Если честно, когда слышишь 'керамический абразив', первое что приходит на ум — это какие-то кустарные мастерские с печами для обжига. Сам лет десять назад думал, что керамические зерна это просто перемолотый электрокорунд с добавками. Но когда в 2016-м попал на производство ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив, понял насколько ошибался. Там карбид бора марки 'Хуангэн' делают по технологии, где керамическая связка работает не просто как наполнитель, а как активный компонент структуры.
Вот смотрите — многие до сих пор путают обычную абразивную керамику и спеченные композиты. Я сам сначала не видел разницы, пока не попробовал сравнивать образцы под микроскопом. У нас в лаборатории как-то разложили три вида зерен: стандартный электрокорунд, циркониевый алюминий и наш керамический абразив на основе карбида бора. Разница в структуре пор сразу видна — у последнего пористость контролируемая, не случайная.
Заметил интересную вещь: когда начинаешь объяснять клиентам про керамические связки, они часто спрашивают 'а это как керамическая плитка?'. Приходится показывать на примере того же карбида бора — при спечении при определенных температурах образуется не просто твердая масса, а матрица с каналами для отвода стружки. Это критично для абразивных кругов которые работают с титаном.
Кстати о температурах — мы в свое время намучились с подбором режимов обжига. Слишком низкая температура — связка не держит зерно, слишком высокая — карбид бора начинает окисляться. Опытным путем вышли на оптимальные °C в восстановительной атмосфере. Но это уже детали технологии, которые на сайте cn-boroncarbide.ru в открытом доступе не найдешь.
Помню как в 2015 году, когда только запустили первую линию на 3000 тонн в Яане, мы думали что основной рынок — это оборонка. Но оказалось что карбид бора в керамической связке востребован везде — от обработки жаропрочных сплавов до полировки оптического стекла. Особенность в том что его твердость (около 9.5 по Моосу) сочетается с хрупкостью — поэтому в чистом виде он не всегда эффективен.
На своем опыте скажу — были случаи когда покупатели жаловались на быстрый износ кругов. Стали разбираться — оказалось они пытались резать закаленную сталь с неправильной подачей. Пришлось разрабатывать инструкции по применению, хотя обычно этим дистрибьюторы занимаются.
Сейчас на новой линии глубокой переработки делаем фракции от 5 до 120 микрон. Мелкие фракции особенно капризные — любая примесь в связующем приводит к комкованию. Как-то раз партию пришлось перерабатывать из-за того что в глину попала пыль от старой футеровки печи. Мелочь а влияет на весь процесс.
Вот например подготовка шихты — кажется что просто смешать порошки. Но если не выдержать время перемешивания в лопастном смесителе, получается расслоение. Мы через это прошли когда расширяли производство — увеличили объем смесителя а режим не адаптировали. В результате в партии были участки с разной абразивной способностью.
Еще важный момент — сушка перед спеканием. Раньше думал что это формальность, пока не увидел статистику брака. Оказалось что остаточная влажность всего 0.3% уже дает микротрещины при резком нагреве. Сейчас контролируем до 0.1% но это требует дополнительных камер сушки с дегидрацией.
Кстати о печах — на сайте ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив пишут про современное оборудование, но не уточняют что пришлось модернизировать систему охлаждения. Стандартные решения не подходили потому что при медленном охлаждении карбид бора теряет прочность из-за фазовых превращений. Придумали ступенчатый режим с зонами разной температуры.
Был у нас клиент из авиакосмической отрасли — жаловался что при шлифовке лопаток турбин появляются микротрещины. Стали анализировать — оказалось проблема в том что их технологи использовали керамический абразив с слишком высокой твердостью. Перешли на наш карбид бора с регулируемой пористостью — брак снизился на 70%.
Другой пример — завод по обработке кремниевых пластин. Там требовалась полировка без царапин на нанометровом уровне. Сначала не верили что керамические абразивы справятся, думали что только алмазные подойдут. Но после испытаний оказалось что наш продукт дает меньшую шероховатость потому что зерно не выкрашивается а постепенно изнашивается.
Кстати о стоимости — многие ошибочно считают что карбид бора всегда дороже альтернатив. Но если считать не цену за килограмм а стоимость обработки одной детали — выходит экономия за счет увеличенного ресурса. Особенно заметно при обработке твердых сплавов где один круг работает в 3-4 раза дольше чем стандартные решения.
Сейчас вижу тенденцию к комбинированию абразивов — например карбид бора с добавкой нитрида кремния для определенных операций. Но это требует пересмотра всей технологии спекания потому что температуры плавления разные. Мы экспериментировали в прошлом году — пока стабильного результата нет.
Еще одна проблема — утилизация отходов. Керамические абразивы не так просто переработать как органические. Пытались дробить отработанные круги для использования в качестве наполнителя для шлифовальных листов — но экономически невыгодно пока.
Из перспективного — интерес к наноструктурированным керамическим абразивам. Но здесь вопрос не столько в технологии производства сколько в методах контроля. Стандартная ситовая классификация не работает для частиц меньше 5 микрон, нужны лазерные анализаторы которые у нас пока только в планах.
За эти годы понял одну вещь — нельзя работать с керамическими абразивами просто как с товаром. Нужно понимать как ведет себя материал при разных температурах, нагрузках, средах. Иначе будешь как те технологи которые пытаются резать нержавейку тем же режимом что и углеродистую сталь.
Кстати о нагрузках — мы как-то проводили испытания на разрыв связки. Оказалось что прочность на срез важнее чем на сжатие. Это объясняет почему некоторые круги работают хорошо при шлифовании но рассыпаются при профильной обработке.
В общем тема керамический абразив еще долго будет развиваться. И судя по тому что вижу на производстве в Шимань Босэн — резервы для улучшения есть как в составе материалов так и в технологии изготовления. Главное не останавливаться на достигнутом хотя бы потому что конкуренты тоже не спят.
