Spiekanie proszków (metalurgia proszków)









Spiekanie proszków (metalurgia proszków) - Wikipedia, wolna encyklopedia

/**/








/**/



/**/






Spiekanie proszków (metalurgia proszków)[edytuj]

Z Wikipedii

Skocz do: nawigacji, szukaj
Spiekanie proszków ceramicznych i/lub metalicznych jest zjawiskiem zachodzącym samorzutnie wraz z podniesieniem temperatury, którego kierunek jest ustalony przez spadek entalpii swobodnej, towarzyszący zmniejszeniu się rozwinięcia powierzchni
swobodnych układu. Dzięki temu zbiór stykających się ze sobą drobnych
ziaren wiąże się wzajemnie po podgrzaniu do odpowiedniej temperatury
niższej od potrzebnej do ich stopienia (0,4-0,85 bezwzględnej
temperatury topnienia). Wiązaniu ziaren towarzyszy skurcz całego układu i przejście sypkiego lub słabo związanego proszku w lity, wytrzymały polikryształ. Można też powiedzieć, że zmiany te są wynikiem przenoszenia masy,
które polega w pierwszym przypadku na przemieszczaniu się całych ziaren
względem siebie, zaś w drugim przypadku na wędrówce pojedynczych atomów i molekuł w fazie ciekłej oraz gazowej. W każdym z tych przypadków zachodzi ukierunkowany transport masy, co oznacza, że w układzie działają siły i naprężenia, które wywołują przemieszczanie się ziaren i atomów w określonym kierunku. Należy dodać, iż każdy z tych mechanizmów dominuje w innym zakresie temperatur.




Spis treści
[ukryj]

1 Dyfuzja powierzchniowa
2 Przegrupowanie ziaren
3 Dyfuzja objętościowa i po granicy ziaren
4 Wpływ fazy ciekłej na spiekalność układu
5 Przenoszenie masy poprzez fazÄ™ gazowÄ…
6 Rozrost ziaren
7 Spiekanie w układach wieloskładnikowych
8 Spiekanie pod ciśnieniem
9 Spiekanie mikrofalowe
10 Literatura





//


Dyfuzja powierzchniowa [edytuj]
W przypadku dyfuzji powierzchniowej mamy do czynienia z chaotycznym ruchem pojedynczych atomów i/lub defektów
znajdujÄ…cych siÄ™ na powierzchni ziaren. Zakres dyfuzji powierzchniowej
i jej wpływ na przebieg spiekania zależy nie tylko od temperatury i
znacznego rozwinięcia powierzchni w układzie. Decyduje o tym także chemiczny stan powierzchni ziaren. Rola tego procesu jest szczególnie istotna w przypadku spiekania proszków substancji o wiązaniach kowalencyjnych,
gdzie aż do bardzo wysokich temperatur jedynym znaczącym mechanizmem
dyfuzji jest właśnie dyfuzja powierzchniowa. Dodatkowo, dyfuzja
powierzchniowa powoduje przekształcenie się początkowych kontaktów
punktowych w kontakty fazowe
między ziarnami, to jest kontakty o większym rozwinięciu powierzchni. W
wyniku tego w zbiorze ziaren wykształca się sieć mniej lub bardziej
cylindrycznych porów, co wywołuje stan równoważny poddaniu układu zewnętrznemu ciśnieniu hydrostatycznemu.

Przegrupowanie ziaren [edytuj]
Występowanie naprężeń ściskających, w miejscach kontaktu ziaren, zarówno w nieobecności jak i obecności fazy ciekłej,
są przyczyną występowania kolejnego ze zjawisk, mianowicie transportu
masy drogą przemieszczania się całych ziaren, które prowadzi do
przegrupowania ich zbioru. Jest to możliwe, jeśli ziarna ulegną
przegrupowaniu przyjmując bardziej gęste ułożenie. Wystąpienie tego
procesu tłumaczy, zatem racjonalnie znaczny przyrost skurczu obserwowany w pośrednich stadiach spiekania.

Dyfuzja objętościowa i po granicy ziaren [edytuj]
Występowanie gradientu stężenia wakancji
powoduje zaistnieje skierowanego znoszenia wakancji zgodnego z udziałem
tegoż gradientu. Przenoszenie masy powoduje zbliżanie się środków
ziaren do siebie przy jednoczesnym powiększaniu powierzchni granic
styku międzyziarnowego. Ponieważ w ten sposób masa zapełnia pory, za
pomocą tego mechanizmu możliwe jest osiągnięcie stanu spieku polikrystalicznego niezawierającego porów. Po zapoczątkowaniu procesu dyfuzji
gradient stężenia wakancji, a tym samym i strumień, uległby
zmniejszeniu, a proces zbliżania się środków ziaren zahamowaniu, gdyby
w układzie nie istniały stałe źródła wytwarzające wakancje w pobliżu
wklęsłej powierzchni szyjki, a w pobliżu środka kontaktów
międzyziarnowych- miejsca, w których wakancje ulegają zniszczeniu.
Istnienie tych źródeł i upływów utrzymuje w toku całego procesu
określony gradient stężenia wakancji, a proces dyfuzji i tym samym
proces zbliżania się środków ziaren do siebie osiąga pewien stan
ustalony. Na przebieg omawianych procesów istotny wpływ ma droga
transportu masy. W rachubę wchodzi dyfuzja poprzez objętość ziaren lub wzdłuż granic międzyziarnowych. Ogólnie biorąc, dyfuzja na granicach ziaren dominuje nad dyfuzją objętościową do temperatury rzędu 0,5- 0,6 bezwzględnej temperatury topnienia danego związku.

Wpływ fazy ciekłej na spiekalność układu [edytuj]
Jeżeli podczas spiekania w układzie tworzy się faza ciekła,
to może być ona również siłą sprawczą zbliżania się centrów ziaren do
siebie. Wyróżnia się dwa zasadniczo odmienne przypadki wpływu fazy
ciekłej, mianowicie: i) spiekanie w obecności cieczy niezwilżającej lub
słabo zwilżającej stałe ziarna, a także niepenetrującej pomiędzy nie,
ii) spiekanie w obecności cieczy dobrze zwilżającej i najczęściej
zdolnej do rozpuszczania w sobie fazy stałej. Jedynie ciecze
charakteryzujące się małą wartością kąta dwuściennego i kąta zwilżania
w stosunku do materiału fazy stałej mogą efektywnie wspomagać proces
zagęszczania. W układach, w których ciecz wykazuje dużą wartość kąta dwuściennego (>60˚), tworzą się odizolowane wtrącenia, które mogą modyfikować rozrost ziaren, lecz nie przyspieszają zagęszczania polikryształu. Pojawienie się fazy ciekłej w spiekanych układach wieloskładnikowych może mieć wiele przyczyn, z których ważniejsze to: stopienie się jednego, niskotopliwego, ze składników oraz utworzenie niskotopliwej mieszaniny eutektycznej. W obecności fazy ciekłej zagęszczenie spiekających się układów do wysokich gęstości jest z reguły szybsze niż przy spiekaniu w fazie stałej. Preferencyjne rozpuszczanie się w cieczy ziaren o małych rozmiarach, sprawia, iż roztwór w stosunku do ziaren dużych staje się przesycony, co prowadzi do krystalizacji materiału fazy stałej na ich powierzchniach z równoczesnym dopasowaniem kryształów
sąsiadujących ziaren. Tym sposobem przestrzeń pomiędzy dużymi ziarnami,
początkowo wypełniona ziarnami małymi i cieczą, teraz zostaje zajęta
nowo wykrystalizowanym litym materiałem fazy stałej. Dodatkowo, w
przypadku zwilżania ziaren przez ciecz i gdy faza ciekła występuje w postaci warstewek rozdzielających stałe ziarna, a promień krzywizny menisku jest mały, na granicy rozdziału ciecz- gaz pojawiają się znaczne siły kapilarne. W chwili obecnej nie można jednoznacznie stwierdzić, który z opisywanych wyżej dwóch mechanizmów spiekania z udziałem fazy ciekłej, lepiej odzwierciedla rzeczywistość. Należy przyjąć, że oba procesy koegzystują ze sobą w proporcjach zależnych od rozkładu wielkości ziaren fazy stałej.

Przenoszenie masy poprzez fazÄ™ gazowÄ… [edytuj]
Jeżeli spiekanie odbywa się w bardzo wysokich temperaturach, to w spiekających się układach występować mogą niepomijalne prężności lotnych produktów dysocjacji termicznej, sublimacji, utleniania i/lub redukcji faz stałych i ciekłych. Umożliwia to przenoszenie masy poprzez fazę gazową.
Szczególnie tworzenie się lotnych niższych tlenków, może prowadzić do
znacznego przenoszenia masy poprzez fazÄ™ gazowÄ…. Mniejsze znaczenie dla
przenoszenia masy tą drogą ma natomiast tworzenie się niższych
węglików, ponieważ są one mało lotne w temperaturach spiekania.

Rozrost ziaren [edytuj]
Doświadczenie wskazuje, że istotną rolę w eliminacji porów w toku spiekania odgrywa również proces rozrostu ziaren. Prowadzi on do powiększania udziału objętościowego porów o liczbie koordynacyjnej wystarczająco małej, aby wykazywały tendencję do samorzutnego zmniejszania swojej objętości podczas spiekania.

Spiekanie w układach wieloskładnikowych [edytuj]
Gdy spiekające się ziarna nie są złożone z jednej tylko fazy, dla przebiegu spiekania istotne znaczenie mogą mieć zmiany potencjału termodynamicznego związane z reakcjami chemicznymi.
Ogólnie mówiąc, spiekalność takich układów jest gorsza niż każdego ze
składników z osobna. Kierunek zmiany określony jest znacznie większym
spadkiem entalpii swobodnej układu spowodowanym reakcją chemiczną lub rozpuszczaniem się w stanie stałym niż wskutek zmniejszania się rozwinięcia powierzchni pod wpływem sił kapilarnych. W związku z tym dyfuzja
odbywa się tu przede wszystkim w kierunku zapewniającym dopływ
substratów do strefy reakcji. Tylko w znikomym stopniu zachodzi
charakterystyczny dla spiekania transport materii z centrum kontaktu
ziarna do obwodu szyjki, w związku z tym zbliżanie się środków ziaren
zahamowane zostaje już na samym początku procesu. A tym samym obserwuje
się pęcznienie ziaren, których materia dyfunduje wolniej, oraz
kurczenie się tych, których materia wykazuje większą ruchliwość.

Spiekanie pod ciśnieniem [edytuj]
Przyłożenie zewnętrznego obciążenia do ogrzewanego porowatego zbioru
ziaren spowoduje wystąpienie w porównaniu ze spiekaniem swobodnym
dodatkowego skurczu. Racjonalnym wyjaśnieniem tego efektu jest
wywołanie poprzez te obciążenia poślizgu ziaren po ich granicach z
przyjęciem gęstszego ich ułożenia. Wystąpienie poślizgu jest
najbardziej prawdopodobne w otoczeniu dużych porów, które wytwarzają
większą pustą przestrzeń dla przemieszczeń ziaren, co pozwala uzyskać
duże gęstości spieków bez towarzyszącego im rozrostu ziaren. Spiekanie
pod ciśnieniem jest, więc techniką łączącą spiekanie swobodne z
jednoczesnym prasowaniem proszków. Ze względu na sposób przykładania
ciśnienia można wyróżnić spiekanie pod obciążeniem: jednoosiowym (ang.
Hot Pressing HP), izostatycznym (Hot Isostatic Pressing HIP). W
przypadku substancji o wiązaniu kowalencyjnym metoda spiekania pod ciśnieniem umożliwia otrzymanie gęstych polikryształów, trudnych lub niemożliwych do uzyskania drogą spiekania swobodnego.

Spiekanie mikrofalowe [edytuj]
W metodzie tej wykorzystuje się działanie mikrofal
dzięki czemu można uzyskać wysoką jednorodność nagrzania spiekanego
elementu. Metoda ta, mimo wielu zalet, nadal jest eksperymentalnÄ…
technikÄ… spiekania.

Literatura [edytuj]

Pampuch R., Haberko K., Kordek M.: Nauka o procesach ceramicznych. PWN, Warszawa 1992
Lis J., Pampuch R.: Spiekanie. Wyd. AGH, Kraków 2000
Pampuch R.: Budowa i właściwości materiałów ceramicznych. Wyd. AGH, Kraków 1995
Dereń J., Haber J., Pampuch R.: Chemia ciała stałego. PWN, Warszawa 1975
Oczoś K.A.: Kształtowanie ceramicznych materiałów technicznych. Wyd. Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1996





Źródło: "http://pl.wikipedia.org/wiki/Spiekanie_proszk%C3%B3w_%28metalurgia_proszk%C3%B3w%29"
Kategorie: MateriaÅ‚oznawstwo â€Ã³ Metalurgia






Widok


artykuł
dyskusja
edytuj
historia i autorzy




osobiste


Logowanie / rejestracja






if (window.isMSIE55) fixalpha();

nawigacja


Strona główna
Kategorie artykułów
Losuj stronÄ™
Bieżące wydarzenia
Pomoc
Dary pieniężne




techniczne


Portal wikipedystów
Kontakt z WikipediÄ…
Zgłoś błąd
Zgłoś złą grafikę




zmiany


Ostatnie zmiany
Zmiany tematyczne
Zmiany w kategorii




Szukaj



 





narzędzia


LinkujÄ…ce
Zmiany w dolinkowanych
Prześlij plik
Strony specjalne
Wersja do druku Link do tej wersjiCytowanie tego artykułu








TÄ™ stronÄ™ ostatnio zmodyfikowano 01:39, 11 cze 2007.
Tekst udostępniany na licencji GNU Free Documentation License. (patrz: Prawa autorskie)
Wikipedia® jest zarejestrowanym znakiem towarowym Wikimedia Foundation. Możesz przekazać dary pieniężne Fundacji Wikimedia.
Zasady ochrony prywatności
O serwisie Wikipedia
Informacje prawne




if (window.runOnloadHook) runOnloadHook();



Wyszukiwarka