Когда говорят о крупных блоках карбида бора, многие сразу представляют себе монолитные плиты — но в реальности даже блок весом в 2 кг уже считается крупным, если речь идет о гомогенности структуры. Часто путают спеченные блоки и прессованные заготовки — разница в содержании кислорода может достигать 0.8%, что критично для бронепанелей.
На нашем производстве в Яане пробовали три схемы прессования: холодное изостатическое, горячее одноосное и вакуумное спекание. Для блоков свыше 15×15 см только изостатическое прессование дает равномерную плотность — но и тут есть нюанс с переуплотнением кромок.
В 2019 году пришлось переработать партию для чешского заказца именно из-за зональной пористости. Инженеры тогда увеличили время выдержки под давлением с 45 до 70 минут, но это привело к росту себестоимости на 12% — не каждый клиент готов платить за такой допуск.
Сейчас для блоков марки 'Хуангэн' используем послойное дозирование шихты с виброуплотнением между циклами. Не идеально, зато стабильно выходим на плотность 2.48-2.51 г/см3 даже при толщине 80 мм.
Ультразвуковой контроль — головная боль для крупных блоков. Датчики 5 МГц 'не видят' дефекты ближе 3 мм от поверхности, а 2 МГЦ дают слишком широкую диаграмму. Пришлось разработать калибровочные эталоны с искусственными дефектами — сейчас их 8 типов, включать клиновидные трещины.
Особенно сложно с блоками для активной зоны реакторов — там даже цветовые отклонения считаются браком. Как-то разбраковали партию из-за пятен окисления размером с монету — виной оказался негерметичный шлюз печи.
Сейчас внедряем систему термовизорного контроля при охлаждении — если градиент температуры превышает 15°С/час, в блоке гарантированно появятся микротрещины. Дорого, но дешевле, чем заменять бракованный модуль в готовой сборке.
Резка алмазными дисками с водяным охлаждением — классика, но для блоков толще 50 мм приходится снижать скорость подачи до 0.8 мм/мин, иначе диск 'зажимает'. Лучше показала себя лазерная резка с подачей аргона — но оборудование дороже в 4 раза.
Шлифовка — отдельная история. Для прецизионных поверхностей используем алмазные головки с размером зерна 15-20 мкм, но ресурс инструмента падает на 40% compared с обработкой карбида кремния. Приходится закладывать повышенный расход инструмента в калькуляцию.
Интересный случай был с французскими заказчиками — требовали параллельность граней 0.02 мм на длине 200 мм. Добились только комбинированным методом: сначала электроэрозионная обработка, потом полировка коллоидным кремнеземом. Дорого, но они платили.
Крупные блоки боятся вибрации при транспортировке — разработали многослойную упаковку с демпфирующими вставками из вспененного полиэтилена. Но главная проблема — температурные перепады. При резком охлаждении ниже -10°С в материале возникают напряжения, которые могут проявиться через месяцы.
На складе в Чжума храним блоки в термостабилизированных камерах при +18±2°С. Влажность поддерживаем не выше 45% — выше начинается поверхностная гидратация, особенно у материала с повышенным содержанием бора.
Для экспорта в страны с тропическим климатом используем вакуумную упаковку с силикагелем — дополнительно 3% к стоимости, но предотвращает появление 'высолов' на поверхности при перепадах влажности.
Сейчас тестируем технологию спекания с добавлением 1.5% нитрида алюминия — предварительные результаты показывают рост ударной вязкости на 18%, но плотность падает до 2.45 г/см3. Для бронезащиты это может быть приемлемо, для ядерной техники — нет.
Инвестируем в новую линию глубокой переработки — планируем выпускать блоки с градиентными свойствами: одна сторона высокой твердости, другая повышенной термостойкости. Технология сложная, но спрос со стороны аэрокосмической отрасли уже есть.
Коллеги из ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив недавно запустили линию на 2000 тонн — это позволит стандартизировать качество сырья для крупных блоков. Раньше приходилось сортировать шихту из 3-4 партий, теперь работаем с единой базой.
Себестоимость блока 100×100×50 мм составляет около 12000 юаней без учета механической обработки. Основные затраты — электроэнергия (38%) и амортизация прессового оборудования (22%).
При выходе на проектную мощность в 100 миллионов юаней в год можем снизить цену на 15-17% за счет оптимизации энергопотребления — сейчас заменяем резистивные печи на индукционные с КПД 92%.
Рентабельность производства крупных блоков — около 24%, что ниже, чем у порошков (35%), но стабильный спрос со стороны ВПК делает это направление стратегическим. К тому же, конкуренция здесь менее интенсивная — в мире всего 7 производителей, способных выпускать блоки весом свыше 5 кг.
