Спекание меди в вакууме

Дувец с сотрудниками [10, И] изучил влияние спекания медных порсшков в вакууме и водороде на уплотнение заготовок в процессе спекания. Максимальная плотность спрессованной из порошков заготовки, которая может быть достигнута при спекании, очевидно, будет равна плотности литого металла. На основе этого соображения и принята естественная шкала оценки измерения уплотнения. Путем сравнения наблюдаемого изменения плотности во время спекания с максимально возможным изменением может быть получен безразмерный параметр, значение которого равно нулю в начале процесса спекания, и он становится равным единице, когда заготовка достигнет максимально возможной плотности. Этот параметр уплотнения определяется уравнением.

Состояние достигается за время t_Y при абсолютной температуре 2¹, и в другое время t₂ при другой абсолютной температуре Т_г, то четыре значения связаны соотношением,

где R — газовая постоянная (1,99 кал/моль • град), Q — энергия активации.

Понятие «данное состояние» при спекании определяет степень уплотнения, и параметр уплотнения позволяет решить, относится ли уплотнение к кинетическому процессу или нет. Для этого необходимо представить кривые параметра v в координатах lg Т (время спекания) — 1/Т (Т — температура спекания, °К). Если уравнение (2) выполняется, то линия должна быть прямой. На фиг. 2,а, б показано семейство кривых, нанесенных с наибольшим приближением к прямым линиям для ряда значений параметра. Линии, характеризующие параметры v, образуют примерно ряд параллельных прямых для каждой температуры спекания, но с различным наклоном для спекания в вакууме и в водороде. Расчеты показывают, что энергия активации Q составляет около 128 000 кал/моль для спекания в вакууме и 80 000 кал/моль при спекании в водороде; это свидетельствует о том, что при определенных температуре и времени значение параметра v при спекании в вакууме меньше, чем в водороде.

Вторая серия опытов Дувеца посвящена изучению спекания тех же медных порошков, но с восстановлением их в течение нескольких часов в атмосфере водорода при 250—300°. Перед прессованием частицы порошка были неокислены. Условия прессования и спекания идентичны ранее описанным. Результаты этих опытов представлены на фиг. 3,а, б, где также постоянное значение v представлено в координатах lg Т — )/Т. Однако эти кривые коренным образом отличаются от приведенных на фиг. 2,а, б для невосстановленных порошков. Совершенно очевидно, что эти линии имеют явно выраженную положительную кривизну и даже приближенно не могут быть сведены к прямым. Этот факт указывает, что уплотнение предварительно восстановленного медного порошкового брикета нельзя отнести к кинетическому процессу, управляемому только энергией активации.

Это положение в общих чертах может быть объяснено тем, что значение Q (молярная теплота активации) в процессе спекания увеличивается, причем влияние этого увеличения выражается более отчетливо для предварительно восстановленного порошка. Для последнего случая значение Q для времени спекания от 0,5 до 1 часа, согласно данным, представленным на фиг. 3,а, б, составляет около 31 000 кал/моль для спекания в вакууме и примерно 46 000 кал/моль для спекания в водороде. Эти величины намного ниже значений, показанных на фиг. 2,а, б. Следовательно, влияние предварительного восстановления сказывается на значительном снижении Q. За относительно короткий промежуток времени подобный результат вполне объясним — окисная пленка в начале спекания сильно тормозит уплотнение, но по мере растрескивания и разрушения ее это торможение постепенно уменьшается. Интересно отметить, что энергия активации предварительно восстановленного порошка ниже при спекании в водороде, чем в вакууме (как для продолжительного, так и для кратковременного спекания). Результат спекания в вакууме по сравнению со спеканием в восстановительной атмосфере брикетов однокомпонентного металлического порошка трудно объяснить, поскольку спекание зависит от состояния поверхности порошка. Можно лишь сказать, что здесь наблюдаются значительные колебания энергии активации, которые определяют скорость спекания, и это в сильной степени зависит от атмосферы, в которой происходит процесс.