Что такое спекающая добавка?
Спекающая добавка — это добавка, используемая для улучшения и стабилизации процесса спекания металлических и керамических порошков. Эти добавки обычно имеют более низкую температуру плавления, чем основной спекаемый материал.
Спекающие добавки осторожно добавляются в порошки в количествах, которые не ухудшают свойства материала. Они особенно полезны для спекания материалов, которые в противном случае трудно спекать, или для улучшения плотности и прочности после спекания. Обычно используемые спекающие добавки включают бор, углерод, щелочноземельные металлы и оксиды редкоземельных металлов, которые особенно эффективны для спекания керамики, улучшая уплотнение и теплопроводность.
Применение спекающих добавок
Спекающие добавки широко используются в производстве керамики. Металлы с высокими температурами плавления и керамика, которую невозможно производить обычными методами, такими как резка или плавление, производятся путем спекания. Для таких материалов, как карбид кремния и нитрид кремния, которые трудно спекать, спекающие добавки способствуют уплотнению. Они плавятся при более низких температурах в процессе нагрева, способствуя уплотнению порошка.
В случае тонкой керамики, которая еще сложнее поддается спеканию, используются меньшие размеры частиц и добавки, такие как бор и углерод. Иногда в качестве спекающей добавки в производстве керамики из нитрида кремния используется нитрид кремния-бериллия. Кроме того, некоторые керамические предметы домашнего обихода изготавливаются путем смешивания керамической глины с спекающими добавками и спекания их в микроволновой печи.
Принцип спекающих добавок
В процессе спекания сырье сначала измельчается и смешивается, при необходимости на этом этапе добавляются спекающие добавки. Затем порошок помещается в форму и подвергается давлению для формирования желаемой формы. Для облегчения формования можно добавлять воск или аналогичные материалы. Чтобы обеспечить равномерную плотность, особенно в случае с мелкими порошками, можно использовать формовочную добавку для создания гранулированного материала для формования.
Перед высокотемпературным спеканием любые органические вещества, добавленные во время формования, медленно нагреваются и удаляются. Для оксидной керамики, такой как оксид алюминия и цирконий, большая часть спекания происходит на воздухе, в то время как металлы и неоксидная керамика, такая как нитрид кремния, спекаются в инертном газе или вакуумной среде для предотвращения окисления.
Спекание включает в себя нагревание порошковой прессовки, в результате чего частицы сырья связываются, уменьшаются пустоты и структура затвердевает. Диффузия является ключевым механизмом в этом процессе, особенно для твердых металлов и керамики. Материалы, такие как SiC и Si3N4, требуют спекающих добавок для эффективного уплотнения, поскольку высокая энергия границ зерен может препятствовать спеканию. Спекающие добавки снижают эту межзеренную энергию, улучшая процесс. Кроме того, низкотемпературное спекание имеет решающее значение для высокотемпературной конструкционной керамики, чтобы предотвратить потерю прочности из-за роста частиц при высоких температурах.
