Spiekanie: Różnice pomiędzy wersjami
| [wersja nieprzejrzana] | [wersja nieprzejrzana] |
Usunięta treść Dodana treść
m robot pomaga w ujednoznacznieniu Ziarno |
m ort. |
||
Linia 1:
'''Spiekanie proszków ceramicznych i/lub metalicznych''' jest zjawiskiem zachodzącym samorzutnie wraz z podniesieniem [[temperatura|temperatury]], którego kierunek jest ustalony przez spadek [[entalpia swobodna|entalpii swobodnej]], towarzyszący zmniejszeniu się [[rozwinięcie powierzchni|rozwinięcia powierzchni]] swobodnych układu. Dzięki temu zbiór stykających się ze sobą drobnych ziaren wiąże się wzajemnie po podgrzaniu do odpowiedniej temperatury niższej od potrzebnej do ich stopienia (0,4-
==Dyfuzja powierzchniowa==
W przypadku [[dyfuzja powierzchniowa|dyfuzji powierzchniowej]] mamy do czynienia z chaotycznym ruchem pojedynczych atomów i/lub [[defekt powierzchniowy|defektów]] znajdujących się na powierzchni ziaren. Zakres dyfuzji powierzchniowej i jej wpływ na przebieg spiekania zależy nie tylko od temperatury i znacznego [[rozwinięcie powierzchni|rozwinięcia powierzchni]] w [[układ|układzie]]. Decyduje o tym także chemiczny stan powierzchni ziaren. Rola tego [[proces|procesu]] jest szczególnie istotna w przypadku spiekania [[proszek|proszków]] [[substancja|substancji]] o [[wiązanie kowalencyjne|wiązaniach kowalencyjnych]], gdzie aż do bardzo wysokich temperatur jedynym znaczącym mechanizmem dyfuzji jest właśnie dyfuzja powierzchniowa. Dodatkowo, dyfuzja powierzchniowa powoduje przekształcenie się początkowych kontaktów punktowych w kontakty [[faza|fazowe]] między ziarnami, to jest kontakty o większym rozwinięciu powierzchni. W wyniku tego w zbiorze ziaren wykształca się sieć mniej lub bardziej cylindrycznych [[por|porów]], co wywołuje stan równoważny poddaniu układu zewnętrznemu [[ciśnienie|ciśnieniu]] [[ciśnienie hydrostatyczne|hydrostatycznemu]].
==Przegrupowanie ziaren==
Występowanie [[naprężenia ściskające|naprężeń ściskających]], w miejscach kontaktu ziaren, zarówno w nieobecności jak i obecności [[faza ciekła|fazy ciekłej]], są przyczyną występowania kolejnego ze zjawisk, mianowicie transportu masy drogą przemieszczania się całych ziaren, które prowadzi do przegrupowania ich zbioru. Jest to możliwe, jeśli ziarna ulegną przegrupowaniu przyjmując bardziej gęste ułożenie. Wystąpienie tego procesu tłumaczy, zatem racjonalnie znaczny przyrost [[skurcz|skurczu]] obserwowany w pośrednich stadiach spiekania.
==Dyfuzja objętościowa i po granicy ziaren==
Występowanie [[gradient|gradientu]] [[stężenie|stężenia]] [[wakancja|wakancji]] powoduje zaistnieje skierowanego znoszenia wakancji zgodnego z udziałem tegoż
Ponieważ w ten sposób masa zapełnia pory, za pomocą tego mechanizmu możliwe jest osiągnięcie stanu spieku [[polikryształ|polikrystalicznego]] niezawierającego porów. Po zapoczątkowaniu procesu [[dyfuzja|dyfuzji]] gradient stężenia wakancji, a tym samym i strumień, uległby zmniejszeniu, a proces zbliżania się środków ziaren zahamowaniu, gdyby w układzie nie istniały stałe źródła wytwarzające wakancje w pobliżu wklęsłej powierzchni szyjki, a w pobliżu środka kontaktów międzyziarnowych- miejsca, w których wakancje ulegają zniszczeniu. Istnienie tych źródeł i upływów utrzymuje w toku całego procesu określony gradient stężenia wakancji, a proces dyfuzji i tym samym proces zbliżania się środków ziaren do siebie osiąga pewien stan ustalony. Na przebieg omawianych procesów istotny wpływ ma droga transportu masy. W rachubę wchodzi [[dyfuzja objętościowa|dyfuzja poprzez objętość]] ziaren lub wzdłuż [[granica międzyziarnowa|granic międzyziarnowych]]. Ogólnie biorąc, dyfuzja na granicach ziaren dominuje nad dyfuzją objętościową do temperatury rzędu 0,5- 0,6 bezwzględnej [[temperatura topnienia|temperatury topnienia]] danego [[związek chemiczny|związku]].
==Wpływ fazy ciekłej na spiekalność układu==
Jeżeli podczas spiekania w układzie tworzy się [[faza ciekła]], to może być ona również siłą sprawczą zbliżania się centrów ziaren do siebie. Wyróżnia się dwa zasadniczo odmienne przypadki wpływu fazy ciekłej, mianowicie: i) spiekanie w obecności cieczy niezwilżającej lub słabo zwilżającej stałe ziarna, a także niepenetrującej pomiędzy nie, ii) spiekanie w obecności cieczy dobrze zwilżającej i najczęściej zdolnej do rozpuszczania w sobie fazy stałej.
Linia 13 ⟶ 16:
==Przenoszenie masy poprzez fazę gazową==
Jeżeli spiekanie odbywa się w bardzo wysokich temperaturach, to w spiekających się układach występować mogą niepomijalne [[prężność|prężności]] lotnych produktów [[dysocjacja|dysocjacji]] termicznej, [[sublimacja|sublimacji]], [[utlenianie|utleniania]] i/lub redukcji faz stałych i ciekłych. Umożliwia to przenoszenie masy poprzez [[faza gazowa|fazę gazową]]. Szczególnie tworzenie się lotnych niższych tlenków, może prowadzić do znacznego przenoszenia masy poprzez fazę gazową. Mniejsze znaczenie dla przenoszenia masy tą drogą ma natomiast tworzenie się niższych węglików, ponieważ są one mało lotne w temperaturach spiekania.
==Rozrost ziaren==
Doświadczenie wskazuje, że istotną rolę w eliminacji porów w toku spiekania odgrywa również proces [[rozrost ziaren|rozrostu ziaren]]. Prowadzi on do powiększania [[udział objętościowy|udziału objętościowego]] [[por|porów]] o [[liczba koordynacyjna|liczbie koordynacyjnej]] wystarczająco małej, aby wykazywały tendencję do samorzutnego zmniejszania swojej objętości podczas spiekania.
==Spiekanie w układach wieloskładnikowych==
Gdy spiekające się ziarna nie są złożone z jednej tylko [[faza|fazy]], dla przebiegu spiekania istotne znaczenie mogą mieć zmiany [[potencjał termodynamiczny|potencjału termodynamicznego]] związane z [[reakcja chemiczna|reakcjami chemicznymi]]. Ogólnie mówiąc, spiekalność takich układów jest gorsza niż każdego ze składników z osobna. Kierunek zmiany określony jest znacznie większym spadkiem [[entalpia swobodna|entalpii swobodnej]] układu spowodowanym [[reakcja chemiczna|reakcją chemiczną]] lub rozpuszczaniem się w stanie stałym niż w skutek zmniejszania się [[rozwinięcie powierzchni|rozwinięcia powierzchni]] pod wpływem sił kapilarnych. W związku z tym [[dyfuzja]] odbywa się tu przede wszystkim w kierunku zapewniającym dopływ substratów do strefy reakcji. Tylko w znikomym stopniu zachodzi charakterystyczny dla spiekania transport materii z centrum kontaktu ziarna do obwodu szyjki, w związku z tym zbliżanie się środków ziaren zahamowane zostaje już na samym początku procesu. A tym samym obserwuje się pęcznienie ziaren, których materia dyfunduje wolniej, oraz kurczenie się tych, których materia wykazuje większą ruchliwość.
==Spiekanie pod ciśnieniem==
Przyłożenie zewnętrznego obciążenia do ogrzewanego porowatego zbioru ziaren spowoduje wystąpienie w porównaniu ze spiekaniem swobodnym dodatkowego skurczu. Racjonalnym wyjaśnieniem tego efektu jest wywołanie poprzez te obciążenia poślizgu ziaren po ich granicach z przyjęciem gęstszego ich ułożenia. Wystąpienie poślizgu jest najbardziej prawdopodobne w otoczeniu dużych porów, które wytwarzają większą pustą przestrzeń dla przemieszczeń ziaren, co pozwala uzyskać duże gęstości spieków bez towarzyszącego im rozrostu ziaren. Spiekanie pod ciśnieniem jest, więc techniką łączącą spiekanie swobodne z jednoczesnym prasowaniem proszków. Ze względu na sposób przykładania ciśnienia można wyróżnić spiekanie pod obciążeniem: jednoosiowym (ang. Hot Pressing HP), izostatycznym (Hot Isostatic Pressing HIP). W przypadku [[substancja chemiczna|substancji]] o [[wiązanie kowalencyjne|wiązaniu kowalencyjnym]] metoda spiekania pod ciśnieniem umożliwia otrzymanie gęstych [[polikryształ|polikryształów]], trudnych lub niemożliwych do uzyskania drogą spiekania swobodnego.
==Spiekanie mikrofalowe==
W metodzie tej wykorzystuje się działanie [[promieniowanie mikrofalowe|mikrofal]] dzięki czemu można uzyskać wysoką jednorodność nagrzania spiekanego elementu. Metoda ta, mimo wielu zalet, nadal jest eksperymentalną techniką spiekania.
| |||