При переносе вещества вследствие диффузии атомов (и вакансий) по поверхности от выпуклых участков профиля поверхности контактирующих частиц к вогнутым участкам п=7. Рост площади контактного перешейка в этом случае не сопровождается сближением центров частиц (рис. 7.10, г).
Перенос вещества через газовую фазу к перешейку происходит под влиянием разности равновесных давлений пара вблизи выпуклых и вогнутых участков профиля контактирующих частиц. В этом случае закон роста площади контактного перешейка определяется механизмами массопереноса в газовой фазе: при малых давлениях инертного газа (режим молекулярного пучка) 3, а при больших (режим диффузии) — п=5. Процесс спекания не сопровождается сближением центров частиц (рис. 7.10, д).
Под действием прижимающих усилий (в случае горячего прессования) перенос вещества к перешейку может осуществляться механизмом диффузии вдоль границы, разделяющей контактирующие частицы, что приводит к п—4. Этот процесс сопровождается сближением центров частиц (рис. 7.10, с).
В реальных условиях при спекании порошков могут одновременно действовать несколько механизмов, тогда показатели степеней п и т в приведенных выше уравнениях будут представлять собой некоторые средневзвешенные величины. При этом следует иметь в виду, что кинетика взаимного припекания частиц сложной формы зависит от геометрии приконтактной. Рассмотренная модель первой, начальной, стадии перестает быть справедливой, когда образуется развитая система стыкующихся границ, и процесс спекания переходит во вторую стадию. К этому моменту радиус контактного перешейка достигает 0,2— 0,3 радиуса спекающихся частиц, а усадка прессовки составляет 4—6 %.
На второй стадии спекания дальнейшее уплотнение прессовки связано с уменьшением размеров и трансформацией формы всех имеющихся в ней пор. Вначале они приобретают вид сообщающихся каналов, а затем происходят их интенсивное уменьшение, изоляция друг от друга и к концу промежуточной стадии наблюдаются изолированные поры, расположенные на границах зерен или внутри них. При равномерном распределении пор происходят равномерное уплотнение пористого тела и увеличение его механической прочности. Процесс уплотнения осуществляется под действием капиллярного давления, приложенного к участкам свободных поверхностей, обладающих малым радиусом кривизны Кинетика этого процесса определяется скоростью вязкого течения среды, в которой расположены поры. Вязкое течение среды, в свою очередь, осуществляется посредством «испарения» вакансий с поверхности пор в объем частиц с последующим оседанием их на прилегающих к поре границам, в том числе и дислокационных. Погло щение же вакансий дислокациями, например малоугловой границы, приводит к ее перемещению.
Диффузия вакансий к границам может происходить как через объем частицы, так и непосредственно в приграничном слое. Поскольку в приграничном слое периодичность кристаллической решетки нарушена, движение вакансий здесь происходит с меньшими энергетическими затратами и различие в коэффициентах поверхностной и объемной диффузии может достигать 2—4 порядков.
Для некоторых материалов, обладающих при температуре спекания относительно большим равновесным давлением пара, возможен также значительный перенос вещества через газовую фазу. Поскольку скорость процессов испарения во многом определяется характером дефектов и их распределением в кристаллической решетке зерен, интенсивность процесса спекания во много зависит от химической и термической предыстории компонентов шихты, главным образом определяющей их дефектность.
На второй стадии скорость усадки прессовки максимальна по сравнению с первой и третьей. Это обусловлено интенсивным ростом перешейков с образованием новых границ между частицами, удалением открытых пор, в результате чего происходит стыковка границ зерен, приводящая к увеличению размеров межзеренных контактов. Вторая стадия спекания является самой короткой во времени, но в течение ее достигается основное уплотнение прессовки.
На третьей, конечной, стадии процесса спекания происходит залечивание образовавшихся к концу промежуточной стадии части изолированных пор. Движущей силой процесса уплотнения на этой стадии является избыточная свободная энергия внутренних поверхностей пор. Внутри каждой из пор имеется отрицательное давление. Это давление эквивалентно некоторому равному ему по абсолютному значению положительному давлению, действующему на внешнюю поверхность заготовки. Сумма давлений от всех пор и вызывает уплотнение заготовки. Залечивание пор может происходить по различным механизмам в зависимости от соотношения между линейным размером поры R и характерным средним расстоянием I между источниками и стоками вакансий
По мере залечивания пор, роста контактов и формирования в образце сетки границ энергия поверхности исходных зерен частично переходит в энергию границ, которая также становится движущей силой процесса спекания. Под действием ее происходит движение границ зерен в направлении собственных центров кривизны, приводящее к укрупнению зерен, т. е. к рекристаллизации. В результате движения границ может происходить захват пор внутрь зерен, что будет приводить к образованию закрытой пористости. Залечивание этих пор может происходить по механизмам, рассмотренным выше, или за счет их движения как единого целого к поверхности образца. Сопутствующим этому процессу является процесс слияния пор (коалесценция), что нежелательно при получении однородных керамических изделий. Перейти на страницу: 1 2 3 4
Другое по теме:
Реализация устройства контроля переданной информации с использованием модифицированного кода Хемминга Вычислительная техника развивалась такими быстрыми темпами, что давно уже принято говорить о поколениях вычислительных машин. За 30 лет своего бурного развития микропроцессорные системы прошли путь от специализированных комплектов интегральных схем ...