Oxidationseffekter spelar en avgörande roll i hög temperaturbearbetning av keramik. Som leverantör avKeramiskt materialbearbetning, Jag har bevittnat första hand hur oxidation kan påverka bearbetningsprocessen avsevärt och den slutliga kvaliteten på keramiska produkter. I den här bloggen kommer vi att utforska de olika oxidationseffekterna på keramik under hög temperaturbearbetning.
Oxidationsmekanismer vid hög temperaturbearbetning
När keramik utsätts för hög temperaturbearbetning sker oxidation på grund av reaktionen mellan det keramiska materialet och syre i den omgivande miljön. Den höga temperaturen tillhandahåller den nödvändiga aktiveringsenergin för oxidationsreaktionen som äger rum. Olika typer av keramik har olika oxidationsbeteenden. Exempelvis börjar keramik med kiselkarbid (SIC) oxidera vid relativt höga temperaturer. Oxidationen av SIC kan representeras av följande reaktion:
$ Sic + 3/2o_ {2} \ RightArrow sio_ {2} + co $
Bildningen av kiseldioxid ($ Sio_ {2} $) på ytan av Sic -keramik kan ha både positiva och negativa effekter. Å ena sidan kan $ SIO_ {2} $ -skiktet fungera som en skyddande barriär, vilket förhindrar ytterligare oxidation av det underliggande SIC -materialet. Detta kallas passiv oxidation. Å andra sidan, om temperaturen är för hög eller oxidationsförhållandena är allvarliga, kan $ SIO_ {2} $ skiktet bryta ner, vilket leder till aktiv oxidation, där oxidationshastigheten ökar snabbt.
Alumina ($ al_ {2} o_ {3} $) keramik genomgår också oxidation under hög temperaturbearbetning. Oxidationen av aluminiumoxid är relativt mer stabil jämfört med vissa andra keramiker. Vid extremt höga temperaturer kan emellertid aluminiumoxiden reagera med föroreningar i miljön eller med skärverktygsmaterialet, vilket kan påverka bearbetningsprocessen.
Effekter på bearbetningsprestanda
Verktygslitage
Oxidation kan ha en betydande inverkan på verktygsslitage under hög temperaturbearbetning av keramik. När det keramiska arbetsstycket oxiderar kan oxidationsprodukter reagera med skärverktygsmaterialet. Till exempel, om skärverktyget är tillverkat av karbidmaterial, kan keramikens oxidationsprodukter reagera med karbiden och orsaka kemiskt slitage. Den höga temperaturmiljön påskyndar också diffusionen av element mellan verktyget och arbetsstycket, vilket leder till diffusionsslitage.
Bildningen av ett oxidskikt på den keramiska ytan kan också ändra friktionskoefficienten mellan verktyget och arbetsstycket. Ett tjockt och hårt oxidskikt kan öka friktionen, vilket i sin tur ökar skärkraften och kan orsaka snabbare verktygsslitage. I vissa fall kan oxidskiktet flingra under bearbetning, utsätta färskt keramiskt material för verktyget, och denna cykliska process för oxidbildning och borttagning kan ytterligare förvärra verktygsslitage.
Ytfin
Oxidationen av keramik under hög temperaturbearbetning kan påverka ytan på de bearbetade delarna. Bildningen av ett ojämnt oxidskikt på den keramiska ytan kan leda till ytråhet. Om oxidationshastigheten inte är enhetlig över arbetsstyckets yta kan vissa områden ha ett tjockare oxidskikt än andra, vilket resulterar i en jämn yta.
Dessutom kan sprickan och spallningen av oxidskiktet under bearbetning också orsaka ytfel. När oxidskiktet spricker kan det avslöja det underliggande keramiska materialet och chips kan bildas under bearbetningsprocessen och lämna gropar och repor på ytan. Detta kan vara en viktig fråga, särskilt för applikationer där en högkvalitativ yta krävs, till exempel i optiska eller elektroniska komponenter tillverkade av keramik.
Dimensionell noggrannhet
Oxidation kan också påverka den dimensionella noggrannheten hos de bearbetade keramiska delarna. Volymförändringen förknippad med oxidationsprocessen kan orsaka dimensionella variationer. Till exempel, när Sic oxiderar för att bilda $ Sio_ {2} $, finns det en volymutvidgning. Om denna volymutvidgning inträffar ojämnt över arbetsstycket kan det leda till vridning eller snedvridning av delen.
Oxidation av hög temperatur kan också orsaka värmevagning av det keramiska materialet. Den termiska expansionskoefficienten för keramiken kan förändras på grund av oxidationsprocessen, och om bearbetningsprocessen inte står för dessa förändringar kan det resultera i dimensionella fel. I applikationer med hög precision kan till och med små dimensionella variationer göra delarna oanvändbara.
Faktorer som påverkar oxidationseffekter
Temperatur
Temperatur är den mest kritiska faktorn som påverkar oxidation under hög temperaturbearbetning av keramik. När temperaturen ökar ökar oxidationsgraden i allmänhet exponentiellt. Olika keramik har olika oxidationstemperaturer. Till exempel kan vissa nitridkeramik börja oxidera vid lägre temperaturer jämfört med oxidkeramik.
Vid hög temperaturbearbetning kan skärningszontemperaturen vara mycket hög, ofta över 1000 ° C. Vid dessa temperaturer förekommer oxidationsreaktionerna snabbt. Att kontrollera skärparametrarna såsom skärhastighet, matningshastighet och skärdjup kan hjälpa till att hantera temperaturen i skärningszonen och därmed minska oxidationseffekterna.
Syrekoncentration
Syrekoncentrationen i bearbetningsmiljön påverkar också oxidationshastigheten. I en öppen luftbearbetningsmiljö är syrekoncentrationen relativt hög, vilket främjar oxidation. I vissa fall kan bearbetning i en inert gasmiljö eller använda ett kylvätska med lågt syreinnehåll minska oxidationshastigheten.
Till exempel kan bearbetningskeramik i en kväve- eller argonatmosfär avsevärt bromsa oxidationsprocessen. Att använda en inert gasmiljö ökar emellertid kostnaden för bearbetningsprocessen och kan kräva specialutrustning för att upprätthålla gasatmosfären.
Keramisk sammansättning
Själva det keramiska materialets sammansättning spelar en avgörande roll i dess oxidationsbeteende. Olika keramiska material har olika kemiska reaktiviteter med syre. Till exempel kan keramik med ett högre innehåll av övergångsmetaller vara mer benägna att oxidation jämfört med ren oxidkeramik.
Legeringselement i keramiken kan också påverka oxidationsmotståndet. Vissa legeringselement kan bilda ett mer stabilt oxidskikt på ytan, vilket förbättrar det passiva oxidationsbeteendet. Till exempel kan lägga till små mängder sällsynta jordelement till aluminiumoxidkeramik förbättra deras oxidationsmotstånd vid höga temperaturer.
Begränsningsstrategier
Verktygsbeläggning
Att använda belagda skärverktyg är ett effektivt sätt att mildra oxidationseffekterna under hög temperaturbearbetning av keramik. Verktygsbeläggningar kan ge en fysisk barriär mellan verktyget och arbetsstycket, vilket förhindrar direkt kontakt mellan verktygsmaterialet och oxidationsprodukterna.
Till exempel kan diamant - som kol (DLC) beläggningar eller titannitridbeläggningar (TIN) -beläggningar minska den kemiska reaktionen mellan verktyget och det keramiska arbetsstycket. Dessa beläggningar har också låga friktionskoefficienter, vilket kan minska skärkraften och verktygets slitage.
Kylvätska och smörjning
Korrekt kylvätska och smörjning kan hjälpa till att minska temperaturen i skärningszonen och minimera oxidationseffekterna. Kylmedel kan absorbera värmen som genereras under bearbetning, vilket förhindrar att temperaturen når den kritiska oxidationstemperaturen.
Smörjmedel kan också minska friktionen mellan verktyget och arbetsstycket, vilket i sin tur minskar skärkraften och värmeproduktionen. Vissa kylmedel och smörjmedel kan också bilda en skyddande film på keramisk yta, vilket minskar oxidationsgraden. Till exempel kan vattenbaserade kylmedel med tillsatser ge både kylning och smörjeffekter.
Bearbetning i kontrollerade atmosfärer
Som nämnts tidigare kan bearbetning i en kontrollerad atmosfär såsom en inert gasmiljö avsevärt minska oxidationshastigheten. Detta tillvägagångssätt är särskilt användbart för hög precisionsbearbetning av keramik där oxidation - inducerade defekter inte är acceptabla.
Som nämnts tidigare kräver bearbetning i en kontrollerad atmosfär ytterligare utrustning och infrastruktur, vilket ökar kostnaden för bearbetningsprocessen. Därför används det vanligtvis för keramiska produkter med högt värde eller för forsknings- och utvecklingsapplikationer.
Slutsats
Oxidationseffekter under hög temperaturbearbetning av keramik är komplexa och kan ha en betydande inverkan på bearbetningsprestanda, ytfinish och dimensionell noggrannhet hos de keramiska delarna. Som enKeramiskt materialbearbetningLeverantör, vi förstår vikten av att hantera dessa oxidationseffekter för att producera keramiska produkter av hög kvalitet.
Genom att förstå oxidationsmekanismerna, faktorer som påverkar oxidation och implementering av lämpliga begränsningsstrategier kan vi förbättra effektiviteten och kvaliteten på keramisk bearbetning av hög temperatur. Om du är i behov avHög temperaturmotståndsbearbetningellerLåg termisk expansionsbearbetning, Vi är här för att ge dig de bästa lösningarna.
Om du är intresserad av våra bearbetningstjänster för keramiskt material eller har några frågor angående hög temperaturbearbetning av keramik, vänligen kontakta oss för upphandling och ytterligare diskussioner. Vi är engagerade i att förse dig med högkvalitativa keramiska produkter och professionell teknisk support.
Referenser
- Hutchings, IM (1992). Tribologi: Friktion och slitage av tekniska material. CRC Press.
- Paul, A., & Ramakrishnan, N. (2004). Höghastighetsbearbetning av teknisk keramik: En översyn. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 44 (9 - 10), 955 - 968.
- Zhang, X., & Liang, Sy (2006). Modellering och simulering av skärkrafter i höghastighetsbearbetning av keramiska material. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 128 (3), 642 - 650.
