Свойства инструментальной керамики с добавками ультрадисперсных оксидов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
В°ния плазмы.
Процесс ЭРС характеризуется некоторыми особенностями:
)генерирование локальной разрядной плазмы и ее влияние на тепломассоперенос;
2)совокупное влияние параметров внешних полей - силового и электрического - на уплотнение и фазообразование в порошковой системе;
)влияние электрического тока в поверхностных слоях проводников, полупроводников или изоляторов на уплотнение;
4)быстрый объемный нагрев-охлаждение, возможность избежать больших температурных градиентов.
Первая особенность, в значительной степени гипотетическая, рассматривается как средство активации консолидации дисперсных частиц разных материалов. Второй эффект обусловлен как внешней нагрузкой, так и напряжениями, возникающими вследствие действия азимутального магнитного поля. Третье воздействие важно для материалов с наноструктурой, поскольку площадь поверхности электро- и массопереноса очень велика. Четвертый фактор свидетельствует об эффективности термообработки, и, как показывает практика, этот фактор полезен для спекания наночастиц, поскольку позволяет сократить время спекания.
Так как ЭРС относится к скоростным процессам спекания, необходимым условием эффективности является однородность нагрева образца. Не требуется значительной теплоизоляции, нагревательных элементов, а графитовая матрица непосредственно нагревается прямым пропусканием электрического тока. Эти условия позволяют проводить процесс с быстрыми нагревом и охлаждением. Новые материалы были получены из порошков керамики, металлов, полимеров и полупроводников, т. е. независимо от природы химической связи и типа проводимости. Некоторые из них нельзя приготовить без ЭРС. Например, керамику карбида вольфрама и нитрида алюминия можно спечь по методу ЭРС без активирующих добавок.
В литературе встречается иной термин - спекание, ускоренное электромагнитным импульсом [Field Assisted Sintering Technology (FAST)], который является полным аналогом методов консолидации под воздействием электрического тока. В настоящее время разработчики FAST объединяют упомянутые выше резистивное спекание, ГП и процессы, осуществляемые при больших энергиях и скоростях, такие, как магнитодинамическое компактирование (МДК), ЭРС, в общем, FAST.
За исключением МДК и ЭРС в этих методах используют пропускание электрического тока для резистивного нагрева образца. В ЭРС и FAST активация достигается за счет электрических разрядов. Основное различие между ЭРС и FAST, согласно патентным формулам, состоит в разном количестве разрядов, активирующих усадку: один стартовый разряд проводят в методе ЭРС и множественные разряды сопровождают весь процесс уплотнения в режиме FAST. В процессе FAST используется импульсный постоянный ток (импульсы продолжительностью 3,3 мс и интенсивностью от 0,5 до 10 кА) от начала до конца цикла спекания. В процессе ЭРС импульс постоянного тока пропускают через образец при комнатной температуре за короткое время, а затем пропускают постоянный ток непрерывно до окончания процесса. Эту процедуру чаще всего в литературе называют "одноцикловый импульсный процесс" с типичной продолжительностью импульса 30-60 мс силой тока 1000 А. В некоторых редких случаях импульсы постоянного тока повторяются на протяжении процесса спекания, тогда процедуру называют "многоцикловый импульсный процесс". В процессах электроконсолидации могут использоваться токи различных типов (постоянный, импульсный постоянный, переменный ток), что делает систему гибкой в отношении энергообеспечения процесса.
Оборудование для ЭРС включает в себя пресс и электроразрядное устройство. Графитовые пресс-форма и пуансоны используют для компактирования порошка. Применение графита ограничивает диапазон рабочего давления значением 100 МПа. Аппарат ЭРС может быть укомплектован камерами для работы в вакууме и инертной атмосфере. Процесс консолидации проходит в две стадии: начальная активация посредством пропускания импульса тока через образец и последующее нагревание при воздействии постоянного, переменного или импульсного тока. Эти стадии можно выполнить последовательно или одновременно. Типичный импульс тока осуществляют при невысоких напряжениях - до 10 В и токах от 600 до 1000 А. В машинах ЭРС используют выпрямители переменного тока для получения стабильного импульса постоянного тока. Результирующие импульсы тока - прямоугольные при включении и выключении. Продолжительность каждого импульса составляет от 1 до 300 мс. На второй стадии, когда происходит обычное спекание, применяют постоянный или переменный ток, значение которого определяется свойствами порошка. Проводящие порошки разогреваются вследствие электрорезистивного нагрева. Импульсы постоянного тока могут быть использованы до нагрева и в течение всего цикла нагрева. Для непроводящих порошков нагревание идет от матрицы и пуансонов. В этом случае и матрица, и пуансоны нагреваются ввиду их собственного электросопротивления. На второй стадии консолидации давление может изменяться по определенному закону, зависящему от вещества, которое спекают. Иногда начальное давление невысокое - около 10-15 МПа и постепенно увеличивается по мере спекания. Полный цикл от загрузки порошка до выталкивания изделия длится менее 10 мин.
В нашей систематизации процессов консолидации под давлением электроразрядное спекание отнесено к методам одноосного сжатия. Несмотря на то, что метод использует одноосное сжатие, неспеченные заготовки сложной геометрии можно подвергать "псевдоизост