Спекание

Спекание – общее название процесса уплотнения поликристаллических веществ. Иногда спекание ведут в присутствии жидкой фазы, которая облегчает перенос вещества в образце. Для облегчения спекания исходная смесь должна представлять собой мелкодисперсный порошок желательно в спрессованном виде. Само спекание проводят при нагревании вблизи или чуть ниже температуры солидуса. Иногда температура обработки не­сколько превышает температуру солидуса, в этом случае про­исходит частичное плавление образца. Наличие жидкой фазы способствует переносу вещества из одного зерна в другое. На первой стадии спекания при температурах ниже температу­ры солидуса происходит увеличение поверхности контакта меж­ду отдельными частицами. Образуются «перешейки» между зер­нами, которые становятся все шире. Это приводит как бы к стягиванию кристаллитов и увеличению плотности. По мере спекания с ростом температуры сжатие образца продолжается, промежутки между частицами становятся все меньше, связи между порами нарушаются. Если при росте зерен поры сужаются до нулевых размеров или «выталкиваются» на поверхность образца, то плотность материала приближается к теоретической (кристаллографической) плотности. На рис. 20.1 схематически изображены различные стадии процесса спекания.

Наличие небольшого количества жидкой фазы обычно силь­но ускоряет процесс спекания, что даст возможность проводить спекание при гораздо более низких температурах, чем в отсут­ствие жидкости. Однако слишком большое количество жидкой фазы может привести к изменению формы керамических изде­лий и потере прочности. В процессе производства и эксплуата­ции огнеупорных материалов весьма важно также, чтобы количество присутствующей жидкой фазы не увеличивалось слиш­ком быстро, когда температура превысит температуру солидуса. Таким образом, область стеклования, т. е. интервал температур между температурой начала уплотнения в результате появления жидкой фазы и температурой начала проседания образца в при­сутствии слишком большого количества жидкой фазы, должна быть как можно шире. Ширина области стеклования существенно зависит от состава материала и вида диаграммы состояния. Хуже всего в этом отношении случай, когда состав материала отвечает эвтектическому составу, а полное плавле­ние материала происходит в интервале нескольких градусов. И, наоборот, для огнеупорных материалов наиболее подходят такие составы, которые находятся далеко от эвтектики.