Жидкофазное спекание (часть 3)
Форма зростаючих часток при рідкофазним спіканні стає більше правильною (ограненою, округлої й т.п.), мінімізуючи їхню вільну енергію.
Залежність усадки на цьому етапі тривалості ізотермічної витримки описується співвідношенням Δ V/V ~ τ 1/3 (для сферичних часток), а від лінійного розміру часток – співвідношенням Δ V/V ~ R-4/3.
Механізм розчинення — осадження практично виявляється істотним, коли кількість рідкої фази становить > 5% .
Твердофазне спікання. На заключній стадії рідкофазного спікання істотно зростає число твердих часток, не розділених рідким прошарком, які взаємно припікаються (зростаються) і в порошковому тілі утвориться твердий “кістяк”. До того ж у якийсь момент нагрівання рідка фаза може зникнути. Тоді кінетика усадки буде визначатися закономірностями твердофазного спікання, які розглянуті раніше [10].
Спікання з утворенням рідкої фази, що зникає при нагріванні.
Якщо суміш порошків складається з тугоплавкого компонента А и більше легкоплавкого компонента В, і останній при нагріванні розплавляється й у рідкому стані дифундує в частки компонента А с утворенням твердого розчину або утворить із ним яке-небудь тугоплавке з’єднання, то поки існує розплав спікання є рідкофазним і частки компонента А стягаються силами поверхневого натягу, що проявляється в усадці порошкового тіла.
Типовим прикладом спікання з утворенням рідкої фази, що зникає в процесі нагрівання, може служити виробництво постійних магнітів із суміші порошків заліза, нікелю й алюмінію. Такий сплав звичайно містить 27-28% Ni, 13-14% Аl, інше залізо, причому алюміній уводять у формі здрібненої лігатури, що плавиться приблизно при 1150°С. При температурах спікання вище крапки плавлення лігатури, розплав розподіляється між твердими частками Fe і Ni і дифундує в них з утворенням відповідних потрійних твердих розчинів.
Іншим прикладом систем такого роду можуть служити бронзові (Сu-Sn) і бронзографітові (Сu-Sn-С) композиції, широко застосовувані в техніку як антифрикційні матеріали.
Спікання з утворенням рідкої фази, що присутствують до кінця ізотермічної витримки при нагріванні.
При такому спіканні в процесі ізотермічної витримки система залишається гетерогенної й рідка фаза постійно присутня в порошковому тілі.
Розглянемо це на прикладі системи W-Ni (температура ізотермічної витримки 1500оС) (Рис. 1.24). На стадії 1 показаний вихідний стан моно- і полікристалічних вольфрамових часток, покритих нікелем. Стадія II характеризує процес дезінтеграції полікристалічних часток і інтенсивне механічне перегрупування при розплавлюванні нікелю. Хімічне перегрупування спочатку приведе до коалесценції й росту більших часток вольфраму за рахунок більше дрібних (стадія III), а потім до остаточного ущільнення системи (стадія IV).
Рідка фаза може залишатися в порошковому тілі до кінця нагрівання при температурі спікання й у тому випадку, якщо компоненти А и В взаємно нерозчинні (наприклад, у системі W — Сu).