Технические науки/1. Металлругия

Магистрант машиностроительного факультета Аймакова А.А. Магистрант машиностроительного факультета Шайхина А.К. и доктор phD Щербакова Е.П.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Снижение пористости нанопорошков в процессе термообработки

Пористость — доля объёма пор в общем объёме пористого тела. Является безразмерной величиной от 0 до 1 (или от 0 до 100 %). 0 соответствует материалу без пор; 100 %-я пористость недостижима, но возможны приближения к ней.

Пористость представляет собой одну из важнейших характеристик нанопорошков. Многие полезные области применения нанопорошков зависят от степени их пористости.

Термическая обработка нанопорошков имеет ряд особенностей и представляет собой весьма непростую задачу, требующую учета многочисленных факторов, влияющих на результат, таких как наличие пористости, пониженная теплопроводность порошковых материалов, их склонность к окислению.

Термообработка порошков с большой удельной поверхностью сопряжена со значительными потерями поверхности уже при относительно низкой температуре. При относительно крупном размере частиц поверхность порошка определяется поверхностью внутренних пор [1,2].

В некоторых случаях применяется двухстадийная термообработка нанопорошков. Первая термообработка проводят при относительно низких температурах (500-600°С) образования промежуточных продуктов реакций, при частичной гомогенизации в локальных объёмах смеси. Полученный спек размалывают и тщательно перемешивают, способствуя повышению однородности нанопорошка.

При термообработке порошков с осколочной формой частиц или натриетермических порошков с удельной поверхностью 1-2 м²г^-1 изменение поверхности происходит, в основном, за счет образования контактных перешейков при спекании частиц между собой, т.е. за счет укрупнения частиц. Магниетермические порошки имеют другую морфологию. Это мезопористые порошки, где основной вклад в поверхность порошка вносит поверхность пор нанометрического диапазона. При термообработке таких порошков в первую очередь происходит зарастание мелких пор. Столь существенное изменение поверхности и пористости не могло не сказаться на характеристиках анодов.

Резкое снижение радиальной усадки связано с изменением пористой структуры термообработанного порошка и изготовленного из него анода. Снижение радиальной усадки, т.е. увеличение макропористости анода, способствует сохранению удельного заряда. Кроме того, в анодах, заформованных до 16 В, поры диаметром менее 32 нм заполняются анодным оксидом и не вносят вклад в величину заряда. Поэтому термообработка порошка при 900-1000°С, при которой вклад больших пор в удельную поверхность многократно возрастает (с 16 до 60% поверхности пор), позволила в полной мере сохранить удельный заряд. [3].

Поскольку металлический каркас частицы порошка с нанопористой структурой представляет собой наноразмерные частицы металла, то возможно снижение температуры плавления, пропорциональное уменьшению среднего размера частиц [4,5]. Этим фактом и объясняется значительное изменение поверхности и пористости порошка при относительно низкой температуре термообработки. При температуре термообработки 800°С сокращение поверхности происходит за счет пор диаметром меньше 25 нм. Количество пор большего размера не уменьшилось. Дальнейшее увеличение температуры термообработки приводит к сокращению количества пор во всем исследуемом диапазоне.

Литература:

1. ОрловВ.М., Крыжанов М.В., Калинников В.Т. Магниетермическое восстановление оксидных соединений тантала // ДАН. 2014. Т. 457, № 5. С. 555-558.

2. Орлов В.М., Крыжанов М.В. Получение нанопорошков тантала магниетермическим восстановлением танталатов // Металлы. 2015. № 4. С. 93-97.

3. В.М. Орлов, Т.Ю. Прохорова, А.И. 32 Изменение поверхности и пористости магниетермических порошков тантала и ниобия в процессе термообработки

4. Температура начала спекания ультрадисперсных порошков / В.Н. Троицкий, А.З. Рахматуллина, В.И. Берестенко, С.В. Гуров // Порошковая металлургия. 1983. № 1. С.13-15.

5. Алымов М.И., Мальтина Е.И., Степанов Ю.Н. Модель начальной стадии спекания ультрадисперсных металлических порошков // Физика металлов и металловедение. 1994. Т. 78, вып. 1. С. 5-8