• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

СПІКАННЯ. ПРАКТИКА СПІКАННЯ

Спікання – нагрівання і витримка сформованого порошкового виробу при температурі нижче точки плавлення основного компонента з метою забезпечення заданих механічних і фізико-хімічних властивостей.

У вихідному сформованому стані перед спіканням порошкове тіло представляє собою систему, яка за багатьма параметрами далека від термодинамічної рівноваги.

При нагріванні надлишкова енергія порошкового тіла повинна зменшуватись внаслідок змін в системі, які намагаються цю енергію зменшити. Ці зміни відбуваються внаслідок такихх рушійних сил процесу спікання:

1) надлишкова енергія вільної поверхні частинок порошку;

2) надлишкова енергія границь зерен;

3) надлишкова енергія недосконалостей кристалічної гратки матеріалу.

Таким чином нагрівання сформованих порошкових виробів або вільно насипаного порошку внаслідок вивільнення надлишкових енергій (дії рушійних сил процесу спікання) призводить до реалізації в них складного комплексу різноманітних фізико-хімічних процесів, які відбуваються одночасно або послідовно і характеризують стадії процесу спікання.

При аналізі процесів, які супроводжують нагрівання порошкових тіл, виділяють шість фізичних стадій спікання:

1) розвиток і виникнення зв’язків між частинками;

2) утворення і ріст “містків” контактів між частинками;

3) акриття наскрізної пористості у порошковому тілі;

4) сфероїдизація (набуття сферичної форми) пор;

5) ущільнення порошкового тіла шляхом усадки ізольованих пор;

6) укрупнення (коалесценція) пор.

У порошковому тілі при нагріванні можливі такі механізми масопереносу:

1) перенос речовини через газову фазу;

2) поверхнева дифузія;

3) об’ємна дифузія;

4) в’язка течія матеріалу;

5) течія матеріалу під дією зовнішнього навантаження у випадку гарячого пресування або спіканні під тиском.

Під час спікання щільність порошкового тіла зростає і відбувається зменшення його розмірів (лінійна усадка) та об’єму (об’ємна усадка) як наслідок зменшення кількості і об’єму пор у результаті їх заростання.

Технологічно процес ущільнення (усадки) порошкового тіла при спіканні можна розділити на три послідовні стадії:

1) Рання стадія. Щільність порошкового тіла мала і швидкість ущільнення визначається процесами, які відбуваються у приконтактних областях, структура і геометрія яких відіграють суттєву роль. Стадія характеризується великою швидкістю взаємного зміщення частинок, що призводить до інтенсивної усадки пористого тіла.

2) Проміжна стадія. Щільність порошкового тіла вже значно вища і зменшення об’єму кожної пори може відбуватись практично незалежно. Пористе тіло веде себе як в’язке середовище і його ущільнення рівномірне по всьому об’єму (при рівномірному розподілі пор у вихідній пресовці).

3) Пізня стадія. Порошкове тіло містить окремі ізольовані пори, які заростають (заліковуються) у результаті дифузійного розчинення вакансій в матеріалі з їх виходом на поверхню виробу.

Температура проходження заключної стадії процесу спікання характеризується гомологічною температурою, яка визначається як відношення температури спікання до температури плавлення матеріалу (рисунок 13.1).

Твердофазове спікання – спікання порошкового тіла без утворення рідкої фази. Матеріали з ковалентним зв’язком в основному погано піддаються твердо фазовому спіканню. Для таких кристалів гомологічна температура набагато вища ніж для кристалів з іонним зв’язком. Причиною цього є низька дифузійна рухливість атомів матеріалу з ковалентним зв’язком за високих температур.

Рисунок 13.1 – Гомологічна температура для матеріалів

з різним типом хімічного зв’язку

Значна частина сучасних матеріалів (особливо керамічних) має переважно ковалентний тип хімічного зв’язку (чисто іонний або чисто ковалентний тип зв’язку буває рідко, а частіше можна говорити про зв’язок з переважаючою часткою іонного або ковалентного). Тому такі матеріали без домішок спікаються погано або взагалі не спікаються і їх неможливо одержати у безпористому стані. Переважна більшість керамічних матеріалів, які мають застосування у промисловості, виготовляються з активаторами спікання, що дозволяють проводити рідкофазове спікання

Рідкофазове спікання – спікання порошкового тіла при температурі, яка забезпечує появу рідкої фази завдяки плавленню легкоплавких компонентів суміші порошків (активаторів) або структурних складових матеріалу (наприклад евтектик). Основний компонент матеріалу при цьому не плавиться.

За наявності рідкої фази суттєво збільшується швидкість само- і гетеродифузії атомів, що прискорює процеси масопереносу і сприяє заповненню пор матеріалом. У зв’язку з цим про рідко фазовому спіканні можна отримувати практично безпористі порошкові вироби.

Перенос маси при рідкофазовому спіканні відбувається за механізмом розчинення-осадження:

1) розчинення атомів основного матеріалу у рідкій між зерновій фазі;

2) перехід розчинених атомів через рідку фазу до енергетично більш вигідного місця;

3) осадження розчинених атомів у новому, енергетично більш вигідному місці кристалічної гратки.

Швидкість дифузії розчинених атомів у рідкій фазі є набагато вищою ніж перехід атомів через газову фазу і внаслідок цього процес ущільнення значно пришвидшується.

Спікання сформованих порошкових виробів здійснюють у вакуумі або середовищі захисних газів. Застосування захисного середовища необхідне для запобігання окисленню, а також для відновлення оксидів, наявних на поверхні частинок порошку.

Як захисне середовище застосовують водень, дисоційований аміак, конвертований природний газ, азот, ендо- і екзогази. Найбільшого поширення як захисне середовище набув аргон.

При спіканні у захисних середовищах при швидкому нагріванні можливе інтенсивне виділення адсорбованих порошком газів, які можуть призвести до розтріскування виробів.

При спіканні у вакуумі гази видаляються значно легше і при більш низьких температурах. У вакуумі легше випаровуються домішки органічних речовин, які застосовують для формування багатьох порошків керамічних матеріалів. Найбільш помітний позитивний вплив вакууму при рідко фазовому спіканні: покращується змочування тугоплавкої фази рідким розплавом, підвищується рівномірність розподілу рідкої фази по об’єму порошкового тіла і зростає швидкість ущільнення.

Незалежно від атмосфери у робочому просторі печі, спікання часто проводять із застосуванням захисних засипок: кварцовий пісок, графітова крупка та ін. Засипки використовують при укладанні сформованих порошкових виробів у тиглі. Склад засипки вибирають таким чином, щоб з її допомогою створити навколо заготовки при спіканні найбільш сприятливу захисну атмосферу. Температура плавлення засипки повинна бути вищою за температуру спікання, а сама засипка не повинна взаємодіяти з матеріалом виробу, що спікається. Іншим призначенням захисної засипки є підвищення рівномірності розподілу температури по об’єму виробу і запобігання припіканню виробів між собою.

При спіканні проявляється не тільки брак, викликаний недотриманням технології спікання, але й брак попередніх операцій виготовлення порошків, приготування сумішей і формування заготовок (сильно окислений порошок, завелика кількість пластифікатора, недостатня температура або час витримки при відгонці пластифікатора, завеликий тиск пресування та ін.).

Найчастіше при спіканні трапляються такі види браку:

1) приховане або явне розшарування – формування прихованих або видимих неозброєним оком тріщин внаслідок неправильного режиму формування (як правило перевищення оптимального тиску пресування). Брак невиправний;

2) короблення і спотворення форми – порушення необхідних геометричних розмірів порошкового виробу. Появі такого виду браку сприяє погане (нерівномірне) змішування компонентів шихти, різна щільність по об’єму пресовки, надто швидке підвищення температури при спіканні. Для металевих порошків такий брак у деяких випадках може бути виправлений обробкою тиском. Для керамічних матеріалів брак невиправний;

3) недопікання – недостатня щільність і міцність порошкового виробу внаслідок занадто низької температури спікання або тривалості витримки при температурі спікання. Брак може бути виправлений повторним спіканням;

4) окислення – поява на поверхні виробів після спікання кольорових відкладень, окалини або слідів корозії. Брак пов’язаний з порушенням складу захисного середовища або недостатнім рівнем вакууму при спіканні. У ряді випадків брак може бути виправлений повторним спіканням у відновлювальній атмосфері. У випадку утворення в матеріалі важко відновлюваних оксидів – брак невиправний;

5) роз’їдання і шорсткість поверхні – порушення цілісності поверхні порошкового виробу у результаті розкладання або відновлення хімічних сполук, які були на поверхні порошкової формовки або утворились при температурі спікання. Брак може бути виправлений шляхом механічної обробки за умови, якщо величина нерівностей не перевищує припуску на обробку.

Брак при спіканні, особливо невиправний, суттєво погіршує економічні показники виробництва. Тому при появі будь-якого виду браку технологом порошкового виробництва повинні бути вжиті заходи з аналізу всіх операцій технологічного процесу, виявлення та усунення причин виникнення браку.

Читайте також:

1. Виховання та навчальна практика у країнах Стародавнього Сходу
2. Звичайна практика визначення номінальної процентної ставки позичкового капіталу
3. Концепція онтологічної роботи і педагогічна практика
4. Лекція 10. Сучасна практика реконструкції історичних міст
5. Негативна судова практика на захист несумлінних боржників
6. Нормативні основи та практика реалізації права на соціальне забезпечення дітей з вадами у психофізичному розвитку.
7. ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СПІКАННЯ
8. Пізнання та використання економічних законів. Економічна теорія, економічна політика та господарська практика.
9. ПРАКТИКА ЗАСТОСУВАННЯ ОСНОВНИХ ЗАКОНОДАВЧИХ АКТІВ ПРО ОХОРОНУ ПРАЦІ В ГАЛУЗІ
10. Практика здійснення регуляторних реформ.
11. Практика та філософія соціальної допомоги в давніх суспільствах та в епоху Середньовіччя
12. Практика функціонування підпри­ємств бізнесу зафіксувала такі типи організаційних структур ме­неджменту.

Переглядів: 2051