ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Активирование реакционных смесей в процессе твердофазного взаимодействия из "Твердофазные реакции" Простейшая возможность активировать реакционные смеси в процессах твердофазного взаимодействия — это повышение температуры. Оно приводит к более интенсивному массопереносу и инициирует процессы, имеюшие диффузионную природу [115]. Однако высокотемпературное воздействие может привести к ряду нежелательных эффектов, в частности, к отжигу неравновесных дефектов в активных фазах. При высоких температурах становится невозможным эстафетный механизм диффузии, при котором массоперенос осуществляется большими группами атомов со скоростью, значительно превышающей скорость массопереноса за счет диффузии отдельных атомов [116]. Кроме того, в ряде случаев использование высоких температур исключается из-за того, что реагенты и продукты реакции претерпевают необратимые изменения. К числу таких изменений относятся следующие. [c.253] Твердые продукты диссоциации ухудшают магнитные (МО) и диэлектрические (Рез04) свойства материала. [c.253] Значительно более специфичной характеристикой спекаемого материала является величина n BN), характеризующая степень несовершенства структуры. Как и следовало ожидать, для данной химической предыстории значения In( jV) уменьшаются с ростом температуры предварительного обжига порошка. Вполне логичной является и наблюдавшаяся в экспериментах тенденция к увеличению ln( iV при повышении скорости нагревания чем быстрее нагревание, тем лучше сохраняется несовершенная структура при высоких температурах. Следует обратить внимание на поведение порошкообразного гематита, полученного из сульфата. Для указанного материала значения In( JV) почти не зависят от температуры предварительного обжига, что свидетельствует о высокой относительной устойчивости несовершенств при высокой температуре. В самом деле, опыт показывает, что использование порошкообразного оксида железа, полученного низкотемпературным разложением солей, не приводит к получению высокоплотной керамики, тогда как это удается осуществить, используя сульфатный оксид железа, предварительно прокаленный при 860— 900 °С. [c.256] Значение Гмакс, характеризующее температуру начала интенсивной аннигиляции несовершенств, чувствительно как к химической и термической предысториям, так и к скорости политермического нагревания. Интересно, что самое низкое значение Гмакс отмечено у нитратного оксида (температура прокаливания 400 °С), который обладает повышенной дисперсностью по сравнению со всеми исследованными образцами. У образцов гематита, предварительно обжигавшихся при 850 и 1000 °С, заметная аннигиляция несовершенств не наблюдается вплоть до температуры 1250 °С (предельная температура экспери иента). [c.256] Скорость поверхностного нагревания необходимо изменять обратно пропорционально квадрату толщины пластинок или радиуса стержня, чтобы получить одинаковый градиент температур между поверхностью и точками, наиболее удаленными от нее [см. уравнение (4.28)]. Элементарный расчет показывает, что для ферритовых плат толщиной 2 мм градиент температуры не превышает 1 °С при скорости нагревания 1200 °С/ч. Для сохранения того же градиента ферритные платы толщиной 5 мм следует нагревать со скоростью 200 °С/ч. [c.257] Таким образом, изменение скорости спекания позволяет регулировать размер кристаллитов спекаемого черепка. В качестве примера можно привести результаты спекания ферритового порошка состава Ы1о.42по,бРе204, полученного термическим разложением твердых растворов солей типа шенитов [122]. Спекание при 1300 °С (2 ч, воздух, нагревание со скоростью 800, 300 и 50°С/ч) приводит к образованию керамической структуры со средним размером кристаллитов 1, 5 и 18 мкм соответственно. [c.257] Эффективным средством активирования твердофазных процессов оказалась термомеханическая обработка порошкообразного материала, заключающаяся в одновременном воздействии температуры и давления. При такой обработке, получившей название горячего прессования, к силам поверхностного натяжения добавляются силы внешнего давления 127]. Предполагают, что за счет высокой при этих условиях пластичности материала увеличивается площадь контактов между частицами. Возможные механизмы процессов, происходящих при горячем прессовании, обсуждены в работах [128, 129]. [c.259] Главное преимущество горячего прессования — возможность получить материалы с плотностью, близкой к рентгеновской, с мелкозернистой и однородной структурой, а также возможность регулировать размер кристаллитов. Основная трудность при использовании методов горячего прессования — это выбор материалов для изготовления пресс-форм, которые должны обладать высокой огнеупорностью, жаропрочностью, термической стойкостью, хорошей тепло- и электропроводностью. Эти материалы должны легко обрабатываться механически, иметь высокое сопротивление к абразивному износу, быть химически стойкими и достаточно инертными по отношению к прессуемому материалу. В последнее время способ горячего прессования нашел широкое применение для изготовления ферритов с экстремальными значениями магнитных параметров (максимальная магнитная энергия — у гексаферритов бария, уникальная долговечность магнитных головок на основе марганец-цинковых ферритов), оптической керамики с повышенным светопропусканием типа лейкосапфира и титанат-цир-коната свинца, легированного оксидами редкоземельных элементов. [c.259] Для активирования спекания металлических порошков большой интерес представляет динамическое горячее прессование, заключающееся в быстром нагревании с одновременной импульсной механической нагрузкой, ведущей к мгновенной деформации материала [130]. [c.259] Большой интерес для активации процессов спекания представляет и использование ультразвука. По данным Пинеса с сотр. [131], ультразвук вызывает ускоренный массоперенос благодаря возникновению тонкоблочной структуры и уменьшению расстояния между источниками и стоками вакансий. В работе [132] на основании исследования поведения железного порошка при горячем прессовании показано, что ультразвук интенсифицирует лишь начальную усадку, ускоряя переход от нестационарного к стационарному течению порошков. [c.259] В зависимости от полярности Е величина /роста может быть положительной или отрицательной. [c.260] Очевидно, что эффект короткого замыкания тем больше, чем меньше значение числа переноса электронов 4 и выше сопротивление окалины. [c.260] Рассмотренные в книге примеры твердофазных реакций составляют лишь небольшую часть процессов, используемых в настоящее время для получения твердых конструкционных материалов. Вместе с тем, они позволяют понять характер трудностей, которые следует преодолеть технологам всякий раз, когда возникает задача получения нового твердофазного материала со структурно-чувствительными свойствами. Можно с полной определенностью утверждать, что потребность в таких материалах не уменьшается, а непрерывно возрастает. Свыше одной пятой национальных бюджетов промышленно развитых стран связано с расходами на выделение природных и получение искусственных материалов. [c.265] В наши дни особенно остро встала проблема сохранения и восстановления окружающей природной среды и обеспечения все возрастающих энергетических потребностей. В решении обеих проблем важную роль призваны сыграть новые системы экоэнергетики, среди которых наиболее перспективны системы с высоко-проводящими твердыми электролитами. Интенсивные поиски новых суперионных проводников привлекли интерес к твердым фазам со слоистой, канальной и скелетной структурой. Подлинное возрождение материаловедения связано с твердыми композиционными материалами, идея создания которых была подсказана природой. [c.265] Было бы неверным связывать решение материаловедческих задач только с поисками новых химических и фазовых композиций или новых структур. Те, кто внимательно познакомился с содержанием книги, поймут, что принципиально новые качества традиционных материалов могут быть получены при использовании новых приемов проведения твердофазных реакций. В этом смысле показательны успехи так называемого саморазвивающегося высокотемпературного синтеза и криохимической технологии, быстро завоевывающих признание у технологов, работающих в области электронной техники и радиопромышленности, авиастроения и атомной промышленности. [c.265] Вернуться к основной статье