Порошки и керамика
Эти процессы создают твёрдые детали из порошков или жидкостей, а не плавлением металла или вырезанием из блока. Все они опираются на спекание: нагрев спрессованных частиц ниже температуры их плавления, пока они не соединятся в одно твёрдое тело. От процесса к процессу меняются форма частиц и способ приложения тепла и давления.
Главная идея
Спекание — это способ, которым частицы слипаются без плавления. Там, где две частицы соприкасаются, атомы перемещаются через точку контакта (диффузия) и строят твёрдый мостик, называемый шейкой. По мере роста шеек зазоры между частицами (поры) уменьшаются, поэтому деталь становится плотнее и обычно немного меньше. Представьте миску со снежками, оставленную на ночь: они не тают, но к утру сплавляются в один ком. Давление ускоряет процесс, прижимая частицы друг к другу; быстрый или внутренний нагрев экономит время и сохраняет мелкие кристаллы тонкими.
Процессов в этой главе: 6
9.1Порошковая металлургия (прессование и спекание)Прессование порошка в пресс-форме, затем спекание в конвейерной печиОткрыть урок
9.2Литьё металлов под давлением (MIM)Отформуйте пасту из порошка и связующего, удалите связующее, спекитеОткрыть урок
9.3Горячее изостатическое прессование (HIP)Сжатие горячим аргоном со всех сторон закрывает порыОткрыть урок
9.4Искровое плазменное спекание (SPS)Импульсный ток за минуты нагревает спрессованную графитовую пресс-формуОткрыть урок
9.5Микроволновое спеканиеМикроволны нагревают деталь изнутриОткрыть урок
9.6Золь-гель технологияЖидкость превращается в гель, затем сушится и обжигаетсяОткрыть урокСравнение
| Процесс | Одной строкой | Лучше всего для | Размер партии | Точность |
|---|---|---|---|---|
| 9.1Порошковая металлургия (прессование и спекание) | Прессование порошка в пресс-форме, затем спекание в конвейерной печи | Небольшие шестерни, втулки, детали простого контура | От 10 000 до миллионов в год | Около ±0,05–0,1 мм |
| 9.2Литьё металлов под давлением (MIM) | Отформуйте пасту из порошка и связующего, удалите связующее, спеките | Мелкие сложные почти плотные стальные детали | От 10 000 до миллионов в год | Около ±0,3–0,5 % размера |
| 9.3Горячее изостатическое прессование (HIP) | Сжатие горячим аргоном со всех сторон закрывает поры | Ответственные отливки, напечатанные детали, порошок в капсулах | От одной детали до полной загрузки печи | Форма сохраняется; уменьшаются только поры |
| 9.4Искровое плазменное спекание (SPS) | Импульсный ток за минуты нагревает спрессованную графитовую пресс-форму | Твёрдая керамика и новые материалы в виде дисков | Единичные изделия, малые партии | Грубая; затем шлифуется |
| 9.5Микроволновое спекание | Микроволны нагревают деталь изнутри | Керамика, такая как стоматологический диоксид циркония | От лабораторной работы до малых партий | Как при другом спекании, около ±0,5–1 % |
| 9.6Золь-гель технология | Жидкость превращается в гель, затем сушится и обжигается | Тонкие покрытия, аэрогели, чистые порошки | От единичных образцов до линий нанесения покрытий | Плёнки до десятков нанометров |
Как выбирать внутри этого семейства
- Нужны сотни тысяч простых металлических деталей недорого: порошковая металлургия прессованием и спеканием.
- Нужны небольшие сложные металлические детали почти полной плотности: литьё металлов под давлением (MIM).
- Нужно убрать скрытые поры из отливки или 3D-печатной детали, которая не должна выйти из строя: горячее изостатическое прессование.
- Нужен плотный диск из трудноспекаемого или нового материала, быстро: искровое плазменное спекание, или микроволновое спекание для керамики без давления.
- Нужно тонкое чистое покрытие или сверхлёгкий материал: золь-гель процесс.
Ключевые слова
- Спекание
- соединение спрессованных частиц нагревом ниже температуры их плавления.
- Шейка
- твёрдый мостик, который растёт там, где две частицы соприкасаются.
- Диффузия
- медленное перемещение атомов внутри твёрдого тела; именно она строит шейки.
- Пористость
- доля объёма детали, занятая пустыми порами.
- Сырая заготовка
- сформованная деталь до спекания, слабо скреплённая.
- Связующее
- воск или пластик, который удерживает порошок в форме, пока его не удалят.
- Плотность
- какая часть детали состоит из твёрдого материала; 100 % означает отсутствие пор.
- Усадка
- размер, который деталь теряет, когда поры закрываются при спекании.
Попробуйте
Пусть ИИ работает в вашей САПР.
Моделируйте детали, создавайте чертежи и автоматизируйте рутину в вашей CAD-системе.