SiC - czy można to przeciąć wodą?

Witam,
piszę pracę dyplomową na temat cięcia wodą materiałów ceramicznych o wysokiej twardości.
Z definicji aby przeciąć jakiś materiał trzeba na niego zadziałać siłą (w tym przypadku ciśnieniem strumienia) większą od jego wytrzymałości granicznej (w tym przypadku ciśnienie graniczne co rozumiem jako wytrzymałość na ściskanie).
Wytrzymałość na ściskanie węglika krzemu to 3500 MPa, z tego co wyczytałem.
Ciśnienie urządzenia do cięcia wodą to około 650 MPa (tak wiem są mocniejsze maszyny)
Wiadomo że twarde materiały tnie się ze ścierniwem (powiedzmy granatem żelazowo - glinowym), co w oczywisty sposób polepsza własności cięcia materiałów twardych.
Ale czy urządzenie opisane przeze mnie poradzi sobie z SiC?
Czy należałoby użyć innego ścierniwa, powiedzmy korundu?
Bardzo proszę o pomoc, z góry dziękuję!

Troszkę jeszcze postudiuj "wytrzymałość materiałów" i "mechanikę", bo tam występują nie tylko siły ściskające. Co prawda próba wytrzymałościowa na ściskanie jest podstawową próbą w badaniach wytrzymałościowych materiałów, ale to nie wszystkie zjawiska, które towarzyszą cięciu abrazyjnemu.

Ale odpowiadając na twoje pytanie, tak waterjet poradzi sobie z wymienionym przez ciebie materiałem. Co do "granatu", chodziło ci oczywiście o garnet? Pisząc taką pracę poradziłbym ci odwiedzić firmę zajmującą się cięciem wodą na co dzień i spędzić tam kilka dni, dałoby ci to niezły pogląd na sprawę.

Doskonale rozumiem że towarzyszą temu inne zjawiska, chciałem tylko przedstawić jeden z ważniejszych dla porównania parametrów maszyny i materiału.
Tak chodzi mi o garnet - Fe3Al2(SiO4)3.
W wielu maszynach, jeśli popatrzeć na ich specyfikację istnieje informacja o prędkości cięcia. Różnią się one często bardzo znacznie i przeważnie informacja ta dotyczy różnych stali. Jak wygląda to w przypadku cięcia węglika krzemu. Nie mogę znaleźć nigdzie informacji na ten temat. Byłbym wdzięczny za pomoc w obliczeniu prędkości cięcia węglika krzemu o grubości 2 mm. Może paść zarzut że materiał jest zbyt kruchy, ale w tym przypadku będzie to kompozyt wraz z włóknami węglowymi. W zamiarze mam wycinanie z takich płyt rowerowych tarczy hamulcowych.

Specyfikacja maszyny do cięcia:
ciśnienie 650MPa (v wody = 1110 m/s)
dysza 0,33mm (zużycie wody wyszło mi 22,8 l/min)
ścierniwo garnet (0,5 kg/min)

Jeszcze jedno pytanie, wyczytałem że pompa 150KM jest w stanie zasilić 4 dysze 0,33 mm i chciałęm zapytać czy jest to możliwe.

Nie mam firmy która cięła by tak twarde materiały w okolicy niestety.
Studiuję inżynierię materiałową, zaskoczyli nas takimi tematami prac dyplomowych.

Za wszelką pomoc bardzo dziękuję i przepraszam jeśli to co piszę nie jest fachowe, do tej pory bardziej zajmowałem się strukturą chemiczną takiego materiału, nie jego obróbką niestety
Pozdrawiam serdecznie.

Co do cięcia wodą węglików, jeśli nie ma w sieci materiałów na ten temat, to "wygooglaj" firmy, które zajmują się cięciem takim sposobem, napisz maila lub zadzwoń i wydobądź informacje, które potrzebujesz, przedstaw sytuację i spróbuj z taką firmą nawiązać współpracę
W najlepszym wypadku zapamiętają Cię i może nawiążą z Tobą dłuższą współpracę już po skończeniu studiów



W

ci3ply pisze:Byłbym wdzięczny za pomoc w obliczeniu prędkości cięcia węglika krzemu o grubości 2 mm. Może paść zarzut że materiał jest zbyt kruchy, ale w tym przypadku będzie to kompozyt wraz z włóknami węglowymi. W zamiarze mam wycinanie z takich płyt rowerowych tarczy hamulcowych.

Bardzo ciekawe wdrożenie. Nie miałem praktyki ciąć węglika krzemu, ale może pomocna będzie dla ciebie informacja o prędkościach cięcia innych zbliżonych twardością materiałów:

MATERIAŁ: WOLFRAMCARBID C2
Q1,6 Q2 Q3 Q4 Q5 - Jakość cięcia (mam nadzieję, że już wiesz o co chodzi z jakościami)
1,45 1,12 0,70 0,50 0,39 - prędkość cięcia w mm/min

MATERIAŁ: Korund AD94
Jakość cięcia
Q1,6 Q2 Q3 Q4 Q5 - Jakość cięcia
182,16 140,93 88,41 63,51 49,13 - prędkość cięcia w mm/min

MATERIAŁ: Korund FG995
Jakość cięcia
Q1,6 Q2 Q3 Q4 Q5 - Jakość cięcia
94,89 73,41 46,05 33,08 25,59 - prędkość cięcia w mm/min


Parametry przyjęte do kalkulacji:
Grubość materiału: 2 mm
Ciśnienie: 3800 bar
Kryza: 0,356 mm
Ilość ścierniwa: 400 g/min
Wskaźnik jakości ścierniwa: 0,9
Rozmiar dyszy fokusującej: 0,76 mm

Specyfikacja maszyny do cięcia:
ciśnienie 650MPa (v wody = 1110 m/s)
dysza 0,33mm (zużycie wody wyszło mi 22,8 l/min)
ścierniwo garnet (0,5 kg/min)

Parametry jakie tu podałeś są dość trudne do uzyskania w praktyce. Niewiele jest firm, które mają pompę mogącą tłoczyć wodę o ciśnieniu 6500 bar. Przyjmując jednak, że takie ciśnienie zdołasz uzyskać, to przepływ będzie wynosił 4,1l/min na standardowych kryzach ze wskaźnikiem coefficient = 0,4675.

Jeszcze jedno pytanie, wyczytałem że pompa 150KM jest w stanie zasilić 4 dysze 0,33 mm i chciałem zapytać czy jest to możliwe.

Możesz zasilić nawet kilkanaście dysz, wszystko zależy od ciśnienia na jakim będziesz pracował. Przepływ zwiększa się wraz z ciśnieniem, a dla większości pomp wzmacniaczowych o mocy 150 HP max przepływ wyniesie 11,4 l/min.

Przy ciśnieniu 3800 bar i kryzie 0,33mm przepływ wyniesie 12,55 l/min, więc poza max możliwościami pompy, ale jak zmniejszysz ciśnienie do 3130 bar to pompa podoła.

Jeszcze odnośnie tych zjawisk fizycznych o których wspominałeś. Mówi się o cięciu wodą, ale tak na prawdę woda jest tylko nośnikiem materiału ściernego. Woda z kryzy wylatuje z prędkością ok 900-1000 m/s, dalej łączona jest ze ścierniwem, które z dyszy tnącej wylatuje z prędkością ok 300-400 m/s i przeciera materiał.

Poniższe zdjęcie fajnie pokazuje jak wygląda proces w etapach. Przepraszam, ale nie pamiętam teraz źródła zdjęcia.

ci3ply pisze: Jeszcze jedno pytanie, wyczytałem że pompa 150KM jest w stanie zasilić 4 dysze 0,33 mm i chciałęm zapytać czy jest to możliwe.

Tak jak kolega wyżej napisał jest to możliwe, dla przykładu ja pracuję między innymi na waterjecie który posiada dwie pompy, każda o mocy 122 KM które zasilają 12 dysz jednocześnie utrzymując ciśnienie 3500 bar.


Co do takich rozważań teoretycznych, myślę, że powinieneś spróbować skontaktować się z panem KIMLĄ, on byłby pewnie bardzo pomocny. Aż dziwię się, że jeszcze nie zabrał głosu w tym temacie, chyba ostatnio jest bardzo zajęty. Ale z tego co wiem docenia młode talenty, więc spróbuj.

Dziękuję bardzo za odpowiedzi!
Byłem u swojego promotora, stwierdził że to za ciężki materiał na taka pracę, gdzie nie mam doświadczenia w projektowaniu instalacji. Pozwolił wybrać inny materiał więc bez zastanowienia zaproponowałem spiek trójtlenku glinu. Mam zamiar wycinać z niego kostki o wymiarach 20x20x30 [mm], które przeznaczone mają być do późniejszej obróbki na rdzenie koron dentystycznych gdzie są one modelowane już w laboratoriach.
Kazał mi przyjąć że w tym przypadku na 0,5 kg ścierniwa, wytnę taką samą "ilość" materiału ciętego (+/-, prędzej minus )
Jeszcze jedno pytanie, czy jeżeli przyjmę odstępy pomiędzy kolejnymi wycinanymi kostkami 5 [mm], będzie to w porządku?
Bardzo dziękuję również za schemat gdzie pokazane jest ścieranie tego materiału.
Pozdrawiam.

Jakbym byl Twoim promotorem to zostawilbym Cie z tematem i zobaczyl do czego dojdziesz. Od taka slowianska we mnie dusza , bez wyzwan nie ma wynalazkow. Wedlug tego co pisza w gazetach innowacyjnosc jest w Polsce najnizsza w UE, napewno "za trudne tematy"w jej podnoszeniu nie pomoga. Ok, temat ciecia pojawia sie w angielskojezycznych opracowaniach dostepnych rowniez przez internet na przyklad po wpisaniu "water jet guided laser" albo "SIC wafer dicing" znajdziesz zastosowanie ciecia woda przy produkcji komponentow elektronicznch. Wogole. Temat ciecia polprzewodnikow - tam bym szukal, okazuje sie ze nie jest to temat tak prosty jakby moglo sie wydawac, nacisk jaki wywiera strumien wody na polprzewodmik powoduje powstawanie pekniec i odpryskow.

Innym tematem gdzie wykorzystuje sie ciecie woda z dodatkiem scierniwa jest wycinanie elementow ceramicznych na elementy do zaawansowanych zastosowan w astronautyce i pokrewnych dziedzinach ( np. Teleskopy ), mozesz sprawdzic haslo " machining ceramics " znajdziesz wiele zastosowan wycinania wodnego i firm ktore to wykonuja.

Oprocz powyzszych tematow szukalbym rowniez w temacie ciecia podobnych materialo np " water jet cutting saphires " itp.

Temat jest bardzo ciekawy i wart podjecia choc wymagajacy chociarzby z tego powodu ze to praktycznie nie istniejacy w Polsce technologia. Wszystkie dostepne materialy jedynie w jezyku angielskim ( mozliwe ze w niemieckim i rosyjskim rowniez ).