碳化硅及氮化硅等陶瓷材料打孔用什么機(jī)床加工最好

碳化硅和碳化硅是兩種超硬質(zhì)地的陶瓷材料，因此要對(duì)這兩種陶瓷進(jìn)行機(jī)械加工的話也是有很多的難點(diǎn)的，今天我們主要來(lái)討論的是關(guān)于這兩類陶瓷材料采用何種設(shè)備來(lái)進(jìn)行鉆孔以及銑削的問(wèn)題。下面請(qǐng)跟著陶瓷雕銑機(jī)生產(chǎn)廠家-鑫騰輝數(shù)控來(lái)一起學(xué)習(xí)一下。首先我們來(lái)簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)一下這兩種材料的特性。

氮化硅

氮化硅陶瓷，是一種燒結(jié)時(shí)不收縮的無(wú)機(jī)材料陶瓷。氮化硅的強(qiáng)度很高，尤其是熱壓氮化硅，是世界上最堅(jiān)硬的物質(zhì)之一。具有高強(qiáng)度、低密度、耐高溫等性質(zhì)。Si3N4 陶瓷是一種共價(jià)鍵化合物，基本結(jié)構(gòu)單元為[ SiN4 ]四面體，硅原子位于四面體的中心，在其周圍有四個(gè)氮原子，分別位于四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，然后以每三個(gè)四面體共用一個(gè)原子的形式，在三維空間形成連續(xù)而又堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

氮化硅的很多性能都?xì)w結(jié)于此結(jié)構(gòu)。純 Si3N4 為3119，有α和β兩種 晶體結(jié)構(gòu) ，均為六角 晶形 ，其分解溫度在空氣中為1800℃，在110MPa氮中為1850℃。Si3N4 熱膨脹 系數(shù)低、 導(dǎo)熱率 高，故其耐熱沖擊性極佳。 熱壓燒結(jié) 的氮化硅加熱到l000℃后投入冷水中也不會(huì)破裂。在不太高的溫度下，Si3N4 具有較高的強(qiáng)度和 抗沖擊性 ，但在1200℃以上會(huì)隨使用時(shí)間的增長(zhǎng)而出現(xiàn)破損，使其強(qiáng)度降低，在1450℃以上更易出現(xiàn)疲勞損壞，所以Si3N4 的使用溫度一般不超過(guò)1300℃。由于Si3N4 的 理論密度 低，比鋼和工程超耐熱合金鋼輕得多，所以，在那些要求材料具有高強(qiáng)度、低密度、耐高溫等性質(zhì)的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金鋼是再合適不過(guò)了。

碳化硅

碳化硅又稱金剛砂（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽）等原料通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見(jiàn)的礦物，莫桑石。 碳化硅又稱碳硅石。在當(dāng)代C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中，碳化硅為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂。 目前中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體，比重為3.20～3.25，顯微硬度為2840～3320kg/mm2。

碳化硅有黑碳化硅和綠碳化硅兩個(gè)常用的基本品種，都屬α-SiC。①黑碳化硅含SiC約95%，其 韌性 高于綠碳化硅，大多用于加工抗張強(qiáng)度低的材料，如 玻璃 、陶瓷、石材、 耐火材料 、鑄鐵和有色金屬等。②綠碳化硅含SiC約97%以上，自銳性好，大多用于加工 硬質(zhì)合金 、 鈦合金 和 光學(xué)玻璃 ，也用于珩磨汽缸套和精磨 高速鋼刀具 。此外還有 立方碳化硅 ，它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體，用以制作的磨具適于軸承的超精加工，可使表面粗糙度從Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。

加工方法

以上的內(nèi)容讓我們對(duì)碳化硅和氮化硅有了比較清晰的認(rèn)知，那么如果要在這兩種材料上打孔或者銑削時(shí)到底采用哪種設(shè)備好呢？

前幾年人們?cè)诩庸み@類材料時(shí)往往都會(huì)用到手動(dòng)的鉆床，這種設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單體積較小，通常將其放置在工作臺(tái)面上即可進(jìn)行手動(dòng)打孔，這種機(jī)床只適合少量的產(chǎn)品試加工。要想大批量加工這類材料，往往需要用到專用的陶瓷精雕機(jī)，陶瓷精雕機(jī)是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的控制來(lái)自動(dòng)完成各種加工指令，它能夠高效且精準(zhǔn)的在碳化硅和氮化硅上鉆孔、銑削。鑫騰輝數(shù)控近年來(lái)在這一領(lǐng)域有很深入的研究，并開(kāi)發(fā)出了多款專門針對(duì)此種材料加工的陶瓷專用精雕機(jī)，機(jī)床搭載HSK36000rpm高速法蘭式主軸，剛性好精度優(yōu)異。

產(chǎn)能情況

中國(guó)有碳化硅冶煉企業(yè)200多家，年生產(chǎn)能力220多萬(wàn)噸（其中：綠碳化硅塊120多萬(wàn)噸，黑碳化硅塊約100萬(wàn)噸）。冶煉變壓器功率大多為6300~12500kVA，最大冶煉變壓器為32000kVA。加工制砂、微粉生產(chǎn)企業(yè)300多家，年生產(chǎn)能力200多萬(wàn)噸。2012年，中國(guó)碳化硅產(chǎn)能利用率不足45%。約三分之一的冶煉企業(yè)有加工制砂微粉生產(chǎn)線。碳化硅加工制砂微粉生產(chǎn)企業(yè)主要分布在河南、山東、江蘇、吉林、黑龍江等省。

中國(guó)碳化硅冶煉生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備和單噸能耗達(dá)到世界領(lǐng)先水平。黑、綠碳化硅原塊的質(zhì)量水平也屬世界級(jí)。中國(guó)碳化硅與世界先進(jìn)水平的差距主要集中在四個(gè)方面：一是在生產(chǎn)過(guò)程中很少使用大型機(jī)械設(shè)備，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅產(chǎn)量較低；二是在碳化硅深加工產(chǎn)品上，對(duì)粒度砂和微粉產(chǎn)品的質(zhì)量管理不夠精細(xì)，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不夠；三是某些尖端產(chǎn)品的性能指標(biāo)與發(fā)達(dá)國(guó)家同類產(chǎn)品相比有一定差距；四是冶煉過(guò)程中一氧化碳直接排放。國(guó)外主要企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了封閉冶煉，而中國(guó)碳化硅冶煉幾乎全部是開(kāi)放式冶煉，一氧化碳全部直排。2012年，中國(guó)企業(yè)開(kāi)發(fā)出了封閉冶煉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一氧化碳全部回收，但是距離全行業(yè)普及還有很長(zhǎng)的路要走。

根據(jù)中國(guó)機(jī)床工業(yè)協(xié)會(huì)磨料磨具專委會(huì)碳化硅專家委員會(huì)的數(shù)據(jù)，截至2012年底，全球碳化硅產(chǎn)能達(dá)260萬(wàn)噸以上，產(chǎn)能達(dá)到1萬(wàn)噸以上的國(guó)家有13個(gè)，占全球總產(chǎn)能的98%。其中中國(guó)碳化硅產(chǎn)能達(dá)到220萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)能的84%。 [6]

中國(guó)碳化硅冶煉企業(yè)主要分布在甘肅、寧夏、青海、新疆、四川等地，約占總產(chǎn)能85%。

2012年在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度放緩的情況下，生產(chǎn)情況普遍不理想，加之光伏企業(yè)舉步維艱，碳化硅作為耐材、磨料和光伏行業(yè)的基礎(chǔ)原材料，出口和內(nèi)銷均大幅下滑。綠碳化硅微粉加工企業(yè)更是身陷光伏企業(yè)的債務(wù)鏈條，多數(shù)冶煉企業(yè)沒(méi)有開(kāi)工，或者短暫開(kāi)工后即停產(chǎn)。

2012年全年中國(guó)黑碳化硅產(chǎn)能沒(méi)有正常釋放，一方面是成交緩慢，庫(kù)存消耗慢,占?jí)嘿Y金量大，另一方面是下游行業(yè)消費(fèi)商回款時(shí)間長(zhǎng)，欠款現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致某些企業(yè)資金鏈緊張。

2012年中國(guó)黑碳化硅的主產(chǎn)地為寧夏和甘肅，青海和新疆的原有產(chǎn)能逐漸被淘汰，加上湖北丹江口弘源的冶煉產(chǎn)能，共計(jì)76.9萬(wàn)噸， 2012年總產(chǎn)量約為34萬(wàn)噸，黑碳化硅冶煉企業(yè)的產(chǎn)能利用率約為44.5%。

中國(guó)綠碳化硅冶煉的主產(chǎn)地是甘肅、青海、新疆和四川。四川主要靠水力發(fā)電站供電，受到枯水期電力短缺的影響，一年的生產(chǎn)時(shí)間只在4-10月份，最長(zhǎng)能堅(jiān)持6個(gè)月的生產(chǎn)，但四川的冶煉爐幾乎沒(méi)有正常開(kāi)工，主要因?yàn)槭袌?chǎng)需求疲軟，庫(kù)存難以消耗。2012年前三季度，中國(guó)鋼鐵廠開(kāi)工率較低，只有到10月份以后鋼廠增加了開(kāi)工率，對(duì)原料和耐火材料的消耗才略有增加，消耗了部分庫(kù)存。

市場(chǎng)需求

據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示：2012年全年，中國(guó)碳化硅出口16.47萬(wàn)噸，同比下降23.83%，出口2.75億美元，同比下降44.28%，出口平均價(jià)格1671.53美元/噸，同比下降26.84%。出口量?jī)r(jià)大幅度下降。全年領(lǐng)證量合計(jì)17.1萬(wàn)噸，占全年出口量的104%。生產(chǎn)的碳化硅主要的出口國(guó)家有美國(guó)、日本、韓國(guó)、及某些歐洲國(guó)家。