4.1.2. Особенности технология изготовления пористых материалов из порошков

Свойства пористых материалов зависят от свойств исходных порошков и технологического процесса их изготовления. Для их изготовления используются металлические порошки как со сферической, так и несферической формой частиц с размерами от нескольких до тысячи микрометров из различных металлов и сплавов.

По значимости и объемам применения пористые материалы можно условно расположить в следующем порядке: бронза, нержавеющая сталь, никель и его сплавы, титан, серебро, платина, вольфрам, хром, алюминий. Изготавливаются пористые материалы также из карбидов, боридов, силицидов и других тугоплавких металлов и соединений.

Технология изготовления пористых металлов из металлических порошков включает в себя традиционную для порошковой металлургии цепочку операций: формование и спекание. Методы формования подразделяются на две группы: с приложением и без приложения давления. К первой группе относятся: статическое прессование, гидростатическое или гидродинамическое прессование, мундштучное прессование и прокатка. Ко второй – свободная засыпка порошка в форму, шликерное литье.

Основные требования, которые предъявляются к формованию при изготовлении пористых материалов, связаны с получением изделий заданных форм и размеров с требуемой пористостью и обеспечением равномерного или заданного распределения пористости и соответственно проницаемости. Рассмотрим области применения, достоинства и недостатки некоторых технологических процессов изготовления пористых материалов из металлических порошков.

Статическим прессованием изготавливают пористые материалы простейшей формы в виде диска, конуса, втулки, чечевицы и т.п. Достоинства: высокая точность размеров и большая производительность. Недостатки: неравномерность проницаемости и ограниченность форм и размеров.

Для увеличения пористости и облегчения прессования труднопрессуемых порошков к металлическим порошкам добавляют специальные наполнители, удовлетворяющие следующим требованиям: не быть гигроскопичными, не разлагаться при комнатной температуре, не вступать в химическое взаимодействие с металлическим порошком во время смешивания и прессования, разлагаться при температуре меньшей температуры спекания, не оставлять продуктов разложения в порах заготовки после спекания. В качестве наполнителя используют поливиниловый спирт, парафин, двууглекислый аммоний, четыреххлористый аммоний и др. Количество наполнителя обычно составляет от 3 до 10% к массе металлического порошка.

Гидростатическое или гидродинамическое прессование заключается во всестороннем обжатии жидкостью металлического порошка, заключенного в металлическую оболочку. Этими методами удается получить пористые материалы в виде длинных труб, труб с донышком и фланцем с равномерной пористостью. Обычно давление прессования составляет 100-200 МПа. Достоинства: получение тонкостенных изделий и изделий больших размеров, равномерное распределение пористости. Недостатки: невысокая производительность.

Методом мундштучного прессования изготавливают пористые трубы диаметром до 100 мм и длиной до 1 м с пористостью 50–60%. Для этой цели подготавливают шликер из порошка на крахмальном клейстере. Суспензию экструдируют под прессом в трубу необходимого диаметра и длины. После сушки трубы спекают в защитной атмосфере. Недостатком метода является необходимость введения пластификатора и ограниченность формы.

В промышленности используется метод формования металлических порошков прокаткой. Этот процесс состоит в непрерывном уплотнении порошка между вращающимися валками. По сравнению со статическим прессованием прокаткой можно получить изделия больших размеров по длине и ширине. Кроме того, мощность станов для прокатки меньше мощности прессов, а производительность их выше.

Свободная засыпка порошка в форму – простейший способ формования ППМ без приложения давления. Для лучшего заполнения форм порошком, устранения "арочного эффекта", а также с целью получения ППМ с равномерной пористостью форму пои засыпке подвергают вибрации (вручную или на вибровстряхивателе). Основное требование к материалу формы – отсутствие взаимодействия с материалом порошка при температуре спекания. Для порошков цветных металлов применяют стальные или графитовые формы, а для черных металлов - керамические. Предотвращению припекания частиц порошка к стенкам формы способствует их покрытие подходящей суспензией, например, глинозема с водой и последующей сушке. Теоретически габариты заготовок, сформованных свободной засыпкой порошка в формы, не ограничены - они определены размерами пространства печей спекания.

Шликерное литье – это формование путем заливки шликера, представляющего собой однородную концентрированную суспензию порошка в жидкости, в пористую форму с последующей сушкой. Как правило, шликером наполняют гипсовую форму, являющуюся негативом требуемой конфигурации.

Свойства металлических порошков обычно предопределяют их поведение при спекании. Так, на спекание порошков влияют величина и форма частиц порошка, состояние поверхности, содержание оксидов. Температура спекания, как правило, составляет 0,6-0,9 температуры плавления. Время спекания изменяется в довольно широких пределах (от нескольких минут до нескольких часов) и зависит от состава и плотности материала, размеров спекаемых изделий, конструкции печи и т.д.