Спекание с участием жидкой фазы, реагирующей с твердой фазой

Карты окрестностей:
- Юго-Запада СПб и Красного села
- г. Ломоносова
- г. Петродворца

Информация
Проект ЛКАД
Фото г. Ломоносова
Партнерские ссылки

Спекание с участием жидкой фазы, реагирующей с твердой фазой

Другим совершенно отличным процессом, который приводит к уплотнению, является спекание в присутствии жидкости, реагирующей с твердой фазой. В данном случае мы рассмотрим системы, в которых

растворимость твердой фазы в жидкости при температуре обжига в известной степени ограничена. Существенная часть процесса спекания заключается в этом случае в растворении и последующей кристаллизации твердой фазы, что сопровождается увеличением размера зерен и уплотнением. Процессы такого рода протекают в керметах, например в связанных карбидах, а также в окисных системах, в которых жидкая фаза имеет небольшую вязкость и реагирует с твердой фазой. К последним, например, относятся MgO с небольшим количеством жидкой фазы, U02 с добавкой небольших количеств ТЮ2, а также высокоглиноземистые массы, содержащие в качестве связки щелочные и щелочноземельные силикаты.

Изучение большого числа систем показывает, что для быстрого протекания уплотнения необходимо иметь заметное количество жидкой фа-зы, заметную растворимость твердой фазы в жидкой и полное смачивание твердой фазы жидкой. Спекание обычно протекает в три стадии. Первая стадия сопровождается образованием жидкой фазы с небольшой вязкостью и изменением ориентации частиц под влиянием сил по-верхностного натяжения, что приводит к более плотной упаковке частиц. Эта стадия может привести к полному завершению уплотнения, если объем жидкой фазы, присутствующей в системе при температуре спекания, достаточен для заполнения промежутков между частицами. Во второй стадии происходит увеличение плотности за счет процессов растворения и вторичной кристаллизации твердой фазы. При этом растворя-ются участки зерен, находящиеся в контакте, в результате чего центры зерен сближаются. Наконец, третья стадия приводит к завершению про-цессов рекристаллизации и роста зерен за счет формирования жесткого скелета. Эта последняя стадия особенно важна в том случае, когда жид-кость не полностью смачивает твердую фазу. Если жидкая фаза не полностью заполняет промежутки между частицами, то действие ее в отно-шении облегчения спекания малоэффективно.

В общем, процесс отделка фасадов может быть понят наилучшим образом при рас-смотрении двух частиц, только что пришедших в контакт. Капля жидкости между частицами имеет небольшой отрицательный радиус кривизны, за счет которого в жидкой фазе возникает отрицательное давление по отношению к твердым частицам. Эта сила заставляет частицы сближаться, в результате чего в точке контактам тонком слое жидкости с толщиной а, остающейся между частицами, развивается значительное напряжение сжатия. За счет этого растворимость вещества в указанной точке увеличивается, о чем уже говорилось в_главе 7. Следовательно, материал в контактной точке между центрами частиц стремится растворяться и диффундировать от этой точки в пленку жидкости между частицами, что и приводит в конечном итоге к уплотнению.

Общий вид кривых зависимости усадки от времени в этом процессе подобен тому, а.

Анализ выражения позволяет решить, какого рода контроль необходим для управления указанным процессом. Прежде всего опреде-ленное значение, как и во всех процессах спекания, имеет исходный размер частиц. Однако в случае спекания в присутствии жидкой фазы, реа-гирующей с твердой фазой, рост твердых частиц оказывает незначительное влияние на скорость уплотнения, поскольку главной движущей силой процесса является уменьшение, упругости пара на поверхности раздела жидкость — пар. Поэтому скорость уплотнения контролируется не размером частиц, а размером пор в жидкой фазе. Указанное положение существенным образом не изменяется в течение всего процесса спекания, даже если и происходит значительный рост зерен твердых частиц. Большое значение имеет температура, поскольку она оказывает влияние на величину коэффициента диффузии в жидкой фазе. В жидкостях с низкой' вязкостью энергия активации мала, и вязкость незначи-тельно меняется с температурой. Следовательно, скорость уплотнения в указанном процессе меньше зависит от температуры, чем при твердо- фазовом спекании или при спекании с участием жидкой фазы, не реагирующей с твердой фазой. Поэтому регулирование температуры в про-цессе спекания не вызывает больших трудностей, и с этой точки зрения указанный процесс легче контролировать. Однако и в этом случае при-сутствие чрезмерного количества жидкой фазы с очень низкой вязкостью может привести к размягчению и деформации изделий. Следовательно, общее количество жидкой фазы должно поддерживаться небольшим; Трудности, которые могут возникнуть в этом случае, обычно связаны с изменениями в составе, вызванными плохим смешиванием или плохим контролем при составлении массы. Поэтому для получения удовлетворительных результатов в системах, в которых механизм спекания определяется жидкой фазой, реагирующей с твердой фазой, указанным технологическим операциям следует уделять соответствующее внимание.