Феноменологическое описание процесса спекания

. (5.12)

Уравнение (5.11) содержит две феноменологические константы, q и n. Величина q, имеющая размерность [с^-1], характеризует скорость усадки в момент начала изотермического спекания, то есть. исходную активность; безразмерная константа п – интенсивность падения скорости в процессе спекания, т.е. величину, связанную со скоростью залечивания искажений в решетке порошков (падение активности).

Эмпирическое правило постоянства относительного сокращения объема пор является удачным выражением того явления, что скорость усадки прессовки тем выше, чем более она удалена от равновесия по совокупности характеризующих ее параметров (пористость, дефекты решетки и др.).

Многочисленные опыты, выполненные с порошками меди, никеля и корунда, свидетельствуют о том, что уравнение (5.12) описывает кинетику усадки в изотермическом режиме (рис. 5.6).

На основании обработки результатов большого количества дилатометрических измерений в прямолинейной зависимости между и lg t (рис. 5.7), предложено кинетическое уравнение

, (5.13)

где a = V₀ / V_н.

Фигурирующие в уравнении (5.13) константы q и n, разумеется, не совпадают с соответствующими константами уравнения (5.12), однако они имеют то же толкование.

Рис. 5.6. Зависимость от по данным опытов с прессовками из порошков меди

Предложено феноменологическое описание кинетики ранней стадии усадки прессовок из «активных» порошков; это описание построено на результатах обработки кинетических кривых, полученных в опытах со ступенчатым режимом нагревания прессовок меди и корунда.

Рис. 5.7. Зависимость от lg t по данным опытов с прессовками
из порошков никеля. Т = 1000 °С

Прессовки в дилатометре нагревали скачкообразно, так что в дилатометрическом опыте постоянными были температурный скачок (Δ T) и длительность остановки на температурной ступени (t ₀). Типичные кинетические кривые, полученные в опытах со ступенчатым нагреванием, изображены на рис. 5.8.

Значительное достоинство методики ступенчатого нагревания, когда условия изотермического спекания устанавливаются за несколько секунд, заключается в том, что кинетические кривые изотермической усадки практически не искажены процессами, происходящими при нагреве. На каждой температурной ступени линейная усадка описывается законом:

. (5.14)

Обсуждаемая в данном разделе взаимосвязь между кинетикой усадки и наличием искажений в решетке порошков отчетливо проявляется в опытах по спеканию прессовок из металлических порошков в режиме циклического изменения температуры.

Характерная дилатометрическая кривая циклического спекания, которая является результирующей кривых, описывающих два процесса – термическое расширение (или сжатие) и усадку, представлена на рис. 5.9. Описаны сравнительные опыты, в которых одна из двух одинаковых прессовок из порошка титана (начальная пористость П = 0,38) спекалась в изотермическом, а другая – в циклическом режимах. Циклический режим состоял из десятикратного нагревания до 1100 °С и

Рис. 5.8. Кривые усадки прессовок из порошка меди гальванического происхождения в режиме ступенчатого нагревания. Δ Т = 100 °С; t₀ – длительность остановки на температурной ступени

охлаждения до 800 °С. Общее время такой обработки – 16 ч. Изотермическое спекание проводили по режиму: Т = 1100 °С, t = 16 ч. После циклического обжига пористость оказалась равной П = 0,09; после изотермического – п = 0,27.

Значительное увеличение суммарной усадки в циклическом режиме спекания происходит в связи с тем, что в режиме охлаждения, которое проводится со значительной скоростью (≈50 K/мин),в решетке порошков возникают искажения, которые иприводят к увеличению скорости усадки во время последующего нагревания.

Рис. 5.9. Дилатометрическая кривая усадки прессовок из порошка титана в циклическом режиме. Цифрами обозначены номера циклов

Увеличение скорости усадки может быть достигнуто и в изотермическом режиме, если в процессе спекания прессовка будет подвержена воздействию, например, ультразвуковых колебании. Возможная причина этого явления заключается в том, что под влиянием ультразвуковых колебании дислокации могут освобождаться от стопоров и становиться подвижными.