ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Спекание в твердой фазе из "Порошковая металлургия " Процессы, происходящие при спекании. [c.290] Поверхностная и объемная диффузия. [c.290] Рассмотрим возможную схему взаимодействия двух соприкасающихся сферических частиц, иллюстрирующую идеализированный элемент процесса спекания (рис. 141). Если эти две частицы ввести в соприкосновение, нагреть до некоторой температуры и выдержать в таком состоянии, то они через некоторое время срастутся. Перенос вещества в этом случае будет происходить от контактной поверхности между частицами к поверхности образующихся перемычек, как это показано стрелками. Частицы сближаются, вызывая общую усадку всей системы. Механизм увеличения контактной поверхности и сближения частиц (т. е. усадка) при спекании по этой схеме объясняется поверхностной диффузией атомов под влиянием различий в изобарном термодинамическом потенциале. [c.290] Наличие межкристаллических границ в спекаемом брикете существенно влияет на процесс коагуляции пор, так как диффузия атомов по ним идет во много раз быстрее диффузии по объему кристалла. Чем гуще сетка межкристаллических границ (т. е. чем мельче частицы порошка), тем быстрее происходит процесс коагуляции пор. [c.293] Спекание — довольно сложный процесс, во время которого происходит удаление адсорбированных паров и газов, восстановление и диссоциация окисных пленок, диффузионное перемещение атомов, исправление дефектов кристаллической решетки металлических порошков, рекристаллизация, перенос металла через газовую фазу и др. [c.293] Внешне спекание проявляется в изменении размеров спекаемого тела, причем большей частью происходит усадка. Поэтому большинство работ по изучению спекания посвящено выяснению механизма усадки и с этой точки зрения представляют интерес всевозможные модельные опыты по изучению взаимодействия при повышенных температурах малых металлических тел правильной геометрической формы (шариков, проволоки и т. д.) при соприкосновении их друг с другом и с плоской поверхностью того же металла. Использование тел правильной геометрической формы удобно тем, что, наблюдая изменение их профиля вблизи контактных участков в зависимости от времени изотермического спекания, можно выяснить закономерность кинетики деформации спекающихся таким образом тел. [c.294] Со— равновесная концентрация вакансий вблизи плоской поверхности. [c.294] На рис. 143 приведена схема различных механизмов взаимного припекания твердых сферических частиц [5]. [c.295] —первоначальный радиус поры при т=0. [c.297] Таким образом, вязкое течение кристаллических тел при малых нагрузках и диффузионное перераспределение вещества за счет градиента химического потенциала суть описываемые аналогичным образом идентичные процессы, в основе которых лежит вакансионный механизм [6]. [c.298] Пинес отмечает [9], что диффузионная ползучесть у твердых тел имеет место при всех видах напряженного состояния, за исключением всестороннего сжатия или всестороннего растяжения, ибо в этих случаях химические потенциалы всех точек тела равны. [c.298] Ранняя стадия. Плотность прессовки мала и кинетика уплотнения в основном определяется процессами, происходящими в месте контакта частиц, структурное состояние и геометрия которых играют существенную роль. Скорость деформирования частиц, приводящего к усадке прессовки, высока. [c.300] Промежуточная стадия. Плотность прессовки достаточно велика и уменьщение объема каждой из пор может происходить практически независимо, а пористая матрица ведет себя как вязкая среда с соответствующим коэффициентом вязкости. Уплотнение пористого тела происходит равномерно во всем его объеме (при равномерном распределении пор). Коалесценция пор может происходить лишь в случае их непосредственного слияния. [c.300] Поздняя стадия. Прессовка содержит отдельные изолированные поры, которые залечиваются в результате диффузионного растворения в матрице. Происходит диффузионное взаимодействие между порами, благодаря которому возможен процесс коалесценции, когда поверхность пор уменьшается при их неизменном суммарном объеме. Резкой и отчетливой границы между этими тремя стадиями нет, и на промежуточной стадии уплотнение реальной прессовки может определяться процессами, характерными для ранней и поздней стадии. [c.300] Таким образом, весь ход уплотнения описывается уравнением с двумя константами, одна из которых д) имеет значение скорости сокращения единицы объема пор в начале изотермического спекания, а другая (ти) характеризует интенсивность падения скорости сокращения объема во времени. [c.301] Особенностью усадки порошковых брикетов является то, что в случае дальнейшего повышения температуры после длительного изотермического спекания, когда усадка почти прекратилась, скорость усадки снова возрастает. На рис. 148 показано влияние ступенчатого нагрева при спекании на усадку брикетов из серебряного порошка при трех температурах. Каждый новый подъем температуры приводит к новой интенсификации процесса усадки, протекающей на разных этапах примерно одинаково. [c.302] Механизм усадки при спекании заключается в объемной деформации частиц под влиянием поверхностного натяжения, осуществляемой путем объемной самодиф-фузии атомов по вакансиям (или, что то же самое, само-диффузией вакансий) при этом коэффициент самодиф-фузии изменяется во времени вследствие уменьшения первоначальной повышенной концентрации искажений (дефектов) решетки. [c.302] Изменение усадки при изотермическом спекании в результате стабилизации кристаллической структуры и увеличение плотности спекаемого тела, сопровождающееся повышением микроскопической вязкости, влияют на кинетику уплотнения. Влияние дефектов называют структурным фактором (по М. Ю. Бальшину [11]), а влияние упрочнения (увеличение плотности пористого тела уменьшает деформацию под действием одних и тех же капиллярных сил за счет увеличения площади контактных участков) — геометрическим фактором (по В. А. Ивенсену [10]). [c.302] При спекании металлокерамических изделий иногда наблюдаются случаи нарушения процесса усадки, выражающиеся в недостаточной степени усадки или даже в увеличении объема (росте) спекаемых изделий. Основные причины таких нарушений снятие (релаксация) упругих напряжений, возникших при прессовании, наличие невосстанавливающихся окислов, фазовые превращения и выделение газов. [c.303] Рост спекаемых тел наблюдается при образовании закрытой пористости, когда общая пористость составляет более 7%- В этом случае расширение газов, находящихся в закрытых порах, препятствует уплотнению при спекании и вызывает рост брикетов. Образованию закрытой пористости способствует наличие в порошке окислов, восстановление которых в процессе спекания интенсифицирует зарастание открытых пор. Пленка невосстанавливающихся окислов тормозит процессы диффузии (объемной, граничной и поверхностной), препятствуя усадке. [c.303] Вернуться к основной статье