17.3. Спекание металлокерамических изделий

Прессованием порошка получить изделия достаточной прочности невозможно. На поверхности частиц порошка образуются оксиды и всегда имеются загрязнения, препятствующие возникновению металлических контактов. В силу упругих свойств частиц порошка достаточно велико их сопротивление деформированию. Поэтому для повышения прочности и твердости изделий заготовки подвергают спеканию.

Операция спекания состоит в нагреве и выдержке заготовок при температурах, составляющих 0,7…0,8 температуры плавления основного компонента спекаемой композиции. Например, температура спекания изделий из медного порошка 840…890?С. Средняя продолжительность выдержки составляет от 1 до 2 часов.

При спекании заготовок протекают такие сложные физико-химические процессы, как диффузия, восстановление поверхностных оксидов, рекристаллизация и др. Спекание сопровождается обычно некоторым уплотнением заготовок, которое зависит от дисперсности исходного порошка, температуры и продолжительности спекания. При спекании снимаются остаточные напряжения в заготовках, изменяются физические свойства и улучшаются механические характеристики. Для предотвращения окисления частиц порошка спекание производят в восстановительной атмосфере (водород, оксид углерода), в атмосфере нейтральных газов (азот, аргон) или в вакууме. Иногда спекание производят в атмосфере воздуха. С повышением температуры и продолжительности спекания увеличиваются усадка, плотность и улучшаются контакты между зернами.

Различают спекание в твердой и жидкой фазах. Спекание в твердой фазе производится при температуре, меньшей температуры плавления компонентов смеси; спекание же в жидкой фазе – при температуре, превышающей температуру плавления одного из нескольких компонентов исходного материала. Спекание в жидкой фазе позволяет получать более плотные изделия за счет активизации капиллярных явлений, приводящих к заполнению пор.

Процесс спекания заготовок в зависимости от температурного режима условно делят на три этапа. На первом этапе (до 150?С) наблюдается некоторое увеличение прочности и незначительная усадка заготовки, что обусловлено испарением адсорбированной воды с поверхности частиц. При этом происходит увеличение электросопротивления и интенсивная релаксация (снятие) остаточных напряжений в заготовке. Второй этап (в интервале от 150?С до 0,5 Тпл) характеризуется дальнейшей релаксацией упругих напряжений, что вызывает изменение площадей контактов и уменьшение площади заготовок.

Третий этап протекает при температурах, несколько превышающих температуры рекристаллизации для данного металла. В этот период спекания происходит сглаживание свободных и контактных поверхностей частиц, контакты между сросшимися зернами расширяются, что приводит к уплотнению изделий.

После спекания порошковые изделия могут подвергаться дополнительной обработке с целью дальнейшего повышения физико-механических свойств, защиты поверхности от коррозии, нанесения декоративных покрытий и придания заготовкам окончательных форм и размеров.

Нагревание заготовок при спекании осуществляют в печах различного типа, работающих периодически или непрерывно.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008