17. Сущность механизма переноса вещества через газовую фазу при припекании порошковых частиц

Идеальная модель, демонстрирующая этот вид транспортного механизма, приведена на (рис.26). Так как упругость пара над поверхностью зависит от ее кривизны, вещество испаряется с выпуклых участков частиц и конденсируется на вогнутой поверхности контактных перешейков. Этот механизм часто называют «испарение — конденсация». Он должен приводить к росту «шеек» и сфероидизации пор и будет действовать до тех пор, пока в порошковом теле сохраняется заметная разница в кривизне отдельных участков поверхности раздела вещество—пора. Направленный перенос вещества в зону межчастичного контакта приводит к упрочнению и улучшению электропроводности порошкового тела, но не может вызвать изменение его объема, т. е. усадку.

Количественные зависимости кинетики роста контакта имеют вид x³/a ~ τ или x⁵/a² ~ τ. Рассматриваемый механизм играет заметную роль лишь в случае материалов с относительно высоким давлением пара при температуре спекания (не ниже 1–10 Па), т. е. когда количество перенесенного через газовую фазу материала может быть значительным, либо в случае спекания металлов с восстанавливающимися или диссоциирующими оксидами. В последнем случае давление паров металла над поверхностью частиц порошка при нагреве будет больше, чем можно ожидать исходя из упругости паров над поверхностью компактного металла: в процессе восстановления или диссоциации оксида входящие в него атомы металла высвобождаются и обладают повышенной подвижностью, облегчающей их переход в паровую фазу.

17. Почему и когда происходит коалесценция пор, её роль при спекании

Коалесценция пор – «внутреннее спекание».

Укрупнение (коалесценция) пор заключается в росте крупных пор за счет уменьшения размеров и исчезновения мелких, изолированных пор. Общая пористость при этом сохраняется неизменной, а число пор уменьшается при увеличении их среднего размера. Уплотнение порошкового тела на этой стадии спекания не происходит.

Для заключительной стадии спекания порошковых прессовок характерно увеличение одних пор (коалесценция) и уменьшение размеров других (вплоть до полного залечивания). Основные причины:

а) диффузионный перенос вакансий;

б) прямое столкновение при взаимном сближении - поры движутся как единое целое вместе с границами или без них.

а) наличие вакансий в объеме материала (в матрице).

Средняя концентрация вакансий - зависит от химического состава материала, предыстории и свойств порошка, условий спекания на начальной и промежуточной стадиях. Распределение вакансий вблизи каждой поры определяется ее радиусом, концентрация отли- чается от средней в объеме матрицы. Расстояние между порами L намного больше их среднего радиуса R, L/ R>>1.

При длительном нагреве коалесценция пор приведет к увеличению размера основной части пор, в то время как размер других уменьшится. Образующееся различие в значениях кривизны поверхности пор приведет к росту пор за счет мелких, которые менее стабильны. Этот процесс известен как Освальд-процесс (Ostwald). (концентрация вакансий вблизи крупных пор меньше, чем средняя по объему, поэтому поток вакансий направлен к ним; мелкие поры залечиваются, т.к. диффузионный поток вакансий направлен от них).

Коалесценция пор при спекании твердого тела (а)

Процесс рекристаллизации при спекании (б)

За счет реализации разного рода способностей к перемещению происходят следующие явления. Коалесценция частиц вещества и коалесценция пор между собой (рисунок а). Уже захваченная зерном вещества пора может выйти на межзеренную поверхность, в частности, при понижении парциального давления паров содержащихся в ней газов и при условии достаточной подвижности компонентов в структуре твердого тела. При коалесценции кристаллических частиц происходит рекристаллизационное поглощение (рисунок б) одних частиц другими (как правило, более крупными).