Влияние технологических факторов на процесс спекания

На поведение порошков при спекании большое влияние оказывают условия их получения. Величина частиц, распределение их по фракциям, состояние поверхности, наличие окислов, несовершенств кристаллической решетки — все это зависит от условий получения и, в свою очередь, влияет на изменение плотности при спекании. Известно, что для порошков данного сорта более мелкие дают при спекании большую усадку. При применении более мелких порошков свойства изделий получаются лучше при одинаковой плотности брикетов. Это объясняется образованием большего количества межчастичных контактов и более интенсивным зарастанием межчастичных впадин и сглаживанием рельефа пор. Кроме того, обычно мелкие порошки содержат большее количество оксидов, что также в ряде случаев способствует интенсификации спекания. Чем больше удельная поверхность исходного порошка, тем больше усадка при спекании и тем лучше свойства изделий.

При одинаковом ситовом составе лучшие результаты получаются при применении порошков с большей удельной поверхностью. Это улучшение вызывается не только тем, что в результате развитой поверхности образуются очень мелкие микропоры, но и тем, что порошки с большей удельной поверхностью содержат и больше дефектов кристаллического строения, повышающих диффузионную подвижность атомов. Отжиг порошка, способствуя сглаживанию рельефа частиц, их взаимному срастанию и залечиванию дефектов кристаллического строения, приводит к снижению усадки при спекании. Из нескольких способов регулирования усадки при спекании наиболее целесообразны предварительный отжиг и дошихтовка мелких фракций крупными.

Между исходной пористостью и усадкой при спекании существует линейная зависимость в довольно большом интервале пористости. Однако при исходной пористости менее 10 % может наблюдаться рост брикетов, обусловленный давлением газов в замкнутых порах. Так как из-за действия сил трения распределение пористости во время прессования оказывается неравномерным, усадка при спекании также происходит неравномерно. Например, в цилиндрических брикетах часто после спекания можно наблюдать «талию». Усадка в середине брикета больше, чем на торцах, которые характеризуются меньшей пористостью после прессования. Монотонная зависимость усадки от температуры может нарушиться из-за упругих напряжений, возникших при прессовании, наличия пленок невосстановившихся оксидов, фазовых превращений и выделения газов.

Снятие упругих напряжений может быть причиной роста брикетов при температурах ниже температуры рекристаллизации. Невосстанавливающиеся оксиды тормозят поверхностную диффузию, и при высоких температурах спекания это приводит к росту брикетов. Рост брикетов вызывается также давлением газов в замкнутых порах. Это явление наблюдается для брикетов, спрессованных из порошков, содержащих значительное количество оксидов. Наличие в порошке оксидов приводит к активации поверхности частиц в результате восстановления, и поэтому зарастание открытых пор в закрытые происходит интенсивнее. Ho продукты восстановления оксидов часто не успевают удалиться полностью и их расширяющее действие тормозит усадку.

Небольшие легирующие добавки могут вызвать значительный прирост плотности. Например, при малой добавке никеля к вольфраму при сравнительно невысоких температурах спекания (порядка 0,45 Tабс.пл w) этим методом удается получить изделия из вольфрама с плотностью, близкой к теоретической. Аналогично плотности меняется твердость, предел прочности и электропроводность спеченного вольфрама. В меньшей мере, но тоже довольно сильно влияют на спекание вольфрама малые добавки кобальта и железа. Эти же металлы существенно увеличивают усадку при спекании молибдена. Введение легирующих добавок осуществляется обычно осаждением на поверхности частиц основного металла пленки оксидов, образующейся при выпаривании раствора соли добавляемого металла.

Перечисленные выше методы могут быть использованы при получении сверхвысокотемпературных композиционных материалов методами порошковой металлургии.