Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ответы на вопросы по порошкам (Шляпин).docx
Скачиваний:
39
Добавлен:
21.01.2019
Размер:
1.89 Mб
Скачать
  1. Особенности спекания многокомпонентных систем

Главная отличительная черта таких материалов – наличие неравенства концентрацией компонентов в различных объемах (микрообъемах) исходного порошкового тела.

К основным особенностям спекания таких систем относятся:

1. Понижение свободной энергии (основной признак спекания) определяется не только факторами, указанными для однокомпонентных порошков, но и протеканием процессов гетеродиффузии, способствующей выравниванию концентрации в системе, а также образованием межфазных поверхностей, энергия которых ниже, чем поверхностная энергия на границе вещество-пустота.

2. Ход процесса спекания определяется характером диаграмм состояния элементов, составляющих многокомпонентную систему.

Поэтому принято различать следующие виды твердофазного спекания многокомпонентных систем:

  • спекание компонентов, обладающих полной взаимной растворимостью;

  • спекание компонентов, обладающих ограниченной взаимной растворимостью;

  • спекание компонентов, взаимно нерастворимых (невзаимодействующих).

От степени протекания процесса сплавообразования зависит кинетика уплотнения спекаемого материала и изменение его физических и механических свойств.

3. Гетеродиффузия в многокомпонентных системах может приводить к торможению процесса усадки.

  1. Спекание многокомпонентных систем при отсутствии взаимной растворимости компонентов

Пинес сформулировал термодинамическое условие припекания двух частиц разнородных невзаимодействующих компонентов:

αАБ< (αА + αБ) (3.1), т.е. поверхностная энергия образовавшейся межфазной границы АВ должна быть меньше, чем сумма поверхностных энергий частиц А и В; в противном случае порошковое тело спекаться не будет.

Механизм и кинетика припекания оказываются существенно различными для двух возможных случаев при соблюдении условия:

αАБ< (αА – αБ) (3.2)

αАБ >(αА – αБ) (3.3)

В случае, когда выполняется соотношение (3.3), энергетически целесообразно покрытие поверхности частицы вещества с большей поверхностной энергией веществом с меньшей поверхностной энергией (рис. 3). Вначале частица такого вещества покроется слоем атомов второго вещества (с помощью механизма поверхностной диффузии или переносом через газовую фазу), а затем контактная площадь между частицей А и частицей Б, покрытой слоем вещества А, увеличивается, что сопровождается уменьшением суммарной поверхности в системе А–Б и, соответственно, ее свободной энергии. Кинетика этого этапа припекания близка к кинетике припекания двух однородных сферических частиц, хотя вещество в область приконтактного перешейка будет поступать от одной порошинки А, а не от обеих частиц А и Б. Слияние сферических частиц А и Б должно завершиться образованием сферического тела, ядром которого будет частица Б.

Рис. 29 – Схематическое изображение этапов (а – г) припекания частиц

  1. Роль гетеродиффузии при спекании

Спекание многокомпонентных систем характеризуется рядом особенностей, заключающихся в том, что спекание разнородных материалов является более сложным процессом, в котором наряду с самодиффузией, обуславливающий перенос массы в область контакта частиц, должна происходить гетеродиффузия, обеспечивающая выравнивание концентраций разноименных атомов в пределах образца. В значительной степени на ход процесса спекания таких систем оказывает характер диаграммы состояния компонентов. При неограниченной взаимной растворимости компонентов наибольшее значение имеет объёмная гетеродиффузия. Усадка в этом случае меньше возможной суммарной усадки каждого из компонентов системы и зависит от их концентрации в материале. Это объясняется более низкой подвижностью атомов в твердых растворах по сравнению с чистыми металлами и невозможностью получения при смешивании абсолютно однородной смеси. Поэтому при спекании образуется большое количество контактов, скорость диффузии через которые неодинакова.