Теория спекания двухфазных композиционных материалов В.А. Ивенсена » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Теория спекания двухфазных композиционных материалов В.А. Ивенсена

29.06.2021

В работе показано, что наилучшие результаты при описании экспериментальных данных дают феноменологические теории спекания. Поэтому целесообразно использовать теорию В.А. Ивенсена, которая удовлетворительно описывает процесс спекания большого количества однокомпонентных металлических систем. В.А. Ивенсен трактует механизм спекания, приводящий к такой кинетике, как течение вещества, определяемое наличием некоторых несовершенств кристаллического строения, концентрации которых уменьшаются при изотермическом отжиге по гиперболическому закону. Количественный анализ такой кинетики показал, что формально она может быть получена при интегрировании дифференциального уравнения, аналогичного дифференциальному уравнению кинетики химической реакции высокого порядка. Роль концентрации вещества выполняет относительный объем пор. Уравнение, предложенное В.А. Ивенсеном, описывает связь между относительной скоростью сокращения объема пор и достигнутым его сокращением:

где Vн — объем пор в начале изотермической выдержки, т — продолжительность изотермической выдержки, q и m — постоянные, зависящие от температуры спекания и свойств порошка.

Интегрирование уравнения (18.8) приводит к соотношению, описывающему зависимость объема пор от времени изотермического спекания:

К настоящему времени это уравнение проверено на разнообразных материалах, из большого количества предложенных экспериментальных уравнений соотношение (18.8) можно считать единственным способным описать уплотнение, как быстрое в начале изотермического спекания, так и сильно замедлившееся в его конце.

Подставив в уравнение (18.9) значение V, равное объему пор в начале изотермического спекания Vн, В.А. Ивенсен находит, что q = -(dV/dт)*(1/Vп). Отсюда следует, что скорость относительного сокращения объема пор имеет значение в момент начала изотермического спекания (размерность q — время-1). Постоянная q характеризует интенсивность снижения скорости сокращения объема пор в течение спекания. При равных V скорость сокращения объема пор снижается тем быстрее, чем больше т.

Температурную зависимость q в обычных опытах с изотермическим спеканием установить не удается из-за нагрева спекаемого тела до начала изотермического уплотнения, в результате которого оно претерпевает значительные изменения, влияющие на скорость сокращения объема пор. Влияние температуры на скорость сокращения объема пор в начале изотермического уплотнения определяется снижением способности пористого тела к дальнейшему уплотнению в период нагрева до заданной температуры, с одной стороны (устранение несовершенств кристаллической структуры), и обычным влиянием температуры на процессы, обуславливающие уплотнение — с другой. Для разных материалов значение q будет возрастать или уменьшаться с ростом температуры, а также будет меняться в разных интервалах температур, что объясняется сменой доминирующего фактора.

Температурная зависимость постоянной т выражена более сильно. Для металлических порошков и порошков карбидов т всегда уменьшается с ростом температуры, если процесс не нарушен спеканием замкнутых пор.

По полученным при изучении кинетики уплотнения данным для различных температур были рассчитаны константы q и т в уравнении В.А. Ивенсена. Значения т для экспериментальных кривых определяли из соотношений:

изменения объемов пор в моменты времени изотермического спекания т1 и т2 (dK/dт)1 и (dK/dт)2 рассчитывали по изменению объема пор в интервале времени 0—7,5 мин и в начальный период изотермического спекания, q рассчитывали в соответствии с (18.9) также по времени начального периода изотермического спекания. Результаты определения q и m приведены в табл. 18.22, а соответствующие уплотнения на рис. 18.10 и 18.11.

Ход кривых уплотнения в системах с углеродными сферами описывается уравнением В.А. Ивенсена. Это означает, что постоянство скоростей сокращения объемов пор в этих случаях не выполняется, что, очевидно, объясняется тормозящим влиянием углеродных сфер на процесс уплотнения, и это влияние повышается с увеличением времени изотермической выдержки, поскольку относительное количество фазы, тормозящей усадку (углеродных микросфер) возрастает.

Значения константы m для всех систем, содержащих оксидные микросферы, уменьшается с ростом температуры.

Значения константы q, как видно из табл. 18.22, для одних систем (80TiC-20Аl2O3; 80ZrC-20Аl2O3; 80ZrB2-20Аl2O3; 75ZrB2-25НБС) растут с повышением температуры, для других (80ZrB2-20Аl2O3; 50TiC-50ГС; 75ZrC-25НБС) меняются в разных интервалах температур, а в системе 75TiB2-25НБС — падают с температурой. Немонотонное уменьшение q с повышением температуры спекания, как было сказано выше, связано со сменой доминирующего фактора, а уменьшение q при спекании свидетельствует о том, что процесс уплотнения в значительной мере завершается к моменту начала изотермической выдержки, скорость изменения объема сфер в начальный момент невелика и уменьшается с повышением температуры.

Как видно из рис. 18.10 и 18.11, наименьшие отклонения рассчитанных по уравнению В.А. Ивенсена кривых уплотнения при спекании компонентов наблюдаются в системах, содержащих натрийборсиликатные микросферы (см. рис. 18.11). Для систем, содержащих микросферы из оксида алюминия, наибольшее расхождение между экспериментальными и рассчитанными кривыми замечено при больших временах изотермических выдержек и чаще всего с повышением температуры, что, вероятно, связано, как и в случае углеродных микросфер, с повышением относительного содержания фазы, тормозящей усадку. В системах же с натрийборсиликатными микросферами процесс взаимодействия между ними и матрицей закончился до начала изотермического спекания, и они не вызывают сопротивления усадке.

Таким образом, предложенное В.А. Ивенсеном феноменологическое уравнение нельзя считать универсальным для описания кинетики уплотнения изучаемых двухфазных систем, оно не дает трактовки механизма спекания.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: