- •Введение
- •Глава 1. Производство металлических порошков
- •1.1. Предыстория порошковой металлургии
- •Современные тенденции развития и задачи порошковой металлургии
- •1.2. Общие положения
- •1.3. Механическое измельчение твердых материалов
- •1.4. Восстановление химических соединений металлов
- •1.5. Электролиз
- •Химический состав (%) и насыпная плотность (г/cм3)
- •1.6. Термическая диссоциация карбонилов
- •1.7. Термодиффузионное насыщение
- •1.8. Межкристаллитная коррозия
- •1.9. Испарение – конденсация
- •1.10. Производство порошков металлоподобных тугоплавких соединений
- •1.10.1. Восстановительные процессы и прямой синтез из элементов
- •Температура плавления и микротвердость некоторых карбидов, боридов и силицидов
- •1.10.2. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез
- •1.10.3. Золь-гель процесс
- •1.11. Распыление металлических расплавов
- •1.11.1. Разрушение струи жидкости
- •1.11.2. Скорость охлаждения расплава при распылении
- •1.11.3. Формообразование распыленных частиц
- •1.11.4. Кристаллизация распыленных частиц
- •Величина переохлаждения у разных металлов
- •1.11.5. Аморфизация расплава
- •Критические скорости охлаждения при аморфизации некоторых расплавов
- •1.11.6. Микроструктура распыленных частиц технических сплавов
- •1.11.7. Технология газового распыления
- •Технологические параметры газового распыления никелевого сплава
- •1.11.8. Технология распыления расплава потоком жидкости
- •Технологические параметры распыления водой расплава
- •1.11.9. Технология центробежного распыления
- •1.11.10. Технология получения порошков-чешуек, нитей и лент
- •Глава 2. Свойства металлических порошков и методы их контроля
- •2.1. Химические свойства
- •Характеристика металлических аэрозолей
- •2.2. Физические свойства
- •2.3. Технологические свойства
- •2.4. Отбор и подготовка проб
- •Глава 3. Формование порошков
- •3.1. Подготовка порошков к формованию
- •3.2. Предварительная обработка порошка
- •5 ‑ Ввод порошка и добавок; 6 ‑ выход смеси
- •3.3. Формование порошка в пресс-формах
- •3.3.1. Общие положения
- •3.3.2. Практика прессования
- •3.3.3. Пресс-формы и прессы
- •3.3.4. Прессование брикетов повышенной плотности
- •3.4. Холодное изостатическое прессование
- •3.5. Шликерное формование
- •3.6. Мундштучное формование
- •3.7. Инжекционное формование
- •3.8. Импульсное формование
- •3.9. Прокатка
- •Глава 4. Спекание порошков
- •4.1. Твердофазное спекание
- •4.2. Жидкофазное спекание
- •4.3. Практика спекания
- •4.3.1. Атмосферы спекания и защитные засыпки
- •4.3.2. Печи для спекания
- •Свойства материалов для нагревательных элементов
- •4.3.3. Брак при спекании и его предупреждение
- •Глава 5. Способы производства беспористых порошковых изделий
- •5.1. Общие положения
- •Механические свойства порошковых конструкционных сталей в зависимости от пористости
- •5.2. Инфильтрация
- •5.3. Горячее прессование
- •5.4. Горячее изостатическое прессование
- •5.5. Горячая экструзия
- •Состав и содержание газов, выделившихся из порошка быстрорежущей стали при нагреве в вакууме
- •5.6. Горячая штамповка
- •5.7. Компьютерное моделирование
- •5.7.1. Моделирование процесса уплотнения порошков
- •5.7.2. Моделирование процесса горячей экструзии
- •Глава 6. Изготовление порошковых изделий без форм
- •6.1. Механическая обработка заготовок
- •6.2. Компьютерные технологии
- •6.3. Оспрей - процесс
- •Глава 7. Финишные технологические операции
- •Глава 8. Охрана труда и техника безопасности
- •Библиографический Список
1.9. Испарение – конденсация
Способ основан на переводе компактного металла в парообразное состояние (испарение), и последующем осаждении паров металла на холодную поверхность (конденсация). Над любой, особенно нагретой, поверхностью вещества существует равновесное давление паров этого вещества. При равновесном давлении скорость испарения вещества с поверхности равна скорости конденсации паров вещества на ней. Если нарушить равновесие, введя, например, дополнительно более холодную поверхность, то будет происходить непрерывное испарение вещества с более нагретой поверхности и конденсация паров на холодной поверхности. Скорость такого процесса будет определяться упругостью паров испаряющегося вещества, концентрацией паров этого вещества вблизи холодной поверхности и давлением других газов или паров веществ в окружающем пространстве.
Для конденсации металлического пара в виде дисперсных частиц твердой фазы необходимо обеспечить выполнение двух условий. Во-первых, степень пресыщения металлического пара должна в сто и более раз превышать пороговые значения конденсации пара данного металла. Это условие обеспечивает одновременное и множественное возникновение зародышей центров конденсированной фазы. Во-вторых, в конденсирующиеся металлические пары необходимо ввести нейтральный газ, препятствующий коагуляции частиц. Как первое, так и второе условие сохраняют дисперсное состояние твердой фазы.
Принято различать гетерофазный и гомофазный процессы конденсации металлического пара. Гетерофазный процесс представляет собой зарождение и рост кристаллических частиц на макроскопических дефектах холодной поверхности. Вначале на этой поверхности (подложке) образуется пленка. Затем из этой пленки по нормали к ней растут островки кристаллов, приобретающие по мере роста очертания пирамид и призм. Гомофазный процесс возникает в сильно пересыщенном паре путем коагуляционного слияния зародышей в газовой фазе. Температура газовой среды сильно влияет на форму и структуру частиц. Если температура газа выше 0,7 Тпл металла, частицы образуются по механизму «пар-жидкость-твердое» и приобретают сферическую форму. При температурах ниже 0,7 Тпл реализуется механизм «пар-кристалл» и частицы кристаллизуются в виде призм, пирамид и сложных изометрических кристаллов.
В промышленных условиях чаще всего применяют смешанный процесс конденсации металлического пара, когда новая фаза появляется гомофазно в объеме зоны конденсации, а рост частиц происходит гетерофазно на холодной поверхности. Таким способом в промышленных условиях производят порошки металлов с высоким давлением паров при сравнительно низких температурах (магний, цинк, бериллий, кадмий, алюминий и др.). Размер порошковых частиц колеблется от 0,1 до 10 – 20 мкм.
Например, порошок алюминия получают в герметичной установке в инертном газе (аргон, гелий) или в вакууме. Металл расплавляют в тигле и перегревают до 1200-1500 ºC. Пары алюминия конденсируют на холодных стенках установки, откуда они ссыпаются в бункер. Размер частиц около 30 нм, насыпная плотность порошка 0,08 г /см3. Цвет порошка черный. Столь мелкий порошок отличается высокой пирофорностью.
В институте металлургии Уральского отделения РАН создана установка «Туман» для получения высокодисперсных порошков способом «испарение-конденсация». В охлаждаемом водой горизонтальном корпусе установки размещается резистивный испаритель мощностью до 50 кВт. Конденсация паров металла происходит по смешанному процессу – зарождение центров в объеме, а осаждение на стенках корпуса, откуда порошок ссыпается в бункера. Установка и имеющиеся ее модификации работают в периодическом и непрерывном режиме, при разрежении или атмосферном давлении нейтрального газа, например азота. Установка пригодна для получения различных металлических порошков с производительностью до 40 кг/ч.
Использование плазменного, электронно-лучевого или лазерного нагрева позволяет перевести в газообразное состояние практически любой металл. В мировой практике чаще применяют плазменный источник нагрева, с температурой плазмы 4000-10000 ºC, для получения в больших количествах ультрадисперсных частиц с размерами от 10 до 100 нм и удельной поверхностью 10 м2/г и более (нанопорошки). Диспергируемые металлы, сплавы, тугоплавкие соединения подают в плазменный факел в виде порошков или расходуемого электрода. Плазмообразующими газами служат водород, азот, аргон или их смеси. Конденсация частиц может проходить при разном, регулируемом давлении газовой фазы. В отдельных случаях применяют подложки (для осаждения частиц), охлаждаемые до сверхнизких температур порядка 77 К. Скорость охлаждения порошковых частиц варьируется в широких пределах и может достигать 108 К/c.