Когда слышишь про гранулы карбида бора с сохранённой морфологией, первое, что приходит в голову — это идеальные сферические частицы из учебника. Но на практике морфология сохраняется совсем не так, как рисуют в презентациях. Помню, как в 2016 мы начинали эксперименты с прессованием — думали, главное избежать трещин. Оказалось, проблема глубже: даже при кажущейся целостности гранул их абразивные свойства 'плывут' из-за микродеформаций кристаллической решётки.
Большинство производителей до сих пор используют виброуплотнение для гранулирования. На выходе получаются условно однородные частицы, но при увеличении в 400 раз видно, как острые кромки кристаллов 'завалены'. Для шлифовки керамики это критично — вместо контролируемого съёма получаем хаотичное выкрашивание материала. Мы в ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив трижды переделывали линию грануляции после тестов на кремниевых пластинах. Выяснился парадокс: чем выше скорость охлаждения расплава, тем хуже сохраняется морфология, хотя теоретически должно быть наоборот.
Коллеги из Челябинска как-то предлагали добавлять связующие присадки — поливиниловый спирт, лигносульфонаты. Да, гранулы получаются прочнее, но карбид бора теряет 40% абразивной способности. После таких экспериментов пришлось полностью пересмотреть подход к подготовке шихты. Сейчас используем двухстадийный отжиг в атмосфере аргона — дорого, но хотя бы видим чёткие грани кристаллов под микроскопом.
Самое неприятное, когда заказчик присылает рекламацию по партии гранулы карбида бора для обработки сопел ТВД. Разбираем — а там неоднородный износ именно из-за нарушения морфологии. Пришлось разрабатывать методику контроля не только по ГОСТ, но и по собственным ТУ, где прописываем углы скругления кромок.
На нашей линии в Яане сначала пытались совместить высокую производительность и качество гранул. Была установка СМТ-07 — давала 800 кг/час, но морфология 'плыла' уже после первой термообработки. Пришлось снижать скорость до 300 кг/час и менять конструкцию охлаждающих рубашек. Технолог Ли Вэй тогда справедливо заметил: 'Либо мы делаем красивые отчёты, либо работающие абразивы'.
Интересный момент с фракцией 80-100 мкм. Казалось бы, самые простые для производства гранулы. Но именно у них чаще всего наблюдается расслоение плотности — тяжёлые кристаллы оседают вниз пресс-формы. Решение нашли почти случайно: добавили импульсную вибрацию на стадии предуплотнения. Не идеально, но хотя бы стабильно.
Сейчас для ответственных заказов (например, для оборонных предприятий) используем ручную отбраковку под бинокуляром. Да, это увеличивает стоимость на 15-20%, но зато клиенты вроде Уралвагонзавода не жалуются. Кстати, их техзадание требует сохранения остроты кромок не менее 85% — достичь такого показателя без послойного контроля температуры невозможно.
После модернизации 2019 года в промышленном парке Чжума поставили вакуумные печи с точностью контроля температуры ±3°C. До этого работали с допуском ±15°C — и удивлялись, почему партии отличаются. Особенно чувствителен карбид бора марки 'Хуангэн' — его кристаллы склонны к образованию субзеренной структуры при перегреве.
Гранулятор GSL-300 пришлось дорабатывать совместно с инженерами из Новосибирска. Стандартные шнеки давали неравномерное сжатие — в центре гранулы плотность была на 12-15% выше, чем по краям. Разработали конический профиль с переменным шагом, сейчас патентуем эту модификацию. На сайте cn-boroncarbide.ru есть фото сравнения микроструктур — видно, как исчезли зоны разуплотнения.
Для глубокой переработки используем гидроциклоны собственной конструкции. Не могу раскрыть все детали, но принципиально изменили геометрию входных патрубков — это позволило снизить энергозатраты на классификацию на 18%. Мелочь? При объёме 2000 тонн в год — существенная экономия.
Многие заказчики требуют идеальную сферичность гранул. Но на практике слегка вытянутые частицы лучше работают при плоском шлифовании — есть экспериментальные данные по обработке карбидокремниевых подложек. Мы сейчас специально делаем две линейки продукции: сферические гранулы для виброобработки и овальные для плоского хонингования.
Ещё один миф — чем выше твёрдость, тем лучше. Измеряли по Виккерсу партии с разной морфологией — разница всего 2-3%, а стойкость отличается на 25-30%. Оказалось, важнее не абсолютная твёрдость, а распределение напряжений в грануле. Кстати, это подтвердили исследования в МИСиС, когда брали наши образцы для сравнительных тестов.
Самая грубая ошибка — оценивать сохранность морфологии только по электронной микрофотографии. Нужно обязательно делать рентгеноструктурный анализ — были случаи, когда внешне идеальные гранулы имели текстуру деформации до 15%. Сейчас ввели обязательный контроль по пяти точкам партии, даже если это увеличивает время выпуска.
Когда в 2015 запускали первую линию, думали прежде всего о производительности. Но жизнь показала: клиенты готовы платить на 30% дороже за стабильную морфологию. Особенно в прецизионных применениях — например, при полировке оптических стекол, где разброс размера частиц не должен превышать 3%.
Инвестиции в 50 миллионов юаней в основной капитал окупились быстрее расчётного срока именно благодаря переходу на выпуск высокомаржинальной продукции. Сейчас доля гранулы карбида бора с сохранённой морфологией в портфеле заказов составляет около 40%, хотя по объёму — всего 15%.
Интересный кейс был с одним немецким производителем режущего инструмента. Сначала они брали стандартный карбид бора, жаловались на быстрый износ фрез. После перехода на гранулы с контролируемой морфологией стойкость увеличилась в 1,8 раза. Теперь заключают контракты на год вперёд, хотя наши цены выше китайских конкурентов.
Сейчас экспериментируем с нанопористыми гранулами — теоретически они должны дать лучший отвод тепла. Но пока не получается сохранить морфологию при диаметре менее 50 мкм. Видимо, проявляются капиллярные эффекты, которые искажают структуру.
Основное технологическое ограничение — производительность линии глубокой переработки. Чтобы выйти на запланированные 100 миллионов юаней в год, нужно либо увеличивать время цикла (что снижает качество), либо ставить дополнительное оборудование. Скорее всего, пойдём по пути создания параллельной линии с оптимизированными параметрами.
Коллеги из ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив недавно тестировали лазерное сканирование для 100% контроля гранул. Технология перспективная, но пока слишком медленная — 2 кг/час против необходимых 200. Думаем, как адаптировать её для выборочного контроля критичных партий.
Сохранить морфологию карбида бора в гранулах — это не про соблюдение ТУ, а про понимание физики процесса. Иногда приходится нарушать технологический регламент, чтобы получить нужный результат. Как в том случае с перегревом шихты на 50 градусов — случайно обнаружили, что это улучшает сохранность острых кромок.
Главный урок за эти годы: не существует универсального решения. То, что работает для абразивов в керамической промышленности, не подходит для обработки жаропрочных сплавов. Приходится каждый раз подбирать параметры под конкретного заказчика.
Если бы начинал сейчас, возможно, по-другому спроектировал бы участок грануляции. Но как говорится, опыт — это то, что получаешь, когда не получаешь то, что хотел. По крайней мере, теперь можем уверенно говорить о реальных, а не рекламных характеристиках наших продуктов.
