Получение новых материалов спеканием нанопорошков под давлением
Спекание нанопорошков под давлением как перспективный способ получения объемных наноматериалов. Знакомство с уравнениями, описывающими механизмы переноса, которые дают вклад в уплотнение порошка. Общая характеристика метода гидростатического прессования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.11.2018 |
| Размер файла | 23,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Получение новых материалов спеканием нанопорошков под давлением
Спекание нанопорошков без давления не позволяет получить материал с малым размером зерна без пор. Перспективным способом получения объемных наноматериалов является спекание нанопорошков под давлением. Общепринятые модели для объяснения процессов уплотнения при спекании обычных порошков не пригодны для нанокристаллических систем, из-за сильного уменьшения размера частиц. Поэтому, необходимо математически описать процесс спекания нанопорошков под давлением, что бы иметь возможность оценивать свойства получаемых материалов в зависимости от режима спекания.
Горячее изостатическое прессование было смоделировано Ashby и соавторами [1]. Ими предложены уравнения, описывающие механизмы переноса, которые дают вклад в уплотнение порошка. Различные механизмы переноса дают различный вклад в уплотнение. Уравнения, описывающие механизмы переноса видоизменяются в значительной степени для наносистем, так как включают некоторые факторы, связанные с уникальностью наночастиц собранных вместе. В работе [2] приведены уравнения скорости уплотнения нанопорошков при спекании под давлением.
Удобно представить процесс спекание состоящим из трех последовательных стадий. Стадия 0 - начальная стадия спекания отдельные частички порошка еще различимы. Стадия 1 - промежуточная: перешейки уже достаточно большие, поры - примерно цилиндрические и не изолированы. К моменту, когда достигнута последняя стадия -2, поры - изолированные и сферические. Вторая стадия начинается, когда относительная плотность спекаемого порошка достигает значения 0,9.
Стадия 0 рассматривается как отдельная, со своими собственными скоростными уравнениями уплотнения. Стадии 1 и 2 описываются похожим набором скоростных уравнений.
0 (начальная) стадия спекания длится около 5 минут и может быть рассчитана при помощи «флуктуационной модели» согласно которой, уплотнение нанопорошков на начальной стадии определяется флуктуационным плавлением наночастиц [3].
Оценка точности расчетов по уравнениям, предложенным в работе [2], была проведена на примере нанопорошка никеля. Для этого был произведен эксперимент по спеканию нанопорошка никеля под давлением, и проведен численный расчет этого эксперимента по оцениваемым уравнениям из [2].
Эксперимент
Предкомпакты из нанопорошка Ni, были получены методом гидростатического прессования с относительной плотностью 62% от теоретической плотности. Образцы получали прессованием порошков однокомпонентной смеси, с исходным размером частиц 70 нм. С целью полного восстановления оксидов предкомпакты отжигали в потоке водорода при температуре 500oC в течение 1,5 часов. Горячее прессование при заданной температуре проводили при давлении 500 МПа в течение 10 минут. После охлаждения образца были произведены замеры плотности и среднего размера зерна в спеченном под давлением образце. Температурно-временной режим спекания схематически показан на рис. 1. Было установлено, что плотность образца равна 0,98, а средний размер зерна равен 1,5 мкм.
Расчеты показывают, что наибольший вклад на стадиях 1 и 2 дают ползучесть и зернограничная диффузия. Остальные механизмы уплотнения дают суммарный вклад в уплотнение нанопорошка менее 0,1%. Поэтому, можно при рассмотрении процесса спекания нанопорошка под давлением ограничиться учетом только двух механизмов уплотнения - зернограничной диффузией и ползучестью по Коблу. Вклад зернограничной диффузии по мере уплотнения нанопорошка возрастает и наиболее заметен на второй стадии спекания.
Вклады зернограничной диффузии и ползучести по Коблу в скорость уплотнения нанопорошков при спекании под давлением на стадиях 1 и 2 определяются уравнениями (1)-(4) [2]. В (1)-(4) используются следующие обозначения: ?P1 и ?P2 обозначают изменение давления действующего на частицу по сравнению с прикладываемым - Р, индекс соответствует стадии процесса спекания; с - плотность порошка; с0- начальная плотность спекаемого порошка; k - постоянная Больцмана; T- температура спекания; g- размер зерна; - атомный объем; r - радиус частиц; - толщина границ зерен; Db - коэффициент зернограничной диффузии; DV - коэффициент объемной диффузии.
Ползучесть Nabarro-Herring и Coble. Стадия 1:
Зернограничная диффузия под давлением. Стадия 1:
Ползучесть Nabarro-Herring и Coble. Стадия 2:
Зернограничная диффузия под давлением. Стадия 2:
Результаты численного расчета зависимости плотности спекаемого при температуре 773К нанопорошка никеля от времени при давлении 500МПа представлены на pис. 2. В результате численного расчет получено, что плотность порошка никеля после приложения давления 500 МПа равна 0,975 и близка к экспериментальному значению 0.98.
На рис. 3 представлена рассчитанная зависимость размера зерна от времени в течение 10 мин после приложения давления 500 МПа.
Выводы
давление порошок гидростатический
Установлено, что как на первой, так и на заключительной стадиях спекания основной вклад в уплотнение нанопорошкового компакта разной дисперсности при различных температурах дают ползучесть и зернограничная диффузия. Причем вклад зернограничной диффузии при спекании под давлением по мере уплотнения заметно возрастает и в конце второй стадии соизмерим и даже превосходит вклад ползучести.
Результаты численных расчетов соответствуют экспериментальным данным, что позволяет сделать вывод о правомерности использования предложенных в [2] уравнений для расчетов уплотнения спекаемых под давлением нанопорошков.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант 08-03-00040-а.
Литература
1.A.S. Helle, K.E. Easterling, M.F. Ashby Hot-isostatic pressing diagrams: new developments// Acta metal. 1985. V. 33, N. 12. P. 2163-2174.
2.R. Suryanarayanan Iyer, S.M.L. Sastry. Consolydation of nanoparticles - development of a micromechanistic model. //Acta mater. 1999. V. 47, N. 10. P. 3079-3098.
3.Ю.Н. Степанов, С.А. Тихомиров Флуктуационное плавление и начальная стадия спекания нанопорошков//Металлы. 2007.№ 3. С.14-19.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Сущность и методы литья металла под давлением. Технологический процесс формирования отливки, оборудование и инструменты. Общая характеристика литья под низким давлением. Преимущества и недостатки способа, область применения. Режимы получения отливки.
реферат [1,4 M], добавлен 04.04.2011Оптимизация технической схемы литья под давлением на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования поршнем. Особенности получения отливок. Движение расплава в пресс-форме. Общие принципы конструирования литой детали. Методы повышения стойкости.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 24.01.2016Обработка металлов давлением. Получение изделий и полуфабрикатов при обработке давлением путем пластического деформирования металла исходной заготовки. Разработка чертежа поковки. Определение объема детали. Схема раскроя мерного металлопроката.
курсовая работа [5,8 M], добавлен 16.01.2011Возникновение и развитие нанотехнологии. Общая характеристика технологии консолидированных материалов (порошковых, пластической деформации, кристаллизации из аморфного состояния), технологии полимерных, пористых, трубчатых и биологических наноматериалов.
реферат [3,1 M], добавлен 19.04.2010Анализ корреляционного течеискателя Т-2001, преимущества: высокая чувствительность, независимость результатов от глубины прокладки трубопроводов. Знакомство с особенностями корреляционного метода поиска утечек жидкостей из трубопроводов под давлением.
презентация [719,7 K], добавлен 29.11.2013Классификация и применение процессов объемного деформирования материалов. Металлургические и машиностроительные процессы обработки металлов давлением. Методы нагрева металла при выполнении операций ОМД. Технология холодной штамповки металлов и сплавов.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 20.08.2015Проект реконструкции цеха литейного участка внутризаводского предприятия "Металлург" ОАО АК "Туламашзавод" с выпуском 1800 тонн отливок в год. Технологический процесс отливки детали "Крышка" на машине литья под давлением с холодной камерой прессования.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 18.02.2012Фармацевтические аэрозоли: классификация, применение в лечебной практике. Технология производства ФА, приготовление смесей пропиллентов под давлением, использование лекарственных и вспомогательных веществ; наполнение и оформление аэрозольных упаковок.
курсовая работа [337,6 K], добавлен 19.02.2012Общая характеристика видов литья. Знакомство с основными недостатками литья под давлением. Литье в оболочковой форме как передовой технологический способ литья, позволяющий изготовлять наиболее точные отливки с минимальной механической обработкой.
презентация [489,3 K], добавлен 21.05.2014Прессование как один из прогрессивных и распространенных процессов обработки металлов давлением, его объекты и необходимый инструментарий. Технологический процесс полунепрерывного прессования, его технические результаты и признаки патентоспособности.
контрольная работа [238,5 K], добавлен 15.06.2009Строение и свойства полиэтилентерефталата (ПЭТ), его получение и применение. Основные разновидности литья пластмасс под давлением. Выбор термопластавтомата, технология производства ПЭТ-преформ. Расчет пластификационной производительности литьевой машины.
контрольная работа [56,5 K], добавлен 08.01.2013Физико-механические основы обработки давлением. Факторы, влияющие на пластичность металла. Влияние обработки давлением на его структуру и свойства. Изготовление машиностроительных профилей: прокатка, волочение, прессование, штамповка, ковка, гибка.
контрольная работа [38,0 K], добавлен 03.07.2015Понятие и общая характеристика порошковой металлургии, используемые в ней методы и инструменты, оценка преимуществ и недостатков. Получение порошка исходного материала. Принцип действия вибрационной мельницы. Этапы и значение процесса прессования.
презентация [330,4 K], добавлен 16.04.2015Краткая характеристика материалов, применяемых в доменном производстве для получения чугуна. Описание последовательности изготовления формы методом ручной формовки. Особенности конструирования деталей, изготовленных литьем в кокиль и под давлением.
курсовая работа [4,3 M], добавлен 15.01.2015Оценка физико-химических условий, необходимых для протекания процесса формоизменения металлов и сплавов. Анализ напряженно-деформированного состояния в процессах обработки давлением. Интерпретация кривой упрочнения металлов с позиций теории дислокаций.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 15.01.2017Разработка чертежа отливки. Выбор машины для литья под давлением. Технологический процесс изготовления детали "Крышка". Проектирование пресс-формы. Расчет количества машин для литья под давлением. Расчет расхода электроэнергии, сжатого воздуха, воды.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 09.02.2012Основные методы переработки полимерных материалов в изделия. Основания для выбора способа переработки. Технологические особенности литья под давлением. Составление и описание технологической схемы производства. Выбор технологического оборудования.
дипломная работа [78,4 K], добавлен 20.08.2009Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. Описание технологического процесса и его основные параметры. Материальные и энергетические расчеты. Техническая характеристика основного технологического оборудования.
курсовая работа [901,6 K], добавлен 05.04.2009Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. Описание технологического процесса и его основные параметры. Материальные и энергетические расчеты. Техническая характеристика основного технологического оборудования.
курсовая работа [509,9 K], добавлен 05.04.2009Прессование как одна из ключевых операций технологии получения изделий из металлических и других порошков. Аппроксимирующие кривые уплотнения порошков железа и меди. Метод горячего прессования. Методика определения кривых уплотнения порошковых материалов.
контрольная работа [750,4 K], добавлен 21.02.2010
