切割刃料基本知识与生产工艺

1磨料的基本性质及碳化硅切割刃料生产工艺一、磨料基本知识1、磨料的概念和品种在磨削、研磨和抛光中起切削作用的材料。磨料2、磨粒用人工方法制成特定粒度，用以制造切除材料余量的磨削、抛光和研磨工具的颗粒材料。1）、粗磨粒4—220粒度的磨粒。表示方法例如F4.每种粗磨粒都有自己的范围，在这些范围里面包含最粗粒、粗粒、基本粒、混合粒和细粒。2）、微粉微粉磨料是指粒径为63微米以细的磨料颗粒。微粉是精密加工不可缺少的原料，广泛用于机械制造、光学仪器、半导体材料加工、计算机制造、航空航天、太阳能光伏产业晶硅片的切割等领域。磨料微粉的制造水平已经成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志。微粉磨料的生产与磨粒制造是不同的。微粉的生产选用优质的原料，绿天然磨料人造磨料普通磨料超硬磨料普通磨料超硬磨料刚玉碳化硅黑碳化硅绿碳化硅2碳化硅多采用F24——F60的成品为原料，因为这个粒度范围的磨料杂质最少。微粉的生产都要进行化学处理除去杂质，所以新料都要经过酸洗之后才能用。由于微粉的颗粒细微，极难用筛分法分级，常用水力分级。近年来，随着研究和实验的进行，气流分级也得到了广泛的运用。3）、粒度磨料的粒度指磨料的粗细程度。磨料的粒度规格用粒度号来表示。根据使用的需要，我国的磨料标准把普通磨料的粒度规格分为二类。一类是固结磨具用的磨料粒度规格，其粒度号以“F”打头。这是我国磨料的主要粒度规格，绝大多数普通磨料是以这种粒度规格生产、制造和使用的。另一类是涂附磨具用的磨料粒度规格，其粒度是以“P”开头，故称“P粒度号磨料”。根据磨料的生产工艺，Ｆ粒度规格可分为二部分：粗磨粒、微粉。粗磨粒：颗粒尺寸在63微米以上的磨料，多用筛分法生产。微粉：颗粒尺寸在63微米以下的磨料，多用水选法生产。4）、粒度分布：用特定的仪器和方法反映出粉体样品中不同粒径颗粒占颗粒总量的百分数。有区间分布和累计分布两种形式。区间分布又称为微分分布或频率分布，它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。累计分布也叫积分分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。表示粒度特性的几个关键指标：①D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D503也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。②D94：一个样品的累计粒度分布数达到94%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的的颗粒占94%。D94常用来表示粉体细端的粒度指标。其它如D3、D10、D90等参数的定义与物理意义与D94相似。3、磨料的基本性质磨料的用途很广泛。作为磨削加工用途，磨料应具备下列基本性质：1)硬度磨料应当具备相当高的硬度，磨料的硬度要高于被加工的工件硬度，而且要有良好的耐腐蚀性能。一般来说，在其他条件相同的情况下，磨料的硬度越高，其耐腐蚀性能就越好，切削性能也会越好。2）可加工性磨料应具有可加工制粒性，能制成尺寸范围广泛、形状均匀、尺寸整齐的颗粒。3）韧性磨料具有一定的韧性。磨料的韧性指在磨削加工过程中抵抗脆裂、保持切削刃的能力。4）高温稳定性磨料应能耐高温，具有高温稳定性。在磨削时磨料与被加工的工件的接触区域会产生大量的热，尤其是高速磨削和重荷磨削，局部温度可达1500摄氏度。所用的磨料在磨削高温下，应当能保持其固有的强度和硬度。45）化学性质稳定性磨料应具有化学稳定性，在磨削加工过程中不与工件、结合剂、冷却液发生化学反应。磨削不是单纯的机械过程，化学反应也在其中起着相当重要的作用。所以，磨料应具备化学稳定性，避免被化学磨蚀。5二、碳化硅切割刃料生产工艺一）、碳化硅的生成和基本性质绿碳化硅,英文名字Greensiliconcarbide，我们习惯上用它的简写形式GC.绿碳化硅是用石英砂、石油焦、木屑、食盐等原料在电阻炉内制成的。其色泽为绿色而命名。其化学成分为SiC大于99%，杂质小于1%,碳化硅的硬度很高，而且其高温硬度比黑碳化硅稍高。绿碳化硅多用于加工硬度高，脆性大的非铁材料，如硬质合金、光学玻璃，还被用来制造碳化硅棒。碳化硅分为黑碳化硅和绿碳化硅两种。本公司主要的原材料是绿碳化硅。碳化硅化学式SiC。1、碳化硅磨料的主要成分是SiC，含量通常在95%——99.5%之间，其余为杂质。碳化硅的化学成分也是随粒度而变化的，磨料的粒度越细，其碳化硅含量就越低。2、绿碳化硅磨料的SiC含量略高于黑碳化硅磨料。但是我们就决不能认定，绿碳化硅晶体的含量一定高于黑碳化硅。事实上黑碳化硅晶体的SiC含量高于绿碳化硅是常有的事。3、纯碳化硅是无色透明的晶体。但是无色透明的碳化硅晶体却不一定是碳化硅成分最高的，因为它常含有较多的二氧化硅。4、工业碳化硅通常含有2%的杂质，主要是碳、硅、铁。我们所生产的#2000碳化硅其中含有SiC约为98.4%，碳大约为0.04%，铁不大于0.15%。6二）、碳化硅切割刃料的生产工艺我公司生产的绿碳化硅粉体材料，又称切割刃料，是太阳能光伏产业、半导体产业不可缺少的产品。我公司产品的生产工艺：干分法水分法结晶块粗碎细碎制粉脱水烘干气流分级成品溢流分级脱水干燥成品脱酸酸洗水洗除碳破碎提纯粒度分级沉降（虹吸）分级71、破碎工艺工艺流程：结晶块破碎筛选包装入库1）、破碎是将大块物料变成小块物料的过程。在这个过程中外力施加于被破碎的物料上，克服物料分子间的内聚力而将大块物料分裂成小块物料。2）、主要设备磨料常用的破碎机械有颚式破碎机、对辊破碎机、球磨机、自磨机和反击式破碎机等。我公司使用中的破碎设备是颚式破碎机和新型的复合式破碎机。颚式破碎机工作原理：颚式破碎机是以电动机为动力，通过电动机皮带轮，由三角带和槽轮驱动偏心轴，使动颚按预定轨迹作往复运动，从而将进入由固定颚板、活动颚板和边护板组成的破碎腔内的物料予以破碎，并通过下部的排料口将成品物料排出。该系列颚式破碎机破碎方式为曲动挤压型，电动机驱动皮带和皮带轮，通过偏心轴使动颚上下运动，当动颚上升时肘板和动颚间夹角变大，从而推动动颚板向定颚板接近，与此同时物料被挤压、搓、碾等多重破碎；当动颚下行时，肘板和动颚间夹角变小，动颚板在拉杆、弹簧的作用下离开定颚板，此时已破碎物料从破碎腔下口排出，随着电动机连续转动破碎机动颚作周期性的压碎和排料，实现批量生产。8鄂式破碎机结构图：复合式破碎机工作原理：该设备是一种融锤破，反击破为一体的新型高效细碎设备，其工作原理：物料由机器上部垂直落入高速旋转的叶轮内，在高速离心力的作用下，与另一部分以伞状形式分流在叶轮四周的物料产生高速撞击与粉碎，物料在互相撞击后，又会在叶轮和机壳之间以物料形成涡流多次的互相撞击、摩擦而粉碎，从下部直通排出，形成闭路多次循环，由筛分设备控制达到所要求的成品粒度。颚式破碎机复合式破碎机2、制粉工艺9工艺流程：1）、原料：入磨原料符合粒度砂的各项指标。2）、磨粉：将粒度砂在磨机中进行再破碎。按照所用的粉碎设备，微粉原料的粉碎工艺有球磨法、气流磨粉碎法和振动磨粉碎法。球磨法特点是设备简单，无需其他附属设备，但加工效率低，而且因钢球磨损而混入原料中铁质较多。球磨法粉碎有干磨和湿磨两种作业方式，一般采用湿磨，湿磨又分为连续式和间歇式。我公司目前所使用的主要是气流磨粉碎法（习惯称为雷蒙磨）。3）、分级：物料研磨后，在引风机的作用下，经过安装在磨机上的分级机进行分选。主要设备：气流微粉磨（雷蒙磨）、变频控制器设备主要由主磨机、1#分级机、2#分级机、引风机、微粉旋风收集器及风管组成、除尘器。其中，主机由机架、进风蜗壳、铲刀、磨辊、磨环、罩壳组成。（如图所示）包装磨粉粒度砂分级检验入库10工作时，将需要粉碎的物料从机罩壳侧面的进料斗均匀的加入机内，依靠悬挂在主机梅花架上的磨辊装置，由于旋转时离心力作用，磨辊向外摆动，紧压于磨环，铲刀铲起物料送到磨辊与磨环之间，因磨辊的滚动而达到粉碎目的。物料研磨后的细粉随风机产生的气流被带入1#分级机进行分选，在1#分级轮的离心作用下粒度过粗的物料落回重磨，合格细粉则随气流进入2#分级机，在2#分级轮的离心作用下经出粉管排出，即为成品，未经排出的细粉随气流经微粉旋风收集器粉管排出。系统气流由引风机提供，经除尘器净化将废气排出。开机顺序：2#分级机1#分级机引风机主磨机停机顺序与开机顺序相反常见故障产生原因采取措施不出料或出料少分级机频率调整不合适风机倒转下料少导致磨机倒转铲刀磨损大，物料未被铲起密封不严，造成倒吸除尘袋损坏脉冲喷吹时间间隔长调整到合适的频率调整风机转向控制下料均匀度使之合适更换新铲刀检查维修更换密封垫检查清理或更换除尘袋调整脉冲喷吹时长成品粒度过细或过粗分级轮叶片磨损严重引风机风量不合适分级轮转速不合适除尘时间间隔长更换分级轮过细提高进风量反之亦然过细降低转速反之亦然调整除尘时间密度3、酸洗工艺工艺流程原料造浆酸洗脱酸捞碳脱水烘干包装入库1)、原料：酸洗工艺的原料主要有雷蒙料、沉池料、废砂浆料等。2)、造浆：原料与生产用水按重量1：1的比例投入到造浆池中，充11分搅拌使碳化硅微粉和水混合均匀。3）、酸洗：将搅拌均匀的料浆按照一定比例加入浓硫酸使之反应的过程。酸洗的目的是除去金属铁和氧化铁、也可除掉一部分的氧化钙、氧化镁、氧化铝和石墨。碱洗（回收砂）的目的是除去颗粒表面的游离硅和二氧化硅，也可除去一部分的氧化铝和石墨。酸碱洗的化学反应如下:SiO2+2NaOHNa2SiO3+H20Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H20Fe+H2SO4FeSO4+H2↑Fe2O3+Fe+H2SO43FeSO4+3H20MgO+H2SO4MgSO4+H20CaO+H2SO4CaSO4+H20Al2O3+3H2SO4Al2(SO4)3+3H20上述反应中生成的盐类都能溶解于水，可在水冲时被排出。石墨等杂质在水冲时也可被水带走。为使反应充分和彻底，在反应8小时之间，必须每1个小时进行一次搅拌；加酸量根据原料中铁含量确定，具体加酸量如下表所示：雷蒙料加浓硫酸（98%）量原料中铁含量%≤0.50.51—0.80.81—1.21.21—1.81.81—2.62.6—4加酸量%788.59101212沉池料加浓硫酸（98%）量原料中铁含量%≤0.50.51—0.80.81—1.21.21—1.81.81—2.62.6—4加酸量%77.588.599.5废砂浆加浓硫酸（98%）、片碱量原料中铁含量%≤0.50.51—0.80.81—1.21.21—1.81.81—2.62.6—4加酸量%788.591012原料中碳化硅含量%≥9796—9794—9692—9490—9286—90加碱量%222.533.544)、脱酸：将酸洗反应完成的料浆洗至中性。为提高生产效率、降低劳动强度由原来的人工洗酸改为目前的机械洗酸，主要设备是水平胶带过滤机。5）、在酸洗工序中常见的质量异常有：铁含量超标、碳含量超标、水分超标、PH值不合格。4、粒度分级工艺分级是将粉料分成要求粒度级别的过程。微粉生产多采用水力分级或气流分级。水力分级包含沉降法、溢流法和旋流法。我公司采取的溢流法和沉降法是微粉磨料生产最常用的分级方法。沉降法和溢流法的分级原理是：根据同一比重或密度的颗粒在水中沉降的速度因粒径的不同而有差异，颗粒大的沉降速度快，颗粒小的沉降速度慢，来进行粒度分级的。1）、溢流法是用大于颗粒沉降速度的水流把微粒带出容器，达到分级的目的。溢流分选时，向溢流缸引入向上流动的水流，水流速度等于13颗粒沉降速度时，该颗粒滞留不动。粒径大于该颗粒的就下沉，粒径小于该颗粒的就随水流溢出。将料浆投入溢流缸，先用小流量冲出细粒，随后略调大流量，并改动溢流管位置，即可获得一种规格微粉。当溢流出来的料浆浓度很稀时，再次调大流量并改换溢流管位置，又可获得一种较粗规格的微粉。如此重复操作，可分出各个粒度的微粉.2）沉降法：将一定浓度（500kg/m3）的料浆投入虹吸缸内，通过搅拌分散均匀后，计时沉降，根据不同颗粒大小的不同沉降速度，计算确定不同规格号的沉降