaturi extrem de ridicate, alumina poate reacționa cu impurități din mediu sau cu materialul sculei de tăiere, care poate afecta procesul de prelucrare.
Efecte asupra performanței prelucrării
Uzura sculei
Oxidarea poate avea un impact semnificativ asupra uzurii sculei în timpul prelucrării la temperaturi ridicate a ceramicii. Când piesa de lucru ceramică se oxidează, produsele de oxidare pot reacționa cu materialul sculei de tăiere. De exemplu, dacă instrumentul de tăiere este confecționat dintr -un material de carbură, produsele de oxidare ale ceramicii pot reacționa cu carbura, provocând uzură chimică. Mediul de temperatură ridicat accelerează, de asemenea, difuzarea elementelor dintre instrument și piesa de prelucrat, ceea ce duce la uzura difuziei.
Formarea unui strat de oxid pe suprafața ceramică poate schimba, de asemenea, coeficientul de frecare între instrument și piesa de prelucrat. Un strat de oxid gros și dur poate crește frecarea, care la rândul său crește forța de tăiere și poate provoca o uzură mai rapidă a sculelor. În unele cazuri, stratul de oxid se poate opri în timpul prelucrării, expunând materialul ceramic proaspăt la instrument, iar acest proces ciclic de formare și îndepărtare a oxidului poate agrava și mai mult uzura sculei.
Finisaj de suprafață
Oxidarea ceramicii în timpul prelucrării la temperatură ridicată poate afecta finisajul de suprafață al pieselor prelucrate. Formarea unui strat de oxid inegal pe suprafața ceramică poate duce la rugozitatea suprafeței. Dacă rata de oxidare nu este uniformă pe suprafața piesei de lucru, unele zone pot avea un strat de oxid mai gros decât altele, rezultând o suprafață netedă.
Mai mult decât atât, fisurarea și stropirea stratului de oxid în timpul prelucrării poate provoca, de asemenea, defecte de suprafață. Când stratul de oxid se crăpă, acesta poate expune materialul ceramic de bază și pot fi formate chipsuri în timpul procesului de prelucrare, lăsând gropi și zgârieturi la suprafață. Aceasta poate fi o problemă majoră, în special pentru aplicațiile în care este necesară o finisare a suprafeței de înaltă calitate, cum ar fi în componente optice sau electronice realizate din ceramică.
Precizie dimensională
Oxidarea poate afecta, de asemenea, precizia dimensională a părților ceramice prelucrate. Modificarea volumului asociată procesului de oxidare poate provoca variații dimensionale. De exemplu, atunci când SIC se oxidează pentru a forma $ sio_ {2} $, există o expansiune a volumului. Dacă această expansiune a volumului are loc inegal pe piesa de lucru, aceasta poate duce la deformarea sau denaturarea piesei.
Oxidarea ridicată a temperaturii poate provoca, de asemenea, expansiunea termică a materialului ceramic. Coeficientul de expansiune termică al ceramicii se poate schimba din cauza procesului de oxidare, iar dacă procesul de prelucrare nu ține cont de aceste modificări, poate duce la erori dimensionale. În aplicații de prelucrare cu precizie înaltă, chiar și variații dimensionale mici pot face ca piesele să fie inutilizabile.
Factori care afectează efectele de oxidare
Temperatură
Temperatura este cel mai critic factor care afectează oxidarea în timpul prelucrării la temperatură ridicată a ceramicii. Pe măsură ce temperatura crește, rata de oxidare crește, în general, exponențial. Ceramica diferită au temperaturi diferite de debut de oxidare. De exemplu, unele ceramice de nitrură pot începe să se oxideze la temperaturi mai scăzute în comparație cu ceramica oxidului.
În prelucrarea înaltă a temperaturii, temperatura zonei de tăiere poate fi foarte mare, depășind adesea 1000 ° C. La aceste temperaturi, reacțiile de oxidare apar rapid. Controlul parametrilor de tăiere, cum ar fi viteza de tăiere, viteza de alimentare și adâncimea tăierii poate ajuta la gestionarea temperaturii în zona de tăiere și, astfel, la reducerea efectelor de oxidare.
Concentrația de oxigen
Concentrația de oxigen în mediul de prelucrare afectează, de asemenea, rata de oxidare. Într -un mediu de prelucrare a aerului deschis, concentrația de oxigen este relativ ridicată, ceea ce promovează oxidarea. În unele cazuri, prelucrarea într -un mediu de gaz inert sau utilizarea unui lichid de răcire cu un conținut scăzut de oxigen poate reduce rata de oxidare.
De exemplu, prelucrarea ceramicii într -o atmosferă de azot sau argon poate încetini semnificativ procesul de oxidare. Cu toate acestea, utilizarea unui mediu de gaz inert se adaugă la costul procesului de prelucrare și poate necesita echipamente speciale pentru a menține atmosfera de gaz.
Compoziție ceramică
Compoziția materialului ceramic în sine joacă un rol crucial în comportamentul său de oxidare. Diferite materiale ceramice au reactivități chimice diferite cu oxigen. De exemplu, ceramica cu un conținut mai mare de metale de tranziție poate fi mai predispusă la oxidare în comparație cu ceramica cu oxid pur.
Elementele de aliere din ceramică pot afecta și rezistența la oxidare. Unele elemente de aliere pot forma un strat de oxid mai stabil pe suprafață, sporind comportamentul de oxidare pasivă. De exemplu, adăugarea unor cantități mici de elemente rare - Pământ la ceramica de alumină poate îmbunătăți rezistența lor la oxidare la temperaturi ridicate.
Strategii de atenuare
Acoperirea de scule
Utilizarea instrumentelor de tăiere acoperite este o modalitate eficientă de a atenua efectele de oxidare în timpul prelucrării la temperaturi ridicate a ceramicii. Acoperirile de scule pot oferi o barieră fizică între instrument și piesa de lucru, prevenind contactul direct între materialul sculei și produsele de oxidare.
De exemplu, acoperirile cu diamante - precum acoperirile cu carbon (DLC) sau nitrură de titan (TIN) pot reduce reacția chimică dintre instrument și piesa de lucru ceramică. Aceste acoperiri au, de asemenea, coeficienți de frecare scăzute, ceea ce poate reduce forța de tăiere și uzura sculei.
Lichid de răcire și lubrifiere
Răcire și lubrifiere adecvate pot ajuta la reducerea temperaturii în zona de tăiere și la minimizarea efectelor de oxidare. Lichidul de răcire pot absorbi căldura generată în timpul prelucrării, împiedicând temperatura să atingă temperatura critică de oxidare.
Lubrifianții pot reduce, de asemenea, frecarea dintre instrument și piesa de prelucrat, ceea ce la rândul său reduce forța de tăiere și generarea de căldură. Unele lichide de răcire și lubrifianți pot forma, de asemenea, o peliculă de protecție pe suprafața ceramică, reducând rata de oxidare. De exemplu, lichidele de răcire pe bază de apă cu aditivi pot oferi atât efecte de răcire, cât și lubrifiere.
Prelucrare în atmosfere controlate
Așa cum am menționat anterior, prelucrarea într -o atmosferă controlată, cum ar fi un mediu de gaz inert, poate reduce semnificativ rata de oxidare. Această abordare este deosebit de utilă pentru prelucrarea cu precizie ridicată a ceramicii în care defectele induse de oxidare nu sunt acceptabile.
Cu toate acestea, așa cum am menționat anterior, prelucrarea într -o atmosferă controlată necesită echipamente și infrastructură suplimentare, ceea ce crește costul procesului de prelucrare. Prin urmare, este de obicei utilizat pentru produse ceramice cu valoare ridicată sau pentru aplicații de cercetare și dezvoltare.
Concluzie
Efectele de oxidare în timpul prelucrării la temperatură înaltă a ceramicii sunt complexe și pot avea un impact semnificativ asupra performanței prelucrării, finisajului suprafeței și preciziei dimensionale a părților ceramice. Ca aPrelucrare a materialelor ceramiceFurnizor, înțelegem importanța gestionării acestor efecte de oxidare pentru a produce produse ceramice de înaltă calitate.
Înțelegând mecanismele de oxidare, factori care afectează oxidarea și implementarea strategiilor de atenuare adecvate, putem îmbunătăți eficiența și calitatea prelucrării ceramice la temperatură ridicată. Fie că ai nevoie dePrelucrare de rezistență la temperatură ridicatăsauPrelucrare scăzută de expansiune termică, suntem aici pentru a vă oferi cele mai bune soluții.
Dacă sunteți interesat de serviciile noastre de prelucrare a materialelor din ceramică sau aveți întrebări cu privire la prelucrarea la temperatură ridicată a ceramicii, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați pentru achiziții și discuții suplimentare. Ne -am angajat să vă oferim produse ceramice de înaltă calitate și asistență tehnică profesională.
Referințe
- Hutchings, IM (1992). Tribologie: frecare și uzură a materialelor de inginerie. CRC PRESS.
- Paul, A., & Ramakrishnan, N. (2004). Prelucrarea mare - viteză a ceramicii inginerești: o revizuire. Jurnalul internațional de mașini -unelte și fabricație, 44 (9 - 10), 955 - 968.
- Zhang, X., & Liang, SY (2006). Modelarea și simularea forțelor de tăiere în prelucrarea cu viteză mare a materialelor ceramice. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 128 (3), 642 - 650.
