Спекание порошковых материалов

Вид термической обработки, позволяющий получить конечные свой­ства материала и изделия, называется спеканием. Оно заключается в нагреве и выдержке сформованного изделия (заготовки) при темпе­ратуре ниже точки плавления основного компонента. Для многоком­понентных систем различают твердофазное и жидкофазное спекание. Твердофазное спекание сопровождается возникновением и развити­ем связей между частицами, образованием и ростом контактов (шеек), закрытием сквозной пористости, укрупнением и сфероидизацией пор, уплотнением заготовки за счет усадки (рис. 8.4, а). В процессе спека­ния происходит массоперенос вещества через газовую фазу за счет по­верхностной и объемной диффузии, вязкого течения, течения, вы­званного внешними нагрузками (спекание под давлением). При спе­кании наблюдается также рекристаллизация (рост одних зерен за счет других той же фазы). Уплотнение при нагреве в основном происходит за счет объемной деформации частиц, осуществляемой путем объем­ной самодиффузии атомов.

Рис.8.4. Поверхности излома спеченных порошковых материалов (а) и образование межчастичного контакта в условияхжидкофазного спекания (б)

Жидкофазное спекание протекает в присутствии жидкой фазы лег­коплавкого компонента, которая хорошо смачивает твердую фазу, улучшает сцепление между частицами, увеличивает скорость диффу­зии компонентов, облегчает перемещение частиц друг относительно друга. Плохая смачиваемость препятствует уплотнению. Твердая фаза в зоне контакта может растворяться в жидкой, интенсифицируя процессы массопереноса (рис. 8.4, б). Различают системы с нераствори­мыми компонентами, с ограниченной растворимостью и со значи­тельной взаимной растворимостью компонентов. Жидкофазное спе­кание таких систем имеет особенности, связанные с преобладанием одной из стадий:

□ вязкое течение жидкости - перегруппировка частиц;

Q растворение - осаждение; образование жесткого скелета.

Спекание проводят в среде защитного газа или вакууме.

Совмещение процесса прессования и спекания наблюдается при горячем прессовании, которое производят при температуре (0,5...0,9) Тт основного компонента. Высокая температура прессования позволяет снизить в несколько десятков раз давление прессования. Время вы­держки составляет от 15...30 мин до нескольких часов. Горячее прес­сование применяют для труднопрессуемых порошков с целью полу­чения высоких физико-механических свойств. Горячепрессованные детали имеют мелкозернистую структуру. Пресс-форму, в которой осуществляют горячее прессование, изготавливают из жаропрочных материалов, а при прессовании тугоплавких соединений - из графита, прочность которого с увеличением температуры повышается.