Кинетика спекания композитов системы Al2O3-HБC » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Кинетика спекания композитов системы Al2O3-HБC

29.06.2021

Для выяснения механизма спекания была изучена кинетика уплотнения образцов оптимального состава — 75Al2O3-25НБС в интервале температур 1450—1550 °С при изотермической выдержке 0—60 мин. Зависимости линейной и объемной усадки образцов материала 75Аl2O3—25НБС (Р = 6,5 МПа) от температуры и времени изотермической выдержки приведены на рис. 18.24. Из кривых уплотнения, приведенных на рисунке, видно, что скорость усадки для всех температур уменьшается с увеличением времени изотермической выдержки и после некоторого времени практически не меняется. С повышением температуры спекания начало торможения усадки происходит при меньшем времени изотермической выдержки.

Исходя из анализа полученных экспериментальных данных, в зависимости от скорости уплотнения процесс спекания условно можно разделить на три стадии.

Первая стадия — уплотнение происходит в присутствии жидкой фазы (учитывая, что температура плавления НБС-микросфер ниже температуры спекания образцов).

Вторая стадия — начинается диффузионное взаимодействие между жидкой фазой и твердыми частицами Al2O3, в результате чего образуется новая кристаллическая фаза — муллит (SAl2O3*2SiО2), что приводит к повышению вязкости жидкости. Жидкая фаза сохраняется еще некоторое время.

Третья стадия — уплотнение протекает только в твердой фазе, так как температура плавления муллита выше температуры спекания. Скорость уплотнения при этом незначительна.

Для уточнения механизма спекания в системе Al2O3-HБC методом изоординатных сечений была рассчитана величина кажущейся энергии активации процесса уплотнения (E).

Если кинетический процесс характеризуется на определенной стадии одной энергией активации, ее можно определить по набору изотерм, не производя измерений скоростей процесса. Достаточно найти при каждой температуре время изотермической выдержки, при которой некоторая измеряемая интегральная величина (в нашем случае плотность) принимает заданное значение, постоянное для всех температур.

Если X — измеряемая величина, то

где f — монотонная функция; К — кинетический параметр; т — время.

По предположению, зависимость К от температуры (T) подчиняется закону Аррениуса:

где Ea — энергия активации.

Если XT = const, то и Kт = const, тогда

где тТ — время, при котором X становится равным XТ.

Время достижения определенного уровня свойств при различных температурах было определено графически измерением сечения XТ = р = const, где р — плотность.

В связи с тем, что максимальное уплотнение наблюдается на первой стадии спекания, представляет интерес значение кажущейся энергии активации процесса именно на этой стадии.

Для расчета энергии активации на ЭВМ была найдена функция, хорошо описывающая экспериментальные кривые уплотнении. Затухающие процессы хорошо определяются экспоненциальными функциями, поэтому в качестве аппроксимирующей была выбрана функция вида

где С, В и А - коэффициенты, подбираемые по экспериментальным данным методом наименьших квадратов; l — линейная усадка; т — время изотермической выдержки.

Анализ показал, что экспериментальные точки хорошо ложатся на построенные по данной программе кривые.

Величина кажущейся энергии активации на первой стадии уплотнения, рассчитанная по формуле (18.72), равна 32,76 кДж/моль, что подтверждает предположение о протекании процесса уплотнения на данной стадии по механизму вязкого течения.

Величина усадки пропорциональна времени в некоторой степени n для линейной усадки n = dlg(Al/l)/(dlgr), для объемной n = dlg(AV/V)/(dlgт)], характеризующей скорость процесса. На основании экспериментальных данных, приведенных на рис. 18.24, было определено значение степени n для различных температур изотермического спекания:

Так как максимальное уплотнение наблюдается на первой стадии изотермического спекания, особый интерес представляет теоретическое изучение кинетики уплотнения именно на стадии жидкофазного спекания.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: