Когда видишь спецификацию 'плотность ≥2.4 г/см3', кажется, будто всё просто — бери да производи. Но на практике каждый дополнительный 0.1 г/см3 даётся ценой пересмотра всей технологической цепочки.
В 2016 году мы столкнулись с парадоксом: лабораторные образцы показывали 2.42-2.45 г/см3, а в промышленной партии плотность проседала до 2.35. Оказалось, вибрационное уплотнение порошка перед спеканием давало неравномерную плотность по высоте блока.
Пришлось разрабатывать каскадную систему прессования с контролем давления на трёх уровнях одновременно. Помню, как технолог из ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив показывал их журналы контроля — там каждая партия сырья тестировалась на сыпучесть и гранулометрию перед загрузкой.
Интересно, что для карбида бора марки 'Хуангэн' оптимальным оказался фракционный состав 40% мелкой фракции (0-50 мкм) и 60% средней (50-200 мкм). Любое отклонение сразу сказывалось на итоговой плотности.
Первый наш вакуумный печной агрегат 2017 года стабильно выдавал 2.38-2.39 г/см3, но перейти рубеж 2.4 не удавалось. Анализ показал — проблема в скорости нагрева выше 1800°C.
Пришлось модернизировать систему вакуумирования — обычные диффузионные насосы не обеспечивали стабильного давления ниже 10?2 Па при пиковых температурах. Перешли на турбомолекулярные с дополнительными криоловушками.
Сейчас на их производственной линии глубокой переработки стоит печь с многоуровневым контролем температуры — 12 термопар на рабочей камере объёмом всего 2 м3. Это кажется избыточным, но без такого подхода не получить стабильные блоки карбида бора.
Самое коварное — скрытые поры. Внешне блок идеален, плотность по геометрическим размерам считается 2.41, а ультразвуковой контроль показывает внутренние дефекты.
Мы ввели обязательное рентгеноскопическое просвечивание каждого десятого блока из партии. Да, дорого, но иначе рискуешь получить рекламации от предприятий ядерной отрасли — для них плотность ≥2.4 г/см3 критична из-за нейтронопоглощающих свойств.
На их сайте cn-boroncarbide.ru есть технические отчёты по разным партиям — обратите внимание, как варьирует плотность в зависимости от номера пресс-формы. Это не брак, а особенность технологии.
Когда считаешь себестоимость, понимаешь — переход с 2.38 на 2.42 г/см3 увеличивает энергозатраты на 18-22%. Но при этом стойкость инструмента растёт на 30-35%.
Для абразивных применений это оправдано только для обработки твёрдых сплавов. Для пескоструйных сопел достаточно 2.35-2.38 — там важнее вязкость разрушения.
Их производственная линия на 2000 тонн в год как раз рассчитана на выпуск продукции разной плотности под разные задачи. Умное решение — не гнаться за максимальными показателями везде.
Блок плотностью 2.41-2.43 г/см3 выдерживает ударные нагрузки в 3 раза лучше, чем при 2.38. Проверяли на испытательном стенде — имитация падения груза 50 кг с высоты 1 м.
Для термостойких применений важна не только плотность, но и теплопроводность. При ≥2.4 г/см3 она стабильно выше 30 Вт/м·К, что критично для теплообменников.
Сейчас вижу тенденцию — многие заказчики требуют не просто '≥2.4 г/см3', а с указанием метода измерения. Потому что гидростатическое взвешивание и геометрический расчёт дают расхождение до 0.03 г/см3.
В следующем материале разберу, как фракционный состав порошка влияет на абразивные свойства — там есть неочевидные зависимости, которые мы выявили за годы работы с карбидом бора.
