کاربید سیلیکون (SiC) یک ساینده بسیار مهم و رایج است که در ساخت چرخ‌های سنگ‌زنی و دیسک‌های برش استفاده می‌شود. خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد آن، آن را در کاربردهای خاص غیرقابل جایگزین می‌کند. این مقاله بر دو جنبه اصلی تمرکز خواهد کرد: دلیل استفاده از کاربید سیلیکون و فرآیند تولید.
1. چرا کاربید سیلیکون را به عنوان ساینده انتخاب کنیم؟
کاربید سیلیکون یک ماده ساخته دست بشر و با سختی بالا با سختی Mohs 9.5 است که تنها الماس و نیترید بور مکعبی (CBN) از آن پیشی می‌گیرند. این ماده دارای چندین ویژگی کلیدی است که آن را برای ابزارهای ساینده ایده‌آل می‌کند:
سختی و تیزی بالا: ذرات کاربید سیلیکون بسیار سخت و تیز هستند و امکان حذف کارآمد مواد را فراهم می‌کنند.
شکنندگی: در مقایسه با ساینده‌های کوراندوم (اکسید آلومینیوم)، کاربید سیلیکون شکننده‌تر است. این یک مزیت در طول سنگ‌زنی است، زیرا ذرات کدر می‌شکنند و لبه‌ها و گوشه‌های تیز جدیدی را آشکار می‌کنند و یک اثر “خود تیزشوندگی” ایجاد می‌کنند که قدرت برش پایدار را حفظ می‌کند.
رسانایی حرارتی خوب: این به اتلاف گرمای تولید شده در طول فرآیند سنگ زنی کمک می کند.
پایداری شیمیایی: به ویژه برای ماشینکاری مواد با سختی بالا و استحکام کششی کم مناسب است زیرا با این مواد واکنش نشان نمی‌دهد.
دسته بندی های اصلی برنامه:
کاربید سیلیکون سیاه (SiC): خلوص پایین، تقریباً 98.5٪ یا بالاتر. این ماده رسانایی حرارتی و چقرمگی عالی دارد و در درجه اول برای ماشینکاری مواد با استحکام کششی کم، مانند موارد زیر استفاده می‌شود:
مواد غیرفلزی مانند شیشه، سرامیک و سنگ
چدن، فلزات غیر آهنی (مانند مس، آلومینیوم و برنج)
لاستیک و چرم
مواد نسوز
کاربید سیلیکون سبز (SiC): خلوص بالاتر (>99%)، سخت‌تر و شکننده‌تر. این ماده در درجه اول برای ماشینکاری مواد سخت و شکننده مانند موارد زیر استفاده می‌شود:
ابزارهای کاربیدی (فولاد تنگستن)
شیشه اپتیکی، یشم، عقیق
آلیاژهای تیتانیوم
مواد نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم
۱. آماده‌سازی و مخلوط کردن مواد اولیه
این مهمترین مرحله است که عملکرد چرخ سنگ زنی (مانند سختی، اندازه دانه و ساختار) را تعیین می‌کند.
دانه‌های ساینده: نوع کاربید سیلیکون (سیاه یا سبز) و اندازه دانه مناسب (مثلاً ۴۶، ۶۰، ۱۲۰ و غیره) را بر اساس ماده‌ای که قرار است ماشینکاری شود، انتخاب کنید. اندازه دانه‌های بالاتر منجر به ذرات ریزتر و در نتیجه سطح صاف‌تر می‌شود، اما همچنین راندمان سنگ‌زنی را کاهش می‌دهد.
پیوند: مانند “چسب” عمل می‌کند و دانه‌های ساینده را در کنار هم نگه می‌دارد. انواع رایج آن عبارتند از:
پیوند رزینوئیدی: رایج‌ترین نوع مورد استفاده، که معمولاً از رزین فنولیک ساخته می‌شود. چرخ‌های سنگ‌زنی حاصل، خاصیت ارتجاعی، استحکام و مقاومت در برابر سرعت بالا را ارائه می‌دهند و آنها را برای برش، سنگ‌زنی و سنگ‌زنی خشن ایده‌آل می‌کنند. اکثر دیسک‌های برش از پیوندهای رزینی استفاده می‌کنند.
پیوند شیشه‌ای: از مواد سرامیکی مانند خاک رس و فلدسپات ساخته می‌شود. چرخ‌های سنگ‌زنی حاصل سفت و سخت، مقاوم در برابر حرارت هستند و شکل خود را به خوبی حفظ می‌کنند، اما نسبتاً شکننده هستند. آنها در درجه اول برای سنگ‌زنی دقیق و کمتر برای دیسک‌های برش استفاده می‌شوند.
پیوندهای دیگر، مانند پیوندهای لاستیکی و فلزی، در کاربردهای تخصصی استفاده می‌شوند.
پرکننده‌ها: مواد کاربردی مانند کریولیت و پیریت برای روانکاری، خنک کردن یا بهبود عملکرد آسیاب در طول فرآیند آسیاب اضافه می‌شوند.
ساینده کاربید سیلیکون، پودر چسب و پرکننده‌ها که با نسبت‌های دقیقی تعیین شده‌اند، در یک میکسر قرار داده شده و برای مدت طولانی و یکنواخت مخلوط می‌شوند.
۲. قالب‌گیری
مواد مخلوط شده در قالبی با اندازه و شکل خاص قرار می‌گیرند.
در یک پرس بزرگ، پرس سرد انجام می‌شود و با اعمال فشار بسیار زیاد (از ده‌ها تا هزاران تن) مخلوط سست به یک قطعه خام چرخ سنگ‌زنی متراکم و در ابتدا محکم تبدیل می‌شود.
یک میله مغزی در مرکز قالب قرار می‌گیرد تا مستقیماً سوراخ نصب چرخ سنگ‌زنی را تشکیل دهد.
۳. عمل‌آوری
این فرآیندی است که به چرخ سنگ‌زنی استحکام نهایی می‌دهد. این روش بسته به نوع پیوند متفاوت است:
برای چرخ‌های سنگ‌زنی با رزین: قطعه خام چرخ سنگ‌زنی پرس‌شده در یک فر بزرگ (کوره سخت‌کاری) قرار داده می‌شود و در دمای کاملاً کنترل‌شده (مثلاً ۱۸۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد) و زمان (ده‌ها ساعت) گرم می‌شود. رزین ذوب می‌شود و واکنش اتصال عرضی را انجام می‌دهد و در نهایت دانه‌های ساینده را جامد کرده و محکم به هم می‌چسباند.
برای چرخ‌های سنگ‌زنی با پیوند شیشه‌ای: قطعه خام در یک کوره با دمای بالا قرار داده می‌شود و در دمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد تف‌جوشی می‌شود. پیوند شیشه‌ای شده، دانه‌های ساینده را شیشه‌ای کرده و محکم به هم می‌چسباند.
۴. پردازش و بازرسی
پردازش: پس از پخت، قطعه خام چرخ سنگ‌زنی تحت چرخش و بالانس استاتیک قرار می‌گیرد تا قطر سوراخ دقیق، هم‌مرکزی قطر خارجی و عملکرد روان و بدون لرزش تضمین شود.
بازرسی: این یک مرحله بسیار مهم برای ایمنی است. هر چرخ سنگ‌زنی تحت آزمایش‌های دقیقی قرار می‌گیرد، از جمله:
تست چرخش: چرخش با سرعتی بیش از حداکثر سرعت عملیاتی آن (مثلاً ۱.۵ برابر) برای آزمایش یکپارچگی ساختاری آن و جلوگیری از ترک خوردگی در حین استفاده.
ظاهر، سختی و تعادل بررسی می‌شوند.
در نهایت، چرخ‌های برش واجد شرایط برچسب‌گذاری و برای حمل و نقل بسته‌بندی می‌شوند.