Спекание композитных порошковых систем в присутствии жидкой фазы » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Спекание композитных порошковых систем в присутствии жидкой фазы

29.06.2021

В практике порошковой металлургии сравнительно широко применяют спекание в присутствии жидкой фазы. Этот технологический прием позволяет резко активизировать процесс спекания и получить изделия с очень малой, даже нулевой, пористостью.

Высокая подвижность атомов в жидкости приводит к повышению скорости реакции на поверхностях раздела и ускорению массопереноса. Продукты реакции легко удаляются от межфазных границ, растворяясь в жидкости и освобождая свежую поверхность.

При спекании в присутствии жидкой фазы не исключаются явления, характерные для твердофазного спекания: соприкосновение частиц, их сцепление, диффузия через решетку, диффузия по поверхности и по границам кристаллов, испарение — конденсация и реакция с атмосферой спекания.

Очень важно правильно рассчитать количество образующейся при спекании жидкой фазы. Если отсутствуют поверхностные пленки и заготовка состоит из грубых частиц или частиц, недостаточно хорошо смачиваемых жидкой фазой, то объем жидкости должен быть небольшим, чтобы не вызывать изменения формы заготовки. Ho иногда количество жидкой фазы может быть значительным; например, при спекании твердых сплавов объем жидкой фазы достигает 40 %. Обычно количество жидкой фазы определяют по фазовой диаграмме.

Кинетика процессов, происходящих при спекании в присутствии жидкой фазы, зависит от начальной пористости брикета, количества жидкой фазы, размера частиц, степени смачивания твердой фазы жидкостью, взаимной растворимости фаз и др.

Лучше других изучен случай спекания, когда жидкая фаза появляется вследствие расплавления небольшого количества легкоплавкого компонента и тугоплавкий компонент ограниченно растворим в жидкой фазе.

Предполагается следующая последовательность происходящих в этом случае процессов:

1) процесс перегруппировки; 2) процесс растворения — осаждения; 3) твердофазное спекание.

Процесс перегруппировки. Жидкая фаза заполняет зазоры между твердыми частицами и играет роль жидкой смазки, которая облегчает взаимное перемещение частиц, приводящее к уплотнению брикета. Это перемещение происходит под влиянием капиллярного давления, обусловленного кривизной поверхности; его величина может достигать нескольких атмосфер. В связи с равномерным распределением жидкости в объеме брикета капиллярное давление по влиянию на процесс перегруппировки эквивалентно действию всестороннего сжатия. Вклад процесса перегруппировки в объемную усадку увеличивается с ростом объемной доли жидкой фазы. Наиболее заметно этот процесс проявляется в системах, где взаимная растворимость практически отсутствует.

Процесс растворения — осаждения. Перекристаллизация через жидкую фазу приводит к изменению плотности, одновременно способствует изменению формы частиц. Процесс проявляется в системах, в которых имеет место значительная разность температур плавления компонентов, нерастворимость или малая растворимость более легкоплавкого компонента в тугоплавком, растворимость тугоплавкого компонента в легкоплавком, увеличение объема при образовании раствора. Из-за давления в месте контакта частиц химический потенциал материала частиц вблизи контакта повышен по сравнению с химическим потенциалом вдали от места контакта. Под давлением градиента химического потенциала в жидкой прослойке появляется поток атомов материала частиц, направленный от мест контакта, что способствует растворению твердых частиц и сближению их центров. Адсорбция тугоплавкого вещества происходит на участках поверхности твердых частиц, удаленных от мест контакта.

Временная зависимость усадки, определяемой этим процессом, для случая сферических частиц описывается соотношением

Механизм растворения — осаждения практически оказывается существенным, когда количество жидкой фазы не менее 5 об. %.

Твердофазное спекание. На заключительной стадии спекания жидкая фаза кристаллизуется вследствие ее обогащения тугоплавким компонентом, а также возрастает количество твердых частиц, не разделенных жидкой прослойкой, которые взаимно припекаются, образуя жесткий скелет. Из-за этих причин кинетика усадки на заключительной стадии будет определяться закономерностями твердофазного спекания.

Роль механизма растворения — осаждения изучали на системах TiC-Ni, W(Cu-Ni) и др. Дилатометрические данные о кинетике усадки в этих системах, когда процесс перегруппировки закончен, подтверждают теоретические закономерности механизма растворения — осаждения. Экспериментально обнаружено также образование жесткого скелета при спекании в присутствии жидкой фазы.

При исследовании процесса спекания керметов на основе карбида титана в присутствии жидкой фазы показано, что теория объемного вязкого течения пористого тела под действием сил поверхностного натяжения может быть применена к случаю спекания в присутствии жидкой фазы.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: