Лекция № 8 высокопористые порошковые материалы Определение высокопористых пм

Высокопористые материалы, изготавливаемые методами порошковой метал­лургии, широко используются в качестве фильтров для очистки от загрязнений воздуха, агрессивных газов и жидкостей, масел и жидких топлив, расплавов металлов, улавливания ценных продуктов производства, для работы в качестве диспергаторов, демпферов, пламегасящих элементов, материалов для пори­стого охлаждения и других целей.

В зависимости от назначения их изготавливают методом спекания из по­рошков металлов или сплавов, металлических волокон, сеток разнообразного состава — из железа, меди, бронзы, никеля, нержавеющих сталей, нихрома, титана, хромоникелевых, никель-молибденовых, никельхромомолибденовых сплавов из тугоплавких соединений различного состава.

В отличие от сетчатых, керамических, стеклянных, тканевых, фетровых, картонных и других материалов, пористые материалы, спеченные из порошков или волокон, более прочны, выдерживают резкие теплосмены и высокие температуры (в отдельных случаях при применении тугоплавких соединений до 2000 °С). В процессе эксплуатации они, как правило, не загрязняют фильтруе­мое вещество,

В пористых материалах, спеченных из порошков или волокон, обеспечи­ваются и такие свойства, как высокая тепло- и электропроводность, удовлетво­рительная пластичность, высокая коррозионно- и окалиностойкость, способ­ность противостоять высоким давлениям, высокая степень очистки в приемле­мых пределах проницаемости.

Особые свойства, которыми обладают такие материалы, позволяют с их применением создавать в промышленности новые технологические процессы или находить новые конструкторские решения в машиностроении, использовать их для повышения эффективности и качества работы различных механизмов и устройств. Например, с помощью пористых желобов, через поры которых подается под давлением воздух, обеспечивается воздушный транспорт сыпучих тел. Эффективность работы таких электрических устройств, как аккумуляторы и топливные элементы, в значительной мере базируется на применении пори­стых электродов. Новой областью использования высокопористых материалов является применение их для капиллярного транспорта жидких сред как основы работы тепловых труб (ТТ).

ТТ представляют собой проводники тепла, способные передавать сверхмощ­ные его потоки (до 150 Вт/см²), позволяющие снизить термическое сопротивле­ние в десятки и сотни раз. Теплопроводность тепловых труб превышает тепло­проводность меди в несколько тысяч раз. ТТ используются для отвода тепла от теплонапряженных участков машин, замораживания, для медицинских целей и решения других задач, связанных с необходимостью быстрого отвода и подвода тепла. Высокие упругие свойства пористых материалов из волокон позволяют их применять для виброгашения, звукогашения машин и механизмов и других целей.

Большим преимуществом спеченных пористых материалов являются широ­кие возможности регулирования тонкости очистки фильтруемых сред от частиц с размером от долей микрона до нескольких миллиметров.

Общая характеристика технологии изготовления высокопористых материалов Подготовка шихтовых материалов.

Для изготовления пористых материалов фильтрового назначения применяются сферические и несферические порошки металлов или сплавов и металлические волокна (тонкая проволока). Порошки со сферической формой частиц изготавливают методом распыления расплавлен­ного металла. Применение сферических порошков обеспечивает наиболее высо­кие показатели по проницаемости пористых перегородок. Применение несфери­ческих порошков с развитой поверхностью обеспечивает более высокую тон­кость очистки и более высокую механическую прочность тела фильтров. Наи­более высокие свойства пластичности, прочности и наиболее высокие значения пористости достигают при использовании волокон.

Основные операции изготовления пористых материалов — подготовка шихты, формирование будущего изделия'и спекание. Обычно первой операцией подготовки исходного сырья является отжиг порошков или волокон в восста­новительных средах (водород, конвертированный газ, эндогаз, вакуум) для удаления оксидов или других загрязнений. Однако эта операция не во всех случаях обязательна, так как высокая пористость изготавливаемых материалов обеспечивает протекание восстановительных реакций непосредственно при спе­кании в результате легкого проникновения восстановительных газов сквозь толщу изделия.

Для обеспечения равномерной пористости во всех частях изделий важное зна­чение имеет равномерность фракционного состава применяемого порошка.Поэтому исходные порошки обычно подвергают рассеву на фракции, отбирая для изго­товления изделий ту фракцию, которая обеспечивает получение заданного раз­мера пор и, следовательно, заданных проницаемости фильтра и его очиститель­ной способности.

Зависимость проницаемости от размера частиц порошка из которого изготовлен фильтр, дает следующим образом: чем крупнее исхлодный порошок, тем выше проницаемость. Аналогичные данные зависимости тонкости фильтра­ции от фракционного состава порошка.

Для обеспечения особенно тонкой очистки газа от твердых или жидких частиц при высокой степени проницаемости (например, фильтров для очистки табачного дыма) в тонкие порошки железа (менее 63 мкм) добавляют в каче­стве порообразователя двууглекислый аммоний. Порошок подвергают прокатке с последующим дроблением полосы. Полученные гранулы рассеивают на фрак­ции и затем из нужной фракции прессуют заготовки фильтров и подвергают

спеканию.

В операцию подготовки шихты входит также введение разрыхлителей для образования повышенной пористости (парафин, двууглекислый аммоний, хлор­ная медь, хлорное железо, FеС0₃ • 6Н₂О, 10 %-ный раствор поливинилового спирта), которые, выгорая, разлагаясь или восстанавливаясь при спекании, образуют дополнительную сквозную пористость внутри гранул или между ними.

Для получения пористого вольфрама в смесь добавляют 2—15 % порош­ков фторидов лантана или иттрия, в тугоплавкие металлы вводят также поро­шок бромистого калия. При введении двууглекислого аммония в коли­честве до 70 об. % возможно получение изделий с пористостью 70—80 %.

В титане в качестве наполнителя применяют спирто-глицериновую смесь (60:40).

Для изготовления фильтров применяют металлические порошки, изготов­ленные в соответствии со следующими техническими условиями: железные ТУФМ 17-64; нержавеющей стали ТУФМ 11-64; никеля ТУФМ 10-64; фосфористой меди ТУФМ 9-64; бронзы оловянистой ТУФМ 13-64.

Для обеспечения надежной работы и повторяемости результатов работы ТТ должны применяться строго тестированные материалы трубы из безкислородной меди (ГОСТ 15040—77); полосы и ленты из безкислородной меди (ГОСТ 1547—77); листы и полосы никелевые (ГОСТ 6235—73); трубки тонко­стенные из никеля и никелевых сплавов (ГОСТ 13648—77); трубы бесшовные горячедеформированные из коррозионностойкой стали (ГОСТ 9340—72); прово­лока медная круглая электротехническая (ГОСТ 2112—71); .проволока из ни­келя и кремнистого никеля (ГОСТ 2179—75); проволока из высоколегирован­ной коррозионностойкой и