Спекание в твердой фазе

Общая характеристика процесса спекания.

В технологии силикатов обычно применяют композиции, содержащие несколько компонентов. До нагревания смеси представляют собой системы с различной пористостью, в процессе термообработки превращающиеся в более плотное тело. Явление упрочнения и уплотнения исходных, относительно малосвязанных смесей зернистых компонентов, происходящее за счет физико-химических процессов переноса вещества, развивающихся и протекающих с заметной скоростью при повышении температуры (и давления), называется спеканием.

На первой стадии происходит взаимное припекание частиц, сопровождающееся увеличением поверхности их контакта. Однако суммарная поверхность контактов мала, и поры являются непрерывной фазой. На второй стадии материал превращается в сплошное пористое тело, в котором и твердая и поровая фазы являются практически непрерывными. Третья стадия характеризуется на­личием разобщенных, изолированных пор, включенных в непрерыв­ную твердую фазу; уплотнение материала на этой стадии, происходит за счет уменьшения числа пор и их размеров. В реальных системах эти стадии в различной мере перекрываются, протекая одновременно.

Следовательно, при спекании протекают следующие процессы: Образование и рост контактов между частицами твердой фазы; уменьшение числа и размеров пор вплоть до их исчезновения; смещение границ между зернами, приводящее к увеличению раз­меров зерен.

С позиций термодинамики движущей силой процессов пере­носа вещества является уменьшение термодинамического потен­циала системы. Так как результирующая сил, действующих на поверхностную частицу зерна, направлена внутрь, то зерно всегда обладает тенденцией к сокращению поверхности. Уменьшение сум­марной поверхности зерен и зарастание пор снижает поверхност­ную, а следовательно, и полную энергию системы. Движущая сила процесса спекания тем больше, чем больше поверхностная энергия системы, обусловленная высокой удельной поверхностью, дефектностью структуры, несовершенством контактов между части­цами.

Внешним признаком спекания служит уменьшение размеров (усадка) спекаемого тела. Перенос вещества осуществляется по одному или нескольким механизмам; спекание может происходить как в твердой фазе, так и в присутствии жидкой фазы.

При спекании протекают два параллельных процесса — обра­зование и рост контактов между частицами и изменение формы и величины поровых каналов. Неодинаковое прохождение этих процессов может быть вызвано лишь различными механизмами переноса вещества при спекании. Современная теория спекания предусматривает несколько механизмов переноса вещества: объем­ная и поверхностная самодиффузия, вязкое и пластическое тече­ние, испарение — конденсация. Чаще всего спекание в твердой фазе осуществляется по двум механизмам: за счет переноса ве­щества испарением — конденсацией и за счет диффузии.

Рекристаллизация. В подавляющем большинстве случаев диф­фузионное спекание кристаллических тел в некотором темпера­турном интервале сопровождается образованием новых кристал­лов или ростом одних зерен за счет других. Изменение количе­ства и (или) размеров кристаллов по сравнению с исходными называется рекристаллизацией.

Существуют различные представления о движущей силе и физической сущности процесса рекристаллизации. Наиболее рас­пространено мнение о том, что движущей силой процесса рекри­сталлизации следует считать уменьшение термодинамического по­тенциала тела либо за счет уменьшения суммарной поверхности границ между зернами, либо при снятии искажений и напряжений в решетках. Следует различать основные компоненты, слагающие процесс рекристаллизации, — первичную рекристаллизацию, вто­ричную рекристаллизацию и рост зерен.

Первичная (истинная, рекристаллизация обработки) рекри­сталлизация—процесс, при котором в массе, подвергнутой пла­стической деформации, образуются центры кристаллизации и растут зерна новообразований.

Первичная рекристаллизация, происходящая в результате пластической деформации, характерна для технологии получения изделий из металлов.

Вторичная (аномальная, собирательная, прерывистая) рекристаллизация —процесс, не связанный с предварительной деформацией тела. Вторичная рекристаллизация может протекать в материалах с деформированной и недеформированной решеткой и сводится к укрупнению некоторого количества зерен большого диаметра за счет тонкозернистой массы путем перемещения границ зерна

Дата добавления: 2014-12-07