5.4.3. Опытные данные по скорости самого акта спекания (кинетического звена)
Имеющиеся опытные данные по скорости спекания пластинок(то есть по скорости собственно процесса спекания, не осложненного транспортом вещества) относятся главным образом к технологически важному температурному интервалу активного спекания, близкому к температуре рекристаллизации, 700 oС в случае железа. Так, при 750 oС (Т = 0,55Тпл) и сжимающем давлении р = 12,25 Мн/м) (122,5 атм или примерно 10% прочности Pо) первые признаки спекания пластинок появляются через несколько минут, затем прочность спекания приблизительно линейно нарастает со временем. "Полное" спекание, когда прочность соединения образцов P приближается к пределу прочности Pо, наступает примерно через час [195].
При измерениях прочности припекания на начальной стадии она оказывается либо практически нулевой, либо уже значительной. Реальное спекание идёт, вероятно, "квантами", причём квант спекания соответствует рекристаллизации целого зерна или блока.
При охлаждении от 800 oС до 600 oC время t спекания при умеренном давлении р (р<<Po) возрастает примерно на порядок величины [193-196], и кажущаяся энергия активации процесса спекания, как и процесса рекристаллизации, получается равной
Е -RT2 dlnt /dT 6RT .
Чтобы получить общую физико-химическую схему температурной зависимости для времени кинетического акта спекания, нужно охватить значительно более широкий и разнообразный опытный материал. Экстраполяция имеющихся данных по времени t спекания пластинок железа от 700 oС даёт время спекания более года при комнатных температурах и величину t порядка нескольких минут около температуры плавления; это не противоречит имеющимся опытным данным для этих температур.
Интересная особенность реального спекания - соединение близких поверхностей "усами". Их образование наблюдали, в частности, при спекании NaCl, KJ и окисленной меди [118]. При прогреве двух параллельных монокристальных пластинок NaCl, расположенных на расстоянии 200 мкм, с каждой из поверхностей навстречу другой рос бугорок, переходящий в тонкую иглу диаметром 10-20 мкм, которая затем соединяла пластинки. Пластинки не только "как-то чувствуют друг друга" на расстоянии 200 мкм, но и "совместно и согласованно выращивают общий ус встречными усилиями". "Усы" не растут на отдельной пластинке или порошинке, если рядом нет другой поверхности, с которой "ус" соединит первую.
Даже "припекание" растекающейся жидкости к твёрдой подложке происходит не мгновенно, но требует заметного времени, например, 10-5 с (см.ниже), и, следовательно, максимальная скорость перемещения периметра при растекании не превышает по порядку величины 1 м/с. Приблизительно такие же значения времени t "спекания" и предельной скорости растекания получаются и для процессов растекания одной маловязкой жидкости по другой. Видимо, лишь при растекании одной простой жидкости по другой возможно теоретическое время "припекания жидкости" t 10-12 с и большие скорости растекания (104 м/с).
Наиболее медленные процессы "спекания" или слёживания дисперсного материала в сплошную прочную горную породу наблюдаются в геологических процессах; они занимают, например, 106 лет. Снег "спекается" в наст, например, за месяц и в монолитный лёд за несколько лет [154].
В случае аморфных веществ или стёкол температуре рекристаллизации (или кристаллизации) соответствует точка стеклования; здесь процессы спекания имеют время, например, 1 час. В целом совокупность перечисленных и других подобных данных укладывается в общую схему рис.5.13.
Рис. 5.13. Зависимость скорости спекания плоских образцов от приведенной тем-пературы (схема)
Ещё одна интересная особенность - поворот крупинок при спекании таким образом, что достигается наиболее благоприятная ориентация решёток крупинок, обеспечивающая максимальную скорость спекания. В одном из экспериментов 5-8 тысяч идентичных медных монокристальных шариков припекались к медной монокристальной пластине; к концу отжига почти все они имели наиболее благоприятную для спекания ориентацию к подложке [118].