特種陶瓷課程設(shè)計--無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷防彈片生產(chǎn)工藝設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　院（部、中心） 材料科學(xué)與工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 材料科學(xué)與工程 班 級 </p><p>　　課程名稱 特種陶瓷材料課程設(shè)計 </

2、p><p>　　設(shè)計題目名稱 無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷防彈片生產(chǎn)工藝設(shè)計</p><p>　　起止時間　　 </p><p>　　成 績 　 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名

3、 　 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一 研究背景和意義1</p><p>　　二 生產(chǎn)工藝流程2</p><p><b>　　三 原料準(zhǔn)備3</b></p><p><b&

4、gt;　　3.1原料配比3</b></p><p>　　3.2各添加劑的作用3</p><p>　　四 主要設(shè)備及其工作原理、結(jié)構(gòu)和前景5</p><p><b>　　4.1主要設(shè)備5</b></p><p>　　4.2主要設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)和前景5</p><p><

5、;b>　　五 實驗過程16</b></p><p>　　5.1粉料制備16</p><p>　　5.2素坯成型16</p><p>　　5.3素坯燒結(jié)17</p><p><b>　　5.4 加工17</b></p><p>　　5.5性能測試17</p>

6、<p><b>　　六 數(shù)據(jù)處理18</b></p><p>　　七 SiC陶瓷生產(chǎn)工藝平面布置圖20</p><p>　　八 制品缺陷分析21</p><p><b>　　九 小結(jié)21</b></p><p><b>　　十 參考文獻(xiàn)22</b><

7、;/p><p><b>　　一 研究背景和意義</b></p><p>　　由于防彈材料用于坦克、自行火炮、直升飛機及單兵防彈服、頭盔、防彈盾板等，故要求重量輕，可見防彈材料應(yīng)具備的特性可概括為：高硬度、高強度、高韌性和低密度，即“三高一低”。對于防彈材料早在古代以采用青銅作鎧甲，近代坦克仍然離不開鋼甲，但陶瓷的防彈性能明顯高于鋼甲。這是由于陶瓷的低密度效應(yīng)、吸能效應(yīng)、磨

8、損效應(yīng)和動力學(xué)效應(yīng)等有益于發(fā)揮陶瓷材料的抗彈能力。滿足以上條件的要屬于碳化硅陶瓷了。</p><p>　　還要值得指出的是，穿甲彈丸、碎片等投射物主要依靠其動能來攻擊目標(biāo)，因此對投射物的防御就是如何有效地降低投射物的速度，并消耗其動能；另一個不可忽視的是投射物在撞擊和侵徹目標(biāo)時還產(chǎn)生應(yīng)力波，在正對彈著點的背面處，往往造成圓錐形的碎裂崩落，則是應(yīng)力波在背面自由表面反射形成拉伸波所致。</p><

9、p>　　碳化硅（SiC）陶瓷不僅具有優(yōu)良的常溫力學(xué)性能，如高的強度、優(yōu)良的抗氧化性、良好的耐腐蝕性、高的抗磨損以及低的摩擦系數(shù)，而且高溫力學(xué)性能(強度、抗蠕變性等)是已知陶瓷材料中最佳的。在航空、航天、汽車、機械 、石化、冶金和電子等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。目前，制備高密度SiC陶瓷的方法主要有無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)等。無壓燒結(jié)的材料，其高溫強度可一直維持到1600℃，是陶瓷材料中高溫強度最好的材料?？寡趸砸彩?/p>

10、所有非氧化物陶瓷中最好的。SiC陶瓷的缺點是斷裂韌性較低，即脆性較大，為此近幾年以SiC陶瓷為基的復(fù)相陶瓷，如纖維(或晶須)補強、異相顆粒彌散強化、以及梯度功能材料相繼出現(xiàn)，改善了單體材料的韌性和強度。</p><p>　　SiC陶瓷的優(yōu)異性能與其獨特結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，SiC是共價鍵很強的化合物，SiC中Si-C鍵的離子性僅12％左右。因此，SiC強度高、彈性模量大，具有優(yōu)良的耐磨損性能；在電性能方面，SiC具有半導(dǎo)

11、體性，少量雜質(zhì)的引入會表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性；此外，SiC還有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。本方案通過以下制備工藝，制備出滿足以上要求的碳化硅陶瓷防彈片。</p><p><b>　　二 生產(chǎn)工藝流程</b></p><p>　　由于陶瓷產(chǎn)品最終性能的要求或者成型過程的需要，成型之前需對粉末原料進(jìn)行一些預(yù)處理，主要包括配料、混料、塑化、造粒等。因此，碳化硅陶瓷環(huán)的生產(chǎn)工藝流程主要包括配料

12、、混料、造粒、成型、燒結(jié)及后續(xù)機械加工等。其生產(chǎn)工藝流程如圖2.1。</p><p>　　圖2.1碳化硅陶防彈片的生產(chǎn)工藝流程圖</p><p><b>　　三 原料準(zhǔn)備</b></p><p><b>　　3.1原料配比</b></p><p>　　在特種陶瓷工藝中，配料對制品的性能和以后各道工序

13、影響很大，必須認(rèn)真進(jìn)行，否則會帶來不可估量的影響。本工藝碳化硅陶瓷原料主要有碳化硅、碳化硼、油酸、酚醛樹脂、乙醇、水、Daram-c及磨介等。碳化硅陶瓷料的制備是按照配方比例進(jìn)行配料的，本工藝所用料的配方比例如表3.1所示。并按配方稱量所需物質(zhì)按下述操作進(jìn)行料的制備。</p><p>　　查閱大量資料及特種陶瓷材料的實驗，按照下表的數(shù)據(jù)配料最合適。</p><p><b>　　表

14、3.1 配料表</b></p><p>　　3.2各添加劑的作用</p><p><b>　　(1)潤滑劑—油酸</b></p><p>　　純油酸為無色油狀液體，有動物油或植物油氣味，久置空氣中顏色逐漸變深，工業(yè)品為黃色到紅色油狀液體，有豬油氣味。純油酸熔點16.3℃，沸點286℃(100毫米汞柱)，相對密度0.8935(20/4

15、℃)，折射率1.4582，易溶于乙醇、乙醚、氯仿等有機溶劑中，不溶于水、易燃、遇堿易皂化，凝固后生成白色柔軟固體， 在高熱下極易氧化、聚合或分解、無毒，油酸由于含有雙鍵，在空氣中長期放置時能發(fā)生自氧化作用，局部轉(zhuǎn)變成含羰基的物質(zhì)，有腐敗的哈喇味，這是油脂變質(zhì)的原因。商品油酸中，一般含7%～12%的飽和脂肪酸，如軟脂酸和硬脂酸等，油酸的鈉鹽或鉀鹽是肥皂的成分之一，純的油酸鈉具有良好的去污能力，可用作乳化劑等表面活性劑，并可用于治療膽石癥，

16、油酸的其他金屬鹽也可用于防水織物、潤滑劑、拋光劑等。</p><p>　　添加油酸的目的：為了降低成型時粉末之間及粉末與模壁之間的摩擦，改善壓坯密度分布減少磨具磨損消除磨具內(nèi)表面的劃傷，并有利于降低脫模壓力。</p><p><b>　?。?）乙醇</b></p><p>　　乙醇的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2OH俗稱酒精，它在常溫、常壓下是一種易燃

17、、易揮發(fā)的無色透明液體，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略帶刺激性，乙醇的用途很廣，可用乙醇來制造醋酸、飲料、香精、染料、燃料等，醫(yī)療上也常用體積分?jǐn)?shù)為70%—75%的乙醇作消毒劑等，無色透明液體，有特殊香味，易揮發(fā)，能與水、氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多數(shù)有機溶劑混溶，相對密度(d15.56)0.816，易燃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物。</p><p>　　機械混料分為干混和濕混，本實驗采用濕混，其

18、常用的液體介質(zhì)是乙醇，由于其不與物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沸點低易揮發(fā)、無毒性、來源廣泛、成本低，其目的為了保證濕混過程能順利進(jìn)行。</p><p>　　四 主要設(shè)備及其工作原理、結(jié)構(gòu)和前景</p><p><b>　　4.1主要設(shè)備</b></p><p>　　表4.1 設(shè)備一覽表</p><p>　　4.2主要設(shè)備的工作原理

19、、結(jié)構(gòu)和前景</p><p>　　4.2.1三維混料機</p><p>　　(1)工作原理：混合料桶，通過二只Y型萬向節(jié)懸裝于主、從動軸端部，二只萬向節(jié)在空間既交叉又互相垂直。當(dāng)主動軸被拖動旋轉(zhuǎn)時，萬向節(jié)使料桶在空間周而復(fù)始地做平移、轉(zhuǎn)動和翻滾等復(fù)合運動。物料則在桶體內(nèi)跟著作軸向、徑向和環(huán)向的三維復(fù)合運動。桶內(nèi)的多種物料相互流動、擴(kuò)散、摻雜，最后成均勻狀態(tài)，三維混料機如圖4.1所示。<

20、;/p><p><b>　　4.1三維混料機</b></p><p>　　(2)結(jié)構(gòu)組成：由機座、調(diào)速電機、回轉(zhuǎn)連桿及混合筒體等部分組成。</p><p>　　(3)研究前沿與現(xiàn)狀</p><p>　　目前混料機有多種類型，市場上常見混料機有提升式混料機、混料機、多功能混料機、V型混料機、粉體混料機塑料混料機、小型混料機、干

21、燥混料機、臥式混料機、雙軸混料機。</p><p>　　主要特點：a.主要用于各種金屬粉末及金剛石粉料的混合；b.結(jié)構(gòu)簡潔，緊湊、可靠性高；c.混料均勻、效率高、無死點；d.混料桶用不銹鋼制成，壽命長，無污染；e.可設(shè)定混料時間，實現(xiàn)無人值守。V型混料機適用于粉體的均勻混合，混合效率高，操作更簡單。V型混料桶一般用不銹鋼制作，內(nèi)外都鏡面拋光，結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證無積料死角，桶體可用手輪任意轉(zhuǎn)動，以便出料或加料?？筛鶕?jù)用

22、戶需要加強制攪拌氮氣保護(hù)加濕系統(tǒng)等裝置。</p><p>　　提升式混合機，能自動完成提升、混合、下降等功能，是制藥工業(yè)固體制劑生產(chǎn)中的理想混合設(shè)備，同時在藥品、食品化工等行業(yè)廣泛應(yīng)用。</p><p>　　4.2.2 噴霧干燥機</p><p>　　(1)工作原理：潔凈空氣加熱后進(jìn)入干燥塔，在塔內(nèi)熱風(fēng)中用二流體（或三流體）噴嘴將各種料液物化成微小液滴，與熱風(fēng)進(jìn)行快

23、速熱交換，蒸發(fā)掉液料中的水份（或溶劑），并隨熱風(fēng)排出，得到粉狀產(chǎn)品，噴霧干燥原理圖如4.2所示，噴霧干燥器如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.2 噴霧干燥其原理圖</p><p>　　(2)結(jié)構(gòu)組成：噴霧帶式干燥機主要有霧化器、噴霧干燥室、傳送帶、傳送機構(gòu)、帶式干燥（冷卻）室組成。</p><p>　　(3)研究前沿與現(xiàn)狀：噴霧干燥機專為大專院校、科研院所、

24、制藥廠、從事醫(yī)藥（中藥、西藥、生物制藥）食品、化工等科研部門在從事小試研究而設(shè)計的小型高效噴霧干燥機,干燥過程中低噪音、干燥速度快,液體受熱溫度較低，操作過程簡單，方便,特別適用熱敏性物料的干燥。仍保持原有的色澤、香味，具有良好的分散性，流動性和溶解性。溶劑可直接得到均勻干粉，省工、省力、衛(wèi)生。</p><p>　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，近20年來我國已有20余家能制造噴霧干燥裝置的企業(yè)。但是，大多數(shù)規(guī)模不

25、大，生產(chǎn)手段、檢測能力不足，企業(yè)本身的科研開發(fā)能力較弱。略具規(guī)模的僅3~4家工廠，估計年產(chǎn)值約2億~4億元。目前已從根本上扭轉(zhuǎn)單純依靠進(jìn)口的局面，而且已有少量出口，方向主要是東南亞各國及韓國。我國生產(chǎn)的噴霧干燥成套裝置的規(guī)格和能力（按噴霧液量計），從5㎏/h到26000kg/h。最近已開發(fā)成功45~90t/h能力的大型離心式噴霧干燥機（該裝置是國家電力總公司為配套125MW發(fā)電機組煙氣脫硫所用）。已經(jīng)可以滿足國內(nèi)各行業(yè)，多品種干燥產(chǎn)品的

26、需要，大約可以覆蓋400多種物料。中國的噴霧干燥機的質(zhì)量和綜合性能，已接近丹麥NIRO公司水平。</p><p>　　圖4.3 噴霧干燥機</p><p>　　合金鋼作為芯簡體，然后用高強度鋼絲按預(yù)應(yīng)力要求，纏繞在芯筒外面，形成一定厚度的鋼絲層，使芯筒承受目前干燥機的發(fā)展前沿是深入研究干燥機機理和物料干燥特性，一是開發(fā)和改進(jìn)干燥機能在最優(yōu)質(zhì)的條件下對原料進(jìn)行干燥，對制備材料采用大型化，高經(jīng)

27、濟(jì)化，采用最大性價比的制備，以提高對原料的適應(yīng)性和產(chǎn)品質(zhì)量，目前干燥機的發(fā)展還重視節(jié)約能源，目前提倡低碳生活，即環(huán)保也大大降低了成本。</p><p>　　4.2.3 冷等靜壓機</p><p>　　(1) 工作原理：冷等靜壓機是將裝入密封、彈性模具中的物料，置于盛裝液體或氣體的容器中，用液體或氣體對其施 加以一定的壓力，將物料壓制成實體，得到原始形狀的坯體。壓力釋放后，將模具從容器內(nèi)取出

28、，脫模后，根據(jù)需要將坯體作進(jìn)一步的整形處理，冷等靜壓機如圖4.4所示。</p><p>　　(2) 結(jié)構(gòu)組成：冷等靜壓機主要由彈性模具、缸體(高壓容器)、框架、液壓系統(tǒng)等組成。</p><p>　?、?彈性模具：用橡膠或樹脂材料制成,物料顆粒大小和形狀對模具壽命有較大影響。模具設(shè)計是等靜壓成型的關(guān)鍵，因為坯體尺寸的精度和致密均勻性與模具關(guān)系密切。將物料裝入模具中時，其棱角處不易為物料所充填

29、，可以采用振動裝料，或者邊振動，邊抽真空，效果更好。 </p><p>　?、?缸體：能承受高壓的容器。一般有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是由兩層簡體熱裝而成，內(nèi)筒處于受壓狀態(tài)，外筒處于受拉狀態(tài)，這種結(jié)構(gòu)形式只適用于中小型等靜壓成型設(shè)備；另一種是采用鋼絲預(yù)應(yīng)力纏繞結(jié)構(gòu)，用機械性能良好的高強度很大的壓應(yīng)力。即使在工作條件下，也不承受拉應(yīng)力或很小的拉應(yīng)力，這種容器具有很高的抗疲勞壽命，可以制造直徑較大的容器。容器的上塞和下塞都

30、是活動的，加壓時，上下塞將力傳遞到機架上。</p><p>　　圖4.4 冷等靜壓機</p><p>　?、?框架：有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種為疊板式結(jié)構(gòu)，采用中強度鋼板疊合而成；另一種為纏繞式框架結(jié)構(gòu)，由兩個半圓形梁及兩根立柱拼合后用高強度鋼絲預(yù)應(yīng)力纏。</p><p>　?、?液壓系統(tǒng)：由低壓泵、高壓泵和增壓器以及各式閥等組成。開始由流量較大的低壓泵供油，達(dá)到一定壓力

31、后，再由高壓泵供油，如壓力再高，則由增壓器提高油的壓力。工作介質(zhì)可以是水或油。</p><p>　　(3) 現(xiàn)狀與研究前沿：冷等靜壓機按壓成型方法可分為兩種：濕袋法冷等靜壓機和干袋法冷等靜壓機。 </p><p>　?、?濕袋法冷等靜壓：由彈性模具、高壓容器、頂蓋和框架等組成。此法將模具懸浮在液體內(nèi)，又稱浮動模法。在高壓容器內(nèi)可以同時放入幾個模具。 </p><p>

32、;　?、?干袋法冷等靜壓機：由壓力沖頭、高壓容器、彈性模具、限位器、頂磚器等組成。此法將彈性模具固定在高壓容器內(nèi)，用限位器定位，故又稱為固定模法。操作時提升沖頭將粉料裝入模內(nèi)，裝好料后用壓力沖頭封閉上口。加壓時，液體介質(zhì)注入缸內(nèi)壁和模具外表面間，對模具各個方向同時均勻施壓。脫模用頂磚器從模內(nèi)推出坯體。</p><p>　　③ 等靜壓工藝的特點：a.采用等靜壓機制坯，坯體的密度高而且均勻，燒成收縮小，不易變形。b.

33、能成型常規(guī)模壓工藝難以制備的細(xì)長棒狀或管狀壓坯。c.制品具有高強度和良好的可加工性，可大大降低內(nèi)應(yīng)力。d.模具制作方便，壽命長，成本相對較低。e.能成型大尺寸的壓坯，每缸可以壓制多件壓坯。</p><p>　　4.2.4 真空燒結(jié)爐</p><p>　　(1) 工作原理：在真空環(huán)境中對被加熱物品進(jìn)行保護(hù)性燒結(jié)的爐子，其加熱方式比較多，如電阻加熱、感應(yīng)加熱、微波加熱等。</p>

34、<p>　　(2) 結(jié)構(gòu)組成：結(jié)構(gòu)形式多為立式。其主要組成為：電爐本體、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、進(jìn)出料機構(gòu)、底座、工作臺、感應(yīng)加熱裝置、進(jìn)電裝置、中頻電源及電氣控制系統(tǒng)等。</p><p>　　(3) 現(xiàn)狀與研究前沿：真空感應(yīng)爐是利用感應(yīng)加熱對被加熱物品進(jìn)行保護(hù)性燒結(jié)的爐子，可分為工頻、中頻、高頻等類型，可以歸屬于真空燒結(jié)爐的子類。 </p><p>　　真空感

35、應(yīng)燒結(jié)爐是在真空或保護(hù)氣氛條件下，利用中頻感應(yīng)加熱的原理使硬質(zhì)合金刀頭及各種金屬粉末壓制體實現(xiàn)燒結(jié)的成套設(shè)備，是為硬質(zhì)合金、金屬鏑、陶瓷材料的工業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計的。以圖4-5所示VSWF真空感應(yīng)鎢燒結(jié)氫氣爐為例說明。</p><p>　　圖4.5 感應(yīng)鎢燒結(jié)氫氣爐</p><p>　　(1) 主要原理及用途 </p><p>　　真空感應(yīng)鎢燒結(jié)爐是在抽真空后充氫氣保護(hù)狀

36、態(tài)下，利用中頻感應(yīng)加熱的原理，使處于線圈內(nèi)的鎢坩堝產(chǎn)生高溫，通過熱輻射傳導(dǎo)到工作上，適用于科研、軍工單位對難熔合金如鎢、鉬及其合金的粉末成型燒結(jié)。 </p><p>　　(2) 主要結(jié)構(gòu)及組成 </p><p>　　結(jié)構(gòu)形式多為立式、下出料方式。其主要組成為：電爐本體、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、進(jìn)出料機構(gòu)、底座、工作臺、感應(yīng)加熱裝置(鎢加熱體及高級保溫材料)、進(jìn)電裝置、中頻電

37、源及電氣控制系統(tǒng)等。 </p><p><b>　　(3) 主要功能 </b></p><p>　　在抽真空后充入氫氣保護(hù)氣體，控制爐內(nèi)壓力和氣氛的燒結(jié)狀態(tài)?？捎霉鈱?dǎo)纖維紅外輻射溫度計和鎧裝熱電偶連續(xù)測溫(0～2500℃)，并通過智能控溫儀與設(shè)定程序相比較后，選擇執(zhí)行狀態(tài)反饋給中頻電源，自動控制溫度的高低及保溫程序。</p><p><b

38、>　　4.2.5、拋光機</b></p><p>　　(1) 拋光機的組成結(jié)構(gòu) </p><p>　　拋光機由底座、拋盤、拋光織物、拋光罩及蓋等基本元件組成。電動機固定在底座上，固定拋光盤用的錐套通過螺釘與電動機軸相連。拋光機織物通過套圈緊固在拋光盤上，電動機通過底座上的開關(guān)接通電源起動后，便可用手對試樣施加壓力在轉(zhuǎn)動的拋光盤上進(jìn)行拋光。拋光過程中加入的拋光液可通過固定在

39、底座上的塑料盤中的排水管流入置于拋光機旁的方盤內(nèi)。拋光罩及蓋可防止灰土及其他雜物在機器不使 用時落在拋光織物上而影響使用效果。</p><p>　　(2) 拋光機的工作原理</p><p>　　拋光機操作的關(guān)鍵是要設(shè)法得到最大的拋光速率，以便盡快除去磨光時產(chǎn)生的損傷層。同時也要使拋光損傷層不會影響最終觀察到的組織，即不會造成假組織。前者要求使用較粗的磨料，以保證有較大的拋光速率來去除磨光的

40、損傷層，但拋光損傷層也較深；后者要求使用最細(xì)的材料，使拋光損傷層較淺，但拋光速率低。</p><p>　　解決這個矛盾的最好的辦法就是把拋光分為兩個階段進(jìn)行。粗拋目的是去除磨光損傷層，這一階段應(yīng)具有最大的拋光速率，粗拋形成的表層損傷是次要的考慮，不過也應(yīng)當(dāng)盡可能?。黄浯问蔷珤?，其目的是去除粗拋產(chǎn)生的表層損傷，使拋光損傷減到最小。拋光機拋光時，試樣磨面與拋光盤應(yīng)絕對平行并均勻地輕壓在拋光盤上，注意防止試樣飛出和因壓

41、力太大而產(chǎn)生新磨痕。同時還應(yīng)使試樣自轉(zhuǎn)并沿轉(zhuǎn)盤半徑方向來回移動，以避免拋光織物局部磨損太快在拋光過程中要不斷添加微粉懸浮液，使拋光織物保持一定濕度。濕度太大會減弱拋光的磨痕作用，使試樣中硬相呈現(xiàn)浮凸和鋼中非金屬夾雜物及鑄鐵中石墨相產(chǎn)生“曳尾”現(xiàn)象；濕度太小時，由于摩擦生熱會使試樣升溫，潤滑作用減小，磨面失去光澤，甚至出現(xiàn)黑斑，輕合金則會拋傷表面。為了達(dá)到粗拋的目的，要求轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速較低，最好不要超過600r/min；拋光時間應(yīng)當(dāng)比去掉劃痕所

42、需的時間長些，因為還要去掉變形層。粗拋后磨面光滑，但黯淡無光，在顯微鏡下觀察有均勻細(xì)致的磨痕，有待精拋消除。 　 </p><p>　　精拋時轉(zhuǎn)盤速度可適當(dāng)提高，拋光時間以拋掉粗拋的損傷層為宜。精拋后磨面明亮如鏡，在顯微鏡明視場條件下看不到劃痕，但在相襯照明條件下則仍可見到磨痕。拋光機拋光質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響試樣的組織結(jié)構(gòu)，已逐步引起有關(guān)專家的重視。</p><p>　　近年來，國

43、內(nèi)外在拋光機的性能上作了大量的研究工作，研究出不少新機型、新一代的拋光設(shè)備，正由原來的手動操作發(fā)展成為各種各樣的半自動及全自動拋光機。</p><p>　　4.2.6 顯微硬度計</p><p>　　(1) 顯微硬度計的概況</p><p>　　硬度是一個重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它能反映材料彈性和塑性變形的特性指標(biāo)。硬度測定時試樣制備簡單，試樣基本不被破壞，接近無損檢

44、測，在不同尺寸與形狀的試樣上測定時，操作簡便，測量速度快，并且硬度與強度之間有著相似的換算關(guān)系，根據(jù)硬度值能夠得出近似的強度極限值；硬度測定是用標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸的較硬物體在一定壓力下接觸材料表面，測定材料在變形過程中表現(xiàn)出來的抗力，稱為硬度測試。用不同的載荷施加力的方法所得到的硬度是表現(xiàn)材料抵抗塑性變形的能力，肖氏硬度則表現(xiàn)了材料抵抗彈性變形的能力；日常中我們把載荷大于1kg測試力的稱為宏觀硬度，它主要用于較大的試件，希望通過硬度測試能夠

45、反映材料的宏觀性能；載荷小于1kg測試力的稱為微觀硬度，它主要用于小而薄的試件，希望反映出微小領(lǐng)域內(nèi)的材料性能，如顯微組織的相硬度、材料的表面硬度。</p><p>　?。?）顯微硬度計的工作原理</p><p>　　顯微硬度的測試原理基本和維氏硬度測試相同，所不同的是壓頭采用的是兩對面夾角為136°；底面為正方形的正四棱錐金剛石壓頭和一徑角為 ，橫斷角為 的金剛石錐形壓頭，即：

46、克努普金剛石壓頭（入下圖）。顯微硬度計和維氏硬度計所用的載荷分別為：1kg、2kg、3kg、5kg、10kg、20kg、30kg、50kg、100kg、120kg等，常用的為1kg、2kg、5kg、10kg、30kg、50kg。載荷的大小主要取決于試件的厚度。測試的最終硬度是通過壓痕單位面積上所能承受的載荷來表示的。將選定的固定實驗力（載荷）壓入試樣表面，并經(jīng)過規(guī)定的保持時間（保荷），然后卸除實驗力（卸荷）后，在試樣表面殘留出一個底面為

47、正方形的正四棱錐或克努普壓痕，通過測微目鏡測量其對角線的長度，得到壓痕的面積，顯微硬度值就是實驗力與壓痕表面積的比值。</p><p>　　（3）顯微硬度計的結(jié)構(gòu)特征</p><p>　　顯微硬度計由硬度計主機及測微目鏡和相關(guān)附件組成。測微目鏡是用來觀察金相或顯微組織，確定測試部位，測量對角線長度，數(shù)據(jù)的采集等；硬度計主機則是完成目鏡與壓頭的切換，在確定的測試部位進(jìn)行施加載荷，完成平臺的移

48、動尋找像點等；相關(guān)附件主要是為了試件的夾持穩(wěn)固等。</p><p><b>　　五 實驗過程</b></p><p><b>　　5.1粉料制備</b></p><p>　　將碳化硅、碳化硼和油酸按適當(dāng)比例混合，再把酚醛樹脂和Dararn溶于乙醇溶液中，用氨水調(diào)節(jié)為中性，將溶液和粉料混合后加入磨介在混料機中混合1.5h；加

49、入HT溶液繼續(xù)混料0.5h。對漿料進(jìn)行噴霧干燥造粒，進(jìn)風(fēng)溫度為185℃，出口溫度為80℃。對噴霧造粒粉末進(jìn)行過篩處理, 篩網(wǎng)孔徑為80目。</p><p>　　噴霧干燥法是將溶液分散成小液滴噴入熱風(fēng)中，使之迅速干燥的方法。噴霧干燥法得到的粉末顆粒呈球狀，粒度均勻，流動性好。</p><p><b>　　5.2素坯成型</b></p><p>　

50、　取30g碳化硅陶瓷預(yù)混合粉末放入50mm × 50mm方形鋼模中,將干壓機的壓力設(shè)為16t，對粉料預(yù)成型，再將預(yù)成型坯體用保鮮膜包好，放入冷等靜壓機的油筒中，壓力為250MPa (保壓時間1min),卸載后脫模, 就得到了碳化硅陶瓷。</p><p><b>　　5.3素坯燒結(jié)</b></p><p>　　將壓制好的素坯放入石墨坩堝中, 然后將坩堝放入燒結(jié)

51、爐, 于氬氣保護(hù)氣氛下升溫?zé)Y(jié)。燒結(jié)制度是從0℃升溫到1000℃用時120min，1000℃到1250℃用時25min，保溫30min，再用60min升溫到1850℃，保溫30min，最后用70min升到2130℃，保溫30min后，自然降溫。</p><p><b>　　5.4 加工</b></p><p>　　先用磨床打磨防彈片，將防彈片夾在工作臺上，開啟皂液，開

52、始打磨，慢慢下刀，并不斷地使防彈片前后運動，直到防彈片表面平整，取出防彈片，分別用120目，180目，360目，400，800目，1200目，1400目，1800目，2000目的砂紙打磨，最后進(jìn)行拋光，直到呈現(xiàn)鏡面。</p><p><b>　　5.5性能測試</b></p><p>　　用三點彎曲測抗彎強度,用阿基米德排水法測試密度。</p><

53、p>　　表5.1 三點抗彎強度</p><p>　　當(dāng)最大壓力為469.73N時，三點抗彎強度為587.17MPa</p><p>　　圖5.1 三點抗彎曲線圖</p><p><b>　　六 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　表6.1 粉料性能參數(shù)</p><p>　　松裝密度=(

54、松裝質(zhì)量—漏斗質(zhì)量)/漏斗體積</p><p>　　=(134.21-116.60)/20=0.88g/ml</p><p>　　漏斗質(zhì)量=116.60g </p><p><b>　　漏斗體積=20ml</b></p><p>　　表6.2 素坯尺寸參數(shù)</p><p>　　表6.3 燒結(jié)

55、后防彈片的尺寸參數(shù)</p><p>　　表6.4燒結(jié)前后參數(shù)比較</p><p>　　物體的燒失量=(燒結(jié)前的質(zhì)量—燒結(jié)后的質(zhì)量)/燒結(jié)前的質(zhì)量</p><p>　　物體的密度=水的密度*空氣中物體的質(zhì)量/(空氣中的質(zhì)量—水中的質(zhì)量)</p><p>　　七 SiC陶瓷生產(chǎn)工藝平面布置圖</p><p><b&g

56、t;　　八 制品缺陷分析</b></p><p>　　實驗所用為惰性氣體保護(hù)，但由于實驗設(shè)備長期使用精密度變差致密封性變差，不能完全排除空氣，空氣中的氧氣與制品反應(yīng)，制品在機械混合過程中混合不均勻，在干壓成型過程中各處受壓不均勻，在燒結(jié)過程中制品的各個部位內(nèi)應(yīng)力不同。</p><p><b>　　九 小結(jié)</b></p><p>　

57、　經(jīng)過近兩周的努力，我們小組順利完成了特陶的課程設(shè)計。我們主要是從原料的預(yù)處理、碳化硅粉的制備、成型、燒結(jié)、性能檢測五個方面對SiC陶瓷的生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究。通過本次特陶課程設(shè)計，我們更加深刻體會到理論與實踐結(jié)合的方法，對于從事科學(xué)研究是及其重要的。特陶課程設(shè)計讓我們對這學(xué)期學(xué)的特陶課有更加清晰的認(rèn)識。改進(jìn)了自己的學(xué)習(xí)方法，以前只是單純的通過書本和老師講解掌握知識，通過本次課程設(shè)計，讓我們體會到理論加實踐的重要性。知識只有將其運用才能更好

58、的轉(zhuǎn)化為自己的東西。體會到了團(tuán)隊合作的樂趣。一向慣于"獨立思考"的我們懂得了了團(tuán)隊成員交流，取長補短,共同進(jìn)步的重要性。如何更好地加強團(tuán)隊合作，如何發(fā)揮各自的特長，提高團(tuán)隊的運作效率。總之，通過本次課程設(shè)計，使我們更加充實了自己，提高了自己分析問題、解決問題的能力，為以后走入社會打下了堅實基礎(chǔ)。</p><p>　　此次課程設(shè)計的所有研究工作從其中的選題、實現(xiàn)條件到寫作等階段都是在陸老師的悉心

59、指導(dǎo)下完成。同時在學(xué)術(shù)和生活等方面都給予了我們無微不至的關(guān)懷和指導(dǎo)，讓我們獲益頗多。謹(jǐn)向陸老師和那些幫助過我們的同學(xué)致以最衷心的感謝。</p><p><b>　　十 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 席偉光等·精細(xì)陶瓷[M]·北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　[2] 唐增寶等·特種陶

60、瓷工藝[M]：華中科技大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[3] 陸有軍，吳瀾爾，陳宇紅. SiC噴霧造粒粉的影響因素研究[J]. 中國粉體技術(shù), 2007，5：5-6</p><p>　　[4] 龍知洲.Al2O3/SiC防彈陶瓷無壓燒結(jié)技術(shù)與性能研究[D].北京:北京航空航天大學(xué)</p><p>　　[5] 陳福民. 現(xiàn)代“ 人身裝甲”— 防彈衣[J].科