Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
го спекания. Во-первых, это может способствовать увеличению общей массы жидкой фазы в системе. Во-вторых, может привести к тому, что процесс уплотнения спекающегося тела не прекращается в момент максимального стягивания твердых зерен, так как растворение контактных участков допускает дальнейшее сближение зерен. Наконец, поскольку мелкие зерна спекающегося тела более растворимы в жидкости, чем крупные (растворимость зависит от степени кривизны поверхности), процесс взаимодействия расплава с частицами твердой фазы приводит к их перераспределению по размерам, выражающемуся в укрупнении средних размеров зерен твердой фазы.
2.4. СПЕКАНИЕ ЗА СЧЕТ ПРОЦЕССА ИСПАРЕНИЕ — КОНДЕНСАЦИЯ
Этот вид спекания происходит в результате испарения (возгонки) твердого вещества с одной поверхности зернистого тела, переноса вещества через газовую фазу и последующей его конденсации на другой поверхности. Механизм подобного переноса вещества с 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) конденсированной 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 механизму испарение — конденсация. При соприкосновении зерен между ними образуется 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 материала. 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 ^2/з — время).
Рис. 98. Схема спекания за счет процесса испарение — конденсация:
стрелками показано направление переноса вещества через газовую фазу
343
342
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 Б1С, 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.
2.5. СПЕКАНИЕ ЗА СЧЕТ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Это спекание можно рассматривать как разновидность твердо-фазового спекания (хотя в принципе оно может осуществляться и при наличии жидкой фазы). Однако в отличие от последнего, при котором спекающееся тело подвергается действию только температуры, при спекании за счет пластической деформации спекающееся тело подвергается одновременному воздействию температуры и внешнему давлению (прессованию), т. е. подвергается так называемому горячему прессованию.
Механизм этого вида спекания заключается в том, что нагретое до высокой температуры кристаллическое тело под действием давления приобретает способность к достаточно интенсивной пластической деформации (вязкому течению), за счет чего происходит перераспределение вещества с заполнением пор. Кроме того, в этом виде спекания участвует (особенно на конечной стадии) и диффузионный механизм переноса вещества. Приложение давления вызывает появление в кристаллическом теле внутренних напряжений, что способствует увеличению перепада концентраций вакансий и, следовательно, усилению диффузионного механизма переноса вещества.
Спекание за счет пластической деформации весьма эффективно,
