Влияние смачивания на условия пропитки расплавами твердых пористых основ CBTKM

Механизм процесса пропитки определяется взаимодействием тугоплавкой твердой фазы (каркас) с жидкой металлической фазой (пропитывающий металл). При этом возможны четыре случая:

1) отсутствие смачивания твердых поверхностей жидкостью и растворимости одного компонента в другом;

2) наличие смачивания, но отсутствие растворимости;

3) наличие смачивания и ограниченной растворимости твердого компонента в жидком;

4) наличие смачивания и полной растворимости одного компонента в другом.

В первом случае краевые углы смачивания и межфазное натяжение на границе твердое тело — жидкость очень высокие и поверхностные силы препятствуют проникновению жидкости в поры и капиллярные каналы твердого каркаса. Поэтому здесь необходимо приложить внешнее давление, под влиянием которого жидкий пропитывающий металл проникал бы в пористую структуру каркаса. Подобную технологию применяют при производстве антифрикционных изделий из графита, где мелкозернистый графит пропитывают жидкими медью, серебром, сплавами на основе цветных металлов, чугуном под давлением до 15 МПа. В отдельных случаях можно улучшить смачивание нанесением специальных покрытий на поверхность раздела.

Примером второго случая могут служить системы W-Cu, Cu-Mo и W-Ag, Mo-Ag. Взаимная растворимость металлов в них практически отсутствует, однако краевые углы смачивания вольфрама и молибдена жидкой медью и серебром достаточно малы из-за высокой свободной поверхностной энергии тугоплавких металлов. Следовательно, поверхностные силы будут способствовать процессу проникновения жидкости в пористый каркас,

В третьем случае жидкая фаза легко двигается по капиллярам и проникает в места контактов твердых частиц или границ зерен. Эти участки предпочтительно растворяются в жидкости, что приводит к разрушению каркаса и часто сопровождается заметной сфероидизацией частиц твердой фазы. Предельное насыщение жидкой фазы металлом, из которого состоит каркас, перед пропиткой предупреждает разрушение каркаса и образование дополнительной пористости. Ho при этом происходит увеличение краевого угла и склонность жидкого металла к пропитке падает.

После затвердевании растворенное вещество может оставаться в растворе, выделиться и осаждаться на твердой поверхности каркаса или образовывать самостоятельные выделения. Его поведение определяется соответствующей фазовой диаграммой. Характерным примером этого случая может служить материал типа графит — тугоплавкий металл.

Четвертый случай очень похож на третий. Отличие состоит лишь в том, что большее развитие получают процессы диффузии в связи с неограниченной растворимостью жидкой и твердой фаз. При кратковременном взаимодействии жидкой фазы с твердой геометрия твердого каркаса может сохраняться, в то время как продолжительные выдержки обычно приводят к полному размягчению основы с потерей первоначальной конфигурации. Контроль процесса особенно труден, когда во время пропитки образуется жидкая фаза с температурой плавления более низкой, чем температура плавления пропитывающего металла.

Однако все рассмотренные процессы возможны при выполнении условий смачивания в системах, представляющих основу при создании сверхвысокотемпературных композиционных материалов.