Получение оксидной и смешанной инструментальной керамики

24-03-2024

+++Спекание оксида алюминия+++

---является одним из наиболее изученных процессов---

Спекание оксида алюминия является одним из наиболее изученных процессов, который как и у других оксидов происходит под влиянием следующих механизмов массопереноса: вязкого течения, пластической деформации, испарения-конденсации, объемной, зернограничной и поверхностной диффузии. На среднем этапе спекания наклон кривых близок к k = 2/5. Основным механизмом спекания в соответствии с этим коэффициентом, как показывают расчеты, является механизм объемной диффузии. При горячем прессовании основными механизмами уплотнения керамики на конечном этапе являются пластическая деформация и диффузия.

Важнейшим параметром, влияющим до определенного предела на процесс спекания корунда, является температура. Например, спекание порошка А1а03 технической чистоты (А1203 — 99—99,5 %) дисперсностью около 1—2 мкм без введения добавок происходит при 1700—1750 °С до относительной плотности 0,94—0,96. Повышение температуры до 1850 °С и увеличение выдержки практически не приводит к дальнейшему уплотнению.

Рекристаллизация корундовой керамики в процессе спекания начинается независимо от вида вводимых добавок при достижении пористости 8—10 %. Кинетика роста зерен корунда при спекании с добавками и без них описывается уравнением D — kxn, где D — размер зерен; т — время; k — константа, зависящая от величины поверхностной энергии; п — показатель степени, равный в большинстве случаев V2. Энергия активации процесса роста зерен при спекании по различным данным находится в интервале 285—435 кДж/моль. Рост зерен а-глинозема идет весьма медленно в интервале 1600—1650 °С и не превышает 2—3 мкм (исходная фракция 0,5 мкм в пределах 40—70 %). При повышении температуры (1680—1740 °С) начинается катастрофический рост кристаллов, их размеры могут достигать 30—50 мкм; кристаллиты принимают удлиненную форму.

Режим спекания оказывает большое влияние на конечные свойства керамики. Оптимальная температура спекания керамики зависит от дисперсности исходного порошка, наличия в нем примесей, добавок и продолжительности нагревания. Так, при размере зерен порошка 0,5—1,0 мкм спекания пластин оксидной керамики проводят при 1710 °С в течение 5—10 мин.