Разложение гидридов в процессе спекания
Разложение гидридов в процессе спекания
Одним из наиболее подходящих металлов для порошковой металлургии является цирконий, особенно, если спекание осуществляется в вакууме. Прежде, чем излагать этот вопрос следует кратко рассмотреть процесс изготовления порошка циркония.
Хотя порошки циркония могут быть получены путем электролиза, восстановления и выщелачивания, здесь будет рассмотрено производство циркониевого порошка разложением гидрида. Гидрид циркония получают за счет пропускания водорода над цирконием независимо от того, как получен твердый цирконий, — с помощью процесса Кролля (губка циркония) или процесса Де Бура. Наиболее успешно гидрирование таких материалов протекает при 800°. При этой температуре образуется низший гидрид ZrH. Во время охлаждения с этой температуры в водороде другой гидрид образуется приблизительно при 400°.
Гидрид циркония — твердый и весьма хрупкий, механически он может быть превращен в любой крупности порошок, без каких-либо затруднений. В вакууме 0,05 мк рт. ст. или при температуре порядка 800° порошок гидрида циркония превращается в порошок металлического циркония. На фиг. 10 показано, что плотность заготовок из порошка как циркония, так и ZrH2, полученных при обычном давлении прессования, достаточно высокая [5]. Хотя прочность заготовок из гидрида циркония ниже, чем из металлического циркония, заготовки из гидрида еще достаточно прочны и могут быть использованы в производстве. Предел прочности заготовок, спрессованных из гидрида циркония, равен 1,19 кг/мм* при давлении прессования 7800 кг/см"1 и приблизительно 2,45 кг/мм2 для заготовок, изготовленных из порошка металлического циркония. Заготовки из циркониевого порошка, так же как и из гидрида циркония, можно спекать. Если порошок металлического циркония можно спекать в нейтральной атмосфере или в вакууме, то порошок гидрида циркония — только в вакууме.
При спекании заготовок из гидрида циркония в вакууме гидрид разлагается и частицы его превращаются в металлический цирконий с выделением водорода [2]. Разложение приблизительно при той же температуре, при которой начинается соединение частиц металла. Для практических целей можно принять, что оба процесса — разложение и начало соединения — имеют место приблизительно при одной температуре. При разложении гидрида атомы циркония находятся в возбужденном состоянии и колеблются с амплитудами, которые соответствуют амплитудам термических колебаний, характерных для значительно более высоких температур. Подобным возбужденным состоянием атомов циркония можно объяснить, почему спекания гидрида циркония наблюдается связь и уплотнение заготовок из разложенного гидрида циркония, наблюдается при относительно низких температурах.
Нафиг. 11 показано влияние давления прессования на плотность спеченных в вакууме заготовок из порошка циркония и гидрида циркония.
Здесь показано, что для порошков, спрессованных под давлением 8440 кг/см2, полная плотность может быть достигнута путем одновременного разложения гидрида циркония и спекания в течение 3 час. при температуре 1260°, тогда как заготовки из порошка металлического циркония не уплотняются полностью даже при спекании в продолжение того же времени при 1320°.
Можно назвать этот процесс спекания заготовок из гидрида циркония «активированным спеканием», т. е. спеканием при повышенной скорости, имеющим место в ходе связывания благодаря дополнительным реакциям [7, 8]. Все, что сказано здесь о цирконии, является только примером, причем то же явление можно наблюдать при работе с титаном, торием или ураном.