Спекание композитных порошковых многокомпонентных систем » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Спекание композитных порошковых многокомпонентных систем

29.06.2021

В практике производства порошковых композитов применяют составы, содержащие несколько компонентов. Методы порошковой металлургии позволяют получать практически любое сочетание различных металлов и неметаллов, независимо от взаимной их растворимости в твердом или жидком состоянии. Ход процесса спекания многокомпонентных систем в значительной мере определяется характером диаграмм состояния основных компонентов шихты. В процессе спекания сложных систем образование сплава осуществляется диффузионным путем, поэтому большое значение имеют скорость и полнота протекания процесса гетеродиффузии. От этого зависит кинетика уплотнения спекаемого тела и изменение его физико-химических свойств. При спекании многокомпонентных систем взаимная диффузия разнородных компонентов может приводить к торможению процесса усадки. Последнее объясняется возможным изменением диффузионной подвижности атомов в местах контакта частиц при образовании новых фаз и ростом общей пористости в результате неравенства коэффициентов гетеродиффузии компонентов. Поэтому все факторы, обеспечивающие полноту протекания процесса гетеродиффузии, облегчают процесс изменения свойств во время спекания. К таким факторам относится прежде всего применение более тонких порошков, хорошее их смешивание, повышение температуры спекания, удаление адсорбированных газов и пленок оксидов т. д.

При протекании таких процессов, как адсоробция газов, рафинирование примесей, снятие остаточных напряжений прессования, уменьшение несовершенств кристаллического строения, сглаживание рельефа пор в результате поверхностной диффузии и испарения с конденсацией при спекании одно- и многокомпонентных систем, имеется много общего.

Так, например, если действует диффузионный механизм спекания взаимно растворимых частиц разнородных материалов, то изменение площади контактного сечения между ними является следствием пересыщения вакансиями области вблизи вогнутой поверхности приконтактного перешейка и, соответственно, потока вакансий, направленного от этой поверхности. Диффузионное перемещение атомов осуществляется в сложном поле распределения градиента химического потенциала. Кроме процессов, происходящих в зоне контакта разнородных твердых частиц при наличии поверхности раздела диффузионная пара — газовая среда, значительную роль могут играть диффузия по свободной поверхности компонента, перенос вещества через газовую фазу и т. п.

Существенную роль в процессе спекания частиц из разнородных взаимно растворимых компонентов системы может играть поверхностная диффузия, которая сопровождается уходом вещества, диффундирующего по поверхности, в объем.

Величина усадки при спекании систем с неограниченной взаимной растворимостью компонентов сильно зависит от концентрации. Наибольшая усадка наблюдается для чистых элементов. По мере увеличения содержания одного из компонентов усадка уменьшается и при малой длительности спекания может наблюдаться рост образцов. Это явление связано с неравенством парциальных коэффициентов диффузии компонентов. Изменение свойств брикетов при спекании металлов с полной взаимной растворимостью определяется степенью усадки и полнотой гомогенизации, поэтому влияние начальной пористости очень существенно. При пористости выше 25— 30 % явление роста при спекании почти не наблюдается и усадка способствует улучшению свойств, но в таких брикетах в связи с малой величиной межчастичных контактов гомогенизация происходит значительно медленнее. В этой связи очень важен вопрос о целесообразности применения легированных порошков. Образцы, изготовленные из легированных порошков, обладают лучшими свойствами, чем соответствующие образцы из смеси чистых компонентов.

Так как многие свойства спеченных тел определяются величиной и состоянием контактных поверхностей между частицами, в ряде случаев достижение полной гомогенизации сплава внутри частиц оказывается ненужным.

При спекании систем, состоящих из компонентов А и В с ограниченной растворимостью, усадка брикетов монотонно изменяется с ростом содержания одного из компонентов.

Процесс формирования диффузионных зон между компонентами А и В в области фазовой границы раздела возможен, если между А и В выполняются условия полной или ограниченной растворимости. В этом случае ширина диффузионной зоны (х) определится из уравнения

где D — коэффициент диффузии, см2/с.

Для условий одномерной диффузии (А растворяется в В) распределение компонента А в В в области их фазовой границы раздела будет определяться при следующих граничных условиях:

где Спов — концентрация компонента А на поверхности раздела составляющих системы; х, т — координаты растущего слоя твердого раствора; C1равн и C2равн — концентрации элемента А соответственно на границе растущего слоя переменного состава и в слое переменного состава, определяемого по диаграмме состояния.

Функции C1(х, т1) и С2(х, т2) следует определять по формулам вида:

где erfcz = erfc[x/(2VDт)] - функция ошибок, или функция Крампа.

Скорость изменения концентрации компонента А в В, т.е. скорость растущего слоя твердого раствора в области межфазной границы составляющих системы, определится из условий:

Кинетика смещения (х) границы растущего слоя твердого раствора в системе AMel - BMe2 определится из равенства

где К0 и т0 — константы; т — время спекания; E — энергия активации процесса спекания.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: