Спекание. Рекристаллизация . Часть 2

Спрессованные порошки применяют преимущественно в порошковой металлургии и в технологии керамики, неспрессованные —

главным образом в химической промышленности, технологии вяжущих веществ, пирометаллургии.

Рассматривая процесс спекания с общих позиций термодинамики, следует считать его движущей силой уменьшение термодинамического потенциала системы. Так как результирующая сил, действующих на любую поверхностную частицу, направлена внутрь тела (зерна), то оно всегда обладает тенденцией к сокращению поверхности. Уменьшение суммарной поверхности в процессе спекания уменьшает поверхностную и, следовательно, полную энергию системы.

Из сказанного следует, что движущая сила процесса спекания дисперсного тела тем больше, чем больше его поверхностная энергия. Этим, в частности, можно объяснить наблюдаемую на практике [126] зависимость скорости спекания от размера зерен нагреваемого материала: мелкозернистые порошки спекаются быстрее, чем крупнозернистые.

Так как внутренние поры кристалла образуют его «внутреннюю поверхность», то процесс их зарастания также уменьшает термодинамический потенциал системы.

Удельная поверхность поры обратно пропорциональна квадрату ее радиуса, поэтому при наличии в теле пор разного размера движущая сила процесса зарастания мелких пор больше, чем крупных. В соответствии с этим мелкие поры зарастают быстрее, если только разница в сопротивлении процессу уменьшения пор разного размера (за счет, например, различного возрастания давления газа в них) не меняет картины. При этом возможно уменьшение объема мелких пор и их количества за счет увеличения объема крупных пор (явление, часто наблюдаемое на практике [127]), поскольку это также приводит к уменьшению термодинамического потенциала.

Начало разработки количественной теории процесса твердо-фазового спекания было заложено еще в работах Френкеля [102]. По Френкелю, спекание кристаллических тел осуществляется за счет их «вязкого течения», аналогичного наблюдаемому в жидкостях; механизм этого течения является диффузионным и может быть сведен к направленному перемещению вакансий.

С точки зрения Френкеля, процесс спекания может быть разделен во времени на два этапа:

1) слияние частиц, приводящее к исчезновению открытых пор (полостей) и образованию разобщенных замкнутых пор той или иной (в простейшем приближении — сферической) формы;

2) сокращение объема замкнутых пор под действием сил поверхностного натяжения.

Первый этап процесса протекает с постоянной скоростью, зависящей лишь от поверхностного натяжения а и вязкости \i среды, окружающей пору:

где а — радиус поры; τ — время.

(43)

Площадь поверхности соприкосновения между частицами на этом этапе пропорциональна продолжительности процесса. Время полного закрытия поры определяют по уравнению

(44)

 

Другие части:

Спекание. Рекристаллизация . Часть 1

Спекание. Рекристаллизация . Часть 2

Спекание. Рекристаллизация . Часть 3

Спекание. Рекристаллизация . Часть 4

Спекание. Рекристаллизация . Часть 5

Спекание. Рекристаллизация . Часть 6

Спекание. Рекристаллизация . Часть 7

Спекание. Рекристаллизация . Часть 8

Спекание. Рекристаллизация . Часть 9

Спекание. Рекристаллизация . Часть 10

Спекание. Рекристаллизация . Часть 11

Спекание. Рекристаллизация . Часть 12

Спекание. Рекристаллизация . Часть 13

 

 

Содержание