Жидкофазное спекание (часть 1)   

   Рідкофазним спіканням називається спікання порошкового тіла при температурі, рідкої фази, що забезпечує поява.

   Спікання за участю рідкої фази має широке технічне застосування при виробництві порошкових матеріалів різних типів. При рідкофазним спіканні полегшується розвиток сил зчеплення між окремими частками порошку й може сформуватися Безпориста структура. Для рідкофазного спікання великого значення набуває змочування твердих часток рідкою металевою фазою, мірою якого є величина крайового кута θ (Рис. 1.21):

      cos θ =(σт – σт-ж)/σж,                                  (14)

   де σ т, σт-ж і σ ж – поверхневі енергії на границях роздягнула відповідно тверда частка-газ, тверда частка-рідина й рідина-газ. При повному змочуванні θ = 0°, а при θ більше 90об змочування погане, що утворилася рідка фаза гальмує спікання, перешкоджаючи ущільненню порошкового тіла.

   Рідкі метали добре змочують чисті металеві поверхні й поверхні оксидів, боридів, карбідів і нітридів різних металів, графіту й ін., з якими вони вступають у хімічну взаємодію (крайовий кут змочування звичайно не перевищує 30–40про і часто спостерігається повне змочування).

   Поява рідкої фази при нагріванні пов’язане із плавленням більше легкоплавкого компонента або структурної тридцятимільйонної (наприклад, евтектики) спікаємого матеріалу, а також з “контактним” плавленням, коли рідка фаза виникає при температурі, більше низкою, чим температура плавлення зазначенихих тридцятилітніх порошкового тіла. При цьому механізм спікання за участю рідкої фази залежить від характеру діаграми стану відповідної системи компонентів. Чим краще змочування, тим більші кількості рідкої фази можуть утримуватися в порошковому тілі під час спікання, не випливаючи й не спотворюючи його форми.

   У присутності рідкої фази істотно збільшується швидкість саме- і гетеродифузії атомів, що прискорює сплавоутворення, і полегшується переміщення твердих часток відносно один одного, сприяючи заповненню пор речовиною. У зв’язку із цим при рідкофазним спіканні можна забезпечити одержання практично безпористих порошкових виробів. Ступінь ущільнення істотно більше, ніж при твердофазному спіканні багатокомпонентних систем.

   Розрізняють спікання з рідкою фазою, що зникає незабаром після її появи (хоча нагрівання триває) внаслідок розчинення у твердій фазі порошкового тіла або утворення з її участю яких-небудь більше тугоплавких фаз, і спікання з рідкою фазою, що є присутнім до кінця ізотермічної витримки при нагріванні. У кожному разі обсяг рідкої фази, що утвориться при нагріванні, повинен становити від 3-5 до 50% (оптимально 25-35%). Якщо рідкої фази буде більше 50% по обсязі, то при спіканні може змінитися форма порошкової заготівлі; при надмірно малій кількості рідкої фази не можна повною мірою використовувати всі переваги рідкофазного спікання, тому що її обсяг буде недостатнім для забезпечення необхідної активності протікання відповідних процесів, що супроводжують нагрівання порошкового тіла.