Silicon carbide (SiC) là một vật liệu mài mòn rất quan trọng và phổ biến, được sử dụng trong sản xuất đá mài và đĩa cắt. Các đặc tính vật lý và hóa học độc đáo của nó khiến nó trở nên không thể thay thế trong các ứng dụng cụ thể. Bài viết này sẽ tập trung vào hai khía cạnh chính: lý do sử dụng silicon carbide và quy trình sản xuất.
1. Tại sao nên chọn silicon carbide làm vật liệu mài mòn?
Silicon carbide là vật liệu nhân tạo có độ cứng cao với độ cứng Mohs là 9,5, chỉ đứng sau kim cương và nitride boron khối (CBN). Nó sở hữu một số đặc tính chính khiến nó trở nên lý tưởng cho các dụng cụ mài mòn:
Độ cứng và độ sắc nét cao: Các hạt silicon carbide cực kỳ cứng và sắc nét, cho phép loại bỏ vật liệu hiệu quả.
Độ giòn: So với vật liệu mài mòn corundum (nhôm oxit), silicon carbide giòn hơn. Đây là một lợi thế trong quá trình mài, khi các hạt cùn bị vỡ ra, để lộ các cạnh và góc sắc mới, tạo ra hiệu ứng “tự mài” giúp duy trì lực cắt ổn định.
Độ dẫn nhiệt tốt: Điều này giúp tản nhiệt sinh ra trong quá trình nghiền.
Tính ổn định hóa học: Đặc biệt thích hợp để gia công các vật liệu có độ cứng cao và độ bền kéo thấp vì nó không phản ứng với các vật liệu này.
Các danh mục ứng dụng chính:
Cacbua Silic Đen (SiC): Độ tinh khiết thấp, khoảng 98,5% hoặc cao hơn. Nó có độ dẫn nhiệt và độ dẻo dai tuyệt vời, chủ yếu được sử dụng để gia công các vật liệu có độ bền kéo thấp, chẳng hạn như:
Vật liệu phi kim loại như thủy tinh, gốm sứ và đá
Gang, kim loại màu (như đồng, nhôm và đồng thau)
Cao su và da
Vật liệu chịu lửa
Cacbua Silic Xanh (SiC): Độ tinh khiết cao hơn (>99%), cứng hơn và giòn hơn. Nó chủ yếu được sử dụng để gia công các vật liệu cứng và giòn, chẳng hạn như:
Dụng cụ cacbua (thép vonfram)
Kính quang học, ngọc bích, mã não
Hợp kim titan
Vật liệu bán dẫn như silicon và germani
1. Chuẩn bị và trộn nguyên liệu thô
Đây là bước quan trọng nhất, quyết định hiệu suất của đá mài (như độ cứng, kích thước hạt và cấu trúc).
Hạt mài: Chọn loại silicon carbide (đen hoặc xanh lá cây) và kích thước hạt mài (ví dụ: 46, 60, 120, v.v.) phù hợp với vật liệu cần gia công. Kích thước hạt mài càng lớn thì hạt càng mịn, mang lại bề mặt nhẵn mịn hơn, nhưng hiệu suất mài cũng thấp hơn.
Chất kết dính: Nó hoạt động như “keo”, giữ các hạt mài lại với nhau. Các loại phổ biến bao gồm:
Liên kết dạng nhựa: Loại được sử dụng phổ biến nhất, thường được làm từ nhựa phenolic. Các bánh mài được tạo ra có độ đàn hồi, độ bền và khả năng chịu tốc độ cao tuyệt vời, lý tưởng cho việc cắt, mài và mài thô. Hầu hết các đĩa cắt đều sử dụng liên kết dạng nhựa.
Liên kết thủy tinh hóa: Được làm từ vật liệu gốm như đất sét và fenspat. Các bánh mài tạo ra có độ cứng, chịu nhiệt và giữ được hình dạng tốt, nhưng tương đối giòn. Chúng chủ yếu được sử dụng để mài chính xác và ít phổ biến hơn để cắt đĩa.
Các liên kết khác, chẳng hạn như liên kết cao su và kim loại, được sử dụng trong các ứng dụng chuyên biệt.
Chất độn: Các vật liệu chức năng như criolit và pirit được thêm vào để bôi trơn, làm mát hoặc cải thiện hiệu suất nghiền trong quá trình nghiền.
Bột mài mòn silicon carbide, bột kết dính và chất độn được trộn theo tỷ lệ chính xác trong máy trộn và trộn đều trong thời gian dài.
2. Đúc
Các vật liệu hỗn hợp được đặt vào khuôn có kích thước và hình dạng cụ thể.
Trên máy ép lớn, quá trình ép lạnh được thực hiện, tạo ra áp suất cực lớn (từ hàng chục đến hàng nghìn tấn) để nén hỗn hợp rời thành phôi đá mài đặc và chắc ban đầu.
Một thanh lõi được đặt ở giữa khuôn để trực tiếp tạo thành lỗ lắp cho đá mài.
3. Làm cứng:
Đây là quá trình tạo độ bền cuối cùng cho đá mài. Phương pháp này khác nhau tùy thuộc vào mối liên kết:
Đối với đá mài liên kết nhựa: Phôi đá mài đã ép được đặt trong lò nung lớn (lò tôi) và nung ở nhiệt độ được kiểm soát chặt chẽ (ví dụ: 180°C – 200°C) và thời gian (hàng chục giờ). Nhựa nóng chảy và trải qua phản ứng liên kết chéo, cuối cùng đông cứng và liên kết chặt chẽ các hạt mài với nhau.
Đối với đá mài liên kết thủy tinh hóa: Phôi được đặt trong lò nung nhiệt độ cao và thiêu kết ở nhiệt độ trên 1000°C. Liên kết thủy tinh hóa sẽ thủy tinh hóa và liên kết chặt chẽ các hạt mài mòn.
4. Gia công & Kiểm tra
Gia công: Sau khi lưu hóa, phôi đá mài được tiện và cân bằng tĩnh để đảm bảo đường kính lỗ khoan chính xác, độ đồng tâm của đường kính ngoài và hoạt động trơn tru, không rung.
Kiểm tra: Đây là bước quan trọng để đảm bảo an toàn. Mỗi bánh mài đều được kiểm tra nghiêm ngặt, bao gồm:
Kiểm tra độ quay: Quay với tốc độ vượt quá tốc độ vận hành tối đa của nó (ví dụ: 1,5 lần) để kiểm tra tính toàn vẹn về cấu trúc và ngăn ngừa nứt trong quá trình sử dụng.
Kiểm tra hình thức, độ cứng và độ cân bằng.
Cuối cùng, các bánh cắt đạt tiêu chuẩn sẽ được dán nhãn và đóng gói để vận chuyển.