Спікання

Автор: Пользователь скрыл имя, 10 Февраля 2012 в 01:35, аттестационная работа

Описание работы

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ СПІКАННЯ
Безпосередньо після пресування спресований брикет являє собою конгломерат, сила зв'язку часток у якому дуже незначна. У зв'язку з цим застосування пресовок безпосередньо після пресування неможливо, через їх низьку механічну міцність. У таких пресовках сила зв'язку між частками обумовлена силами металевого зв'язку - утворюються металеві контакти, що характерно для пластичних матеріалів (рис.1).

Работа содержит 1 файл

Sintering.doc

— 1.39 Мб (Скачать)

        Вплив різних факторів на процес спікання в  присутності рідкої  фази

        Як  було відзначено, у процесі жидкофазного спікання беруть участь усі розібрані нами механізми. Однак у залежності  від розчинності компонентів, ступеня змочування і кількості рідини може переважати той або інший механізм.

        При великій кількості рідини повне  ущільнення може бути досягнуте за  рахунок тільки процесу рідкого  плину без зміни форми зерен  твердої фази.

        У загальному випадку швидкість і  ступінь ущільнення ростуть зі збільшенням кількості рідкої фази.

        Однак у деяких системах унаслідок значної  розчинності компонентів і переважної дифузій одного компонента в інший  спостерігається значний ріст зразків.

        Так, наприклад, при спіканні системи  Cu-Al, унаслідок високого коефіцієнта (гетеро)дифузії алюмінію в мідь, утворяться мікропори, що відповідно приводить до росту пористості виробу.

        На  процес рідкофазного cnікання також  впливає розмір часток. У деяких випадках цей вплив досить істотний.

        Встановлено, що в процесі перегрупування ступінь ущільнення

                                                                   

    оберненопропорційна розміру часток, а в процесі  розчинення-осадження, розмір часток впливає  пропорційно радіусу в ступені 4/3:

                                                                  

        Наприклад, у системі  Fe-Cu вироби з мілкодисперсних  порошків, незважаючи на їх гіршу здатність ущільнюватися при пресуванні, при рідкофазному спіканні ущільнюються краще ніж з великих порошків.

        Важливе значення також має  тиск пресування. Справа в тім, що високі тиски пресування сприяють утворенню "замкнутих" пор у виробі, а це буде приводити до того, що при спіканні капілярному тиску будуть протидіяти тиски газів у замкнених порах. Якщо капілярний тиск більше тиску газу в порах, то відбувається усадка, якщо менше, ріст зразка. Ріст виробів можна зменшити якщо збільшити час спікання за рахунок компенсуючої дії усадки, що розвивається.

        У цьому випадку відбувається коелесценція пор (збільшення в розмірі) і тим самим зменшується вплив тиску газів у них.

        Це  явище дуже помітне при спіканні порошків систем Cu-Pb, Cu-Sn, Cu-Cd  і ін.

        У загальному випадку можна сказати, що збільшення тиску пресування позитивно  впливає на спікання зразків у  тих межах, де воно не є причиною утворення великої кількості замкнутих пор.

        Вплив середовища спікання мало відрізняється  від впливу середовища при твердофазному  спіканні.

        Розглянемо  два типових випадки, що зустрічаються  в практиці рідкофазного спікання.

        1. Спікання зі зникаючою рідкою фазою.

        2. Спікання з рідкою фазою, що  присутня до кінця спікання.

        Типовим випадком спікання зі зникаючою рідкою фазою є спікання системи  Cu-Sn.

        При спіканні цієї системи з підвищенням  температури відбувається дифузія  міді в олово з утворенням нових фаз. Так, ще при температурі нижче плавлення олова (200°С) утворяться дві фази:

        ε  - фаза (Cu3 Sn), що примикає до міді і   η - фаза (Cu6 Sn5), що примикає до олова. При температурах плавлення олова (232°С) і вище процес розвивається в напрямку збільшення вмісту ε - фази за рахунок зменшення кількості η - фази і за рахунок міді.

        При нагріванні до 400° зникає η - фаза й  існує тільки ε - фаза .

        При підвищенні температури вище 400°С починає  утворюватися δ - фаза, ще більш багата міддю, що поглинає ε - фазу. При температурах ~ 500° починає утворюватися α - твердий розчин завдяки розчиненню олова в міді, що супроводжується руйнуванням раніше утворених інтерметалічних з'єднань.

        До  температури ~ 700° утвориться повністю α - твердий розчин з незначним вмістом δ - фази.

        При 800°С виходить однорідний α - твердий  розчин, який і спікається.

        Слід  відмітити, що температурні границі  утворення фаз носять умовний  характер, тому що вони залежать від  умов нагрівання.

        На  закінчення можна відзначити, що процес спікання системи

        можна розбити на 4 етапи.

        1. Розплавлювання олова і швидке  зникнення рідкої фази з утворенням   η - фази (Cu6Sn5).

        2. Виникнення і розвиток ε - фази (Cu3Sn) між η і Cu.

        З. Зникнення ε - фази і виникнення δ - фази на границі η і Cu.

        4. Розпад δ - фази, обумовлений переходом всього олова у твердий розчин, і гомогенізація твердого розчину.

        Крім  розібраного нами приклада рідкофазного спікання, коли рідка фаза зникає в  процесі спікання, розберемо ще один випадок, коли рідка фаза присутня до кінця спікання. Прикладом може служити система WС-Со. Остання є основою виробництва твердих сплавів і є прикладом систем, у яких спечений сплав формується в результаті спікання в присутності рідкої фази, що утвориться на основі легкоплавкого компонента (кобальту).

        Спікання  цієї системи має наступні ознаки:

        1) тугоплавкий компонент (WC) частково  розчиняється в рідині;

        2) спостерігається повна змочуваність  твердої фази рідкою (крайовий  кут змочування карбіду вольфраму  рідким кобальтом дорівнює 0).

        Якщо  побудувати криву усадки (або краще у нашому випадку зміну довжини виробу) від температури при швидкості нагрівання 3°/хв, то одержимо графік представлений на рис. 54

        

        Рисунок 54 - Зміна  довжини  зразків  у  залежності  від 

                        температури  при  спіканні  системи  WC-Co 

        Як  видно з рисунка усадка починається  приблизно при 1150°С і закінчується при ~1320°С. Температура ж ~1320°С відповідає приблизно початку появи рідкої фази евтектичного складу, як видно з діаграми WC-Co (рис. 55).

        

                             Рисунок 55 - Діаграма  стану WC-Co  

        У даному випадку на початку нагрівання спікання відбувається без участі рідкої фази (Т°Спл. Со = 1490°С). З ростом температури карбід вольфраму розчиняється у твердому кобальті і склад твердого розчину, що утворюється, змінюється по   кривій 1-2.

        Коли  склад твердого розчину досягає  точки 2, що відповідає насиченню твердого розчину карбідом вольфраму при  температурі плавлення евтектики, починається плавлення й у  тілі, що спікається, з'являються сліди  рідини евтектичного складу. З часом, коли вся кількість γ твердого розчину перейде в рідину, тіло, що спікається, буде складатися з часток карбіду вольфраму, що не розчинилися внаслідок їхнього великого надлишку в кобальті, і рідкої фази евтектичного складу (точка δ). Подальший підйом температури і витримка тіла, що спікається, при 1400°С ведуть до додаткового розчинення часток WC у рідкій фазі, поки склад її не досягне точки (в) (~36% WC) і не встановиться рівновага між рідкою фазою і твердою фазою, що знаходиться у великому надлишку, (WC).

        Продовження спікання при цій температурі  не повинне приводити, як видно з  діаграми, до зміни в співвідношенні фаз. Таким чином, у розглянутій  системі спікання характеризується істотним ущільненням ще до досягнення температур появи рідкої фази і швидким (практично протягом декількох хвилин) ущільненням після появи рідкої фази. Спікання до появи рідкої фази здійснюється у твердій фазі і супроводжується дифузійними процесами з утворенням твердих розчинів.

        З появою рідкої фази процес спікання аналогічний процесам спікання в присутності рідкої фази, розібраним нами раніше, тобто в цьому випадку ущільнення відбувається за рахунок грузлого плину рідини під дією сил поверхневого натягу.

        У цьому випадку ущільненню також сприяє перекристалізація карбідних зерен через рідкий кобальт. Цей процес сприяє пристосовуванню зерен до форми сусідніх і тим самим створюючи умови сил поверхневого натягу.

        У загальному випадку в цей час  можуть відбуватися наступні процеси:

        1) Перекристалізація через рідку  фазу;

        2) Зрощування сусідніх зерен, що  відбувається за рахунок переважного  росту одного зерна за рахунок  інших;

        3) Розвиток контактів між зернами  з прагненням границь зерен  (кристалів) до утворення характерних  для даної системи "двогранних  кутів" і  ін.

Информация о работе Спікання