Билет №22
1). Механизм процессов жид.ф. спекания, спекания за счет испарения-конденсации, за счет пластической деформации и реакционного спекания- Особенности спекания за счет процесса испарение-конденсация и условия, необходимые для протекания этого вида спекания. Условия жидкостного спекания.
1)Жидкофазное спекание
С
пекание
с участием жидкой фазы (расплава),
образующейся в твердом зернистом теле
за счет плавления относительно легко
плавких примесей, специально вводимых
добавок (плавней) или за счет возникновения
эвтектик, весьма распространено в
технологии производства различных
силикатных материалов. Можно выделить
два вида жидкостного спекания: 1) когда
при спекании взаимодействия жидкой и
твердой фаз не происходит; 2) когда такое
взаимодействие происходит и проявляется
в растворении твердой фазы в расплаве.
Строго говоря, в реальных процессах
силикатной технологии первый вид
практически не встречается, поскольку
в той или иной степени жидкая фаза всегда
взаимодействует с твердой. Однако часто
это взаимодействие является небольшим
и не влияет существенно на процесс
спекания. По этому сначала будет рассмотрен механизм жидкостного спекания без учета взаимодействия расплава и твердой фазы.
Представим себе два твердых зерна (рис. 97), между которыми находится прослойка жидкости. Когда зерна расположены близко друг к другу, пространство между ними можно рассматривать как капилляр с находящейся в нем жидкостью. Если жидкость смачивает зерна (а хорошее смачивание — обязательное условие жидкостного спекания), то в месте перехода от зерна к зерну образуется вогнутый мениск жидкости с небольшим отрицательным радиусом кривизны г. Как известно, на жидкость в капилляре за счет поверхностного натяжения действует капиллярное давление, которое всегда направлено в сторону центра кривизны (величина этого давления может оказаться весьма значительной, достигающей нескольких МПа). При вогнутом мениске центр кривизны (точка О' на рис ) находится вне жидкости, поэтому капиллярное давление поднимает жидкость в капилляре, т. е. вытягивает жидкость из области контакта между зернами в поры (пространство между зернами), которые постепенно заполняются жидкостью. Избыточное капиллярное давление ∆р, вытягивающее жидкость из пространства между зернами, можно оценить из выражения:
∆р=σ( 1/r -1/R)
где σ — поверхностное натяжение на границе жидкость — газ; г — радиус кривизны жидкости; R — радиус кривизны твердой фазы (зерна).
Если жидкости достаточно, этот процесс приводит к заполнению пор и стягиванию зерен друг к другу (усадке), в результате чего после охлаждения обжигаемого тела образуется плотная спекшаяся масса.
Спекание за счёт процесса испарение- конденсация.
Э
тот
вид спекания происходит в результате
испарения (возгонки) твердого вещества
с одной поверхности зернистого тела,
пере носа вещества через газовую фазу
и последующей его конденсации на другой
поверхности. Механизм подобного переноса
вещества с одной поверхности на другую
связан с различием в величине упругости
пара над поверхностями с разной кривизной.
В частности, упругость пара над выпуклой
поверхностью (над поверхностью с
положительным радиусом кривизны)
конденсирован ной фазы больше, чем над
вогнутой поверхностью (над поверхностью
с отрицательным радиусом кривизны) той
же фазы.
На рис. 98 приведена схема спекания двух соприкасающихся сферических частиц по мех-му исп-конд.
При соприкосновении зерен между ними обр-ся перемычка с вогнутой поверхностью с небольшим отрицательным радиусом кривизны,
упругость пара над которой меньше, чем над выпуклой поверхностью зерен. Поэтому при температуре, достаточной для возгонки твердой фазы, начнется перенос вещества через газовую фазу с поверхности зерен к поверхности перемычки и конденсация вещества на ней. За счет этого будет происходить увеличение площади контакта между зернами и повышение прочности мате риала. По мере расширения перемычки ее радиус кривизны будет увеличиваться, а кривизна уменьшаться, что будет приводить к уменьшению разницы в упругости пара над поверхностью зерен и перемычки. В результате этого процесс переноса вещества будет замедляться. Установлено, что при изотермическом процессе скорость роста площади контакта между зернами пропорциональна t2-/3 ( t- время).
Особенности:
Процесс испарение — конденсация может играть заметную роль при спекании только таких веществ, которые достаточно интенсивно возгоняются при высокой температуре, т. е. имеют достаточно высокую упругость пара (порядка 1...10 Па). Для многих материалов, в частности для большинства тугоплавких оксидов, упругость пара при температурах их обжига недостаточна для протекания спекания по механизму испарение — конденсация, поэтому этот вид спекания для них не характерен. Однако такой, например, материал, как SiC, имеет при 2200...2400 °С достаточно высокую упругость пара (10...100 Па), и поэтому процесс его спекания через газовую фазу протекает весьма интенсивно.
Спекание за счет процесса испарение — конденсация отличается по некоторым признакам от других видов спекания, что обусловлено особенностями механизма этого процесса. При этом виде спекания вещество не перераспределяется из области контакта между зернами и из их внутренних частей, а переносится только с поверхности зерен на поверхность перемычки между ними. Следствием этого является то, что центры зерен при спекании практически не сближаются, т. е. ощутимая усадка отсутствует, а общая пористость материала не уменьшается (происходит только перераспределение пор по размерам и изменение их формы). Этот вид спекания не сопровождается существенным уплотнением материала, хотя прочность спекающегося тела за счет увеличения контактов между зернами повышается.