Получение металлических порошков

Основные свойства и классификация металлокерамических материалов

Основы порошковой металлургии

Материалы, изготовляемые из металлических порошков путем прессования и спекания, без расплавления или с частичным расплавлением наиболее легкоплавкой со­ставляющей, называются порошковыми. Методами по­рошковой металлургии можно получать сплавы из ме­таллов, не растворяющихся друг в друге при расплавле­нии, а также сплавы металлов с неметаллическими материалами, сплавы из особо тугоплавких металлов и металлов особо высокой чистоты. Порошковой метал­лургией изготовляют как заготовки, так и разнообраз­ные детали точных размеров. Полученные изделия и за­готовки могут быть подвергнуты термической (отжиг, закалка, старение) и химико-термической обработкам. Процесс производства изделий из порошковых мате­риалов заключается в получении металлического по­рошка определенных свойств, составлении шихты, прес­совании и спекании полученных заготовок.

В машино- и приборостроении широко используют порош­ковые металлические, металлокерамические материалы, фер­риты, контактные материалы, порошковые изделия выс­шей огнеупорности и тонкую керамику. Металлокерамические материалы широко используются для изготовления режущих инструментов. Они подразделяются на группы: ВК, ТК, ТТК, ТН, БВТС и др. Магнитные ме­таллокерамические материалы подразделяют на три группы: магнитнотвердые, магнитномягкие и магнито-диэлектрики. Магнитнотвердые сплавы используют для производства постоянных магнитов. Они характеризу­ются широкой петлей гистерезиса, большими значения­ми остаточной индукции и напряженности магнитного поля. Магнитномягкие материалы изготовляют из смесей порошков железа с никелем, железа с кобаль­том, железа с кремнием и алюминием и др. Они харак­теризуются незначительными потерями на вихревые токи при перемагничивании, малой площадью петли ги­стерезиса и применяются в радиотехнике для изготовле­ния сердечников, дросселей, реле, магнитных усилите­лей и др.

Магнитодиэлектрики используются в цепях перемен­ного тока звуковой и сверхзвуковой частот в качестве магнитных материалов для сердечников катушек и дру­гих деталей.

Для работы в условиях сверхвысоких частот, где требуются материалы с малыми потерями при перемаг­ничивании и высокой начальной магнитной проницае­мостью, применяют металлокерамические материалы— ферриты. Ферриты состоят из спрессованных и спечен­ных смесей порошков окислов железа и окислов нике­ля с добавками алюминия, марганца, меди, цинка а других металлов. Ферриты могут быть двойные, трой­ные и более сложных систем.

Для разрывных, скользящих и других типов контактов применяют контактные порошковые материалы. Контактные порошковые материалы должны иметь вы­сокую тепло- и электропроводность в сочетании с твер­достью и отсутствием деформаций при высоких темпера­турах, незначительную склонность к свариванию и при­липанию, высокую электроэрозионную и коррозионную стойкость, а также малое и стабильное переходное со­противление. Их получают только методами порошковой металлургии из смеси порошков тугоплавких металлов с металлами высокой электропроводности медью, серебром и др. Тугоплавкий металл (матрица) обеспечи­вает твердость, прочность и сопротивление эрозии, а легкоплавкий металл — электро- и теплопроводность.

При изготовлении ламп накаливания, рентгеновских трубок, выпрямителей, кенотронов, газотронов и других вакуумных изделий используют вакуумную керамику. Вакуумная керамика должна обладать высокой жаро­стойкостью, химической инертностью, низкой упруго­стью паров в нагретом состоянии и высокой способно­стью к дегазации. Таким требованиям отвечает метал­локерамика, полученная на основе вольфрама, молибде­на, тантала. В качестве заменителей дорогих тугоплав­ких металлов применяют железо высокой степени чисто­ты и его сплавы с никелем, молибденом, кобальтом и медью.

В качестве вакуумплотного диэлектрика в высокоча­стотной аппаратуре, а также как конструкционный ма­териал для установочных деталей радиотехнических ап­паратов применяют тонкую стеатитовую керамику. Ос­новной составляющей стеатитовой керамики является метасиликат магния, который получают из талька, глины, углекислых солей бария и кальция. В по­рошок метасиликатамагния добавляют органический пластификатор. Изделия из высокочастотной стеатито­вой керамики обладают высокой механической прочно­стью и небольшими диэлектрическими потерями и при­меняются для изготовления деталей, работающих в ус­ловиях повышенной влажности и тропического климата. Для изготовления радиотехнических деталей, разме­ры которых не должны изменяться с изменением темпе­ратуры, применяется низкочастотная тонкая керамика,

которая изготовляется на основе литийсодержащих ма­териалов (литиевая керамика) и окислов титана и цир­кония (титановая керамика). Эти материалы имеют вы­сокую диэлектрическую проницаемость, высокую терми­ческую стойкость, малый угол диэлектрических потерь, а также отрицательный коэффициент линейного расши­рения.

Металлические порошки, применяемые в порошковой металлургии, состоят из очень большого количества (не­сколько миллиардов в 1 см³) очень малых (0,5— 500 мкм) частиц. Частицы порошка могут быть волок­нистые, плоские, равноосные и состоять из отдельных кристаллических зерен или нескольких кристаллитов.

Для получения металлических порошков используют физико-механические и физико-химические методы.

Физико-механическими методами порошки получают путем измельчения твердых или жидких металлов и сплавов без изменения химического состава. Для из­мельчения твердых хрупких материалов применяют ша­ровые, вихревые и вибрационные мельницы. Измельче­ние производят ударным, скалывающим и истирающим действием размалывающих шаров (стальных, твердо­сплавных или чугунных) и обрабатываемого материа­ла. Шаровая мельница состоит из стального барабана диаметром 250—1500 мм, в который загружают разма^ лывающие шары и обрабатываемый материал. Частицы порошка, полученного в шаровых мельницах, имеют вид неправильных многогранников размерами 100— 3000 мкм. Недостатком метода является загрязнение по­рошков продуктами истирания шаров. Размол в вихре­вых мельницах более интенсивен, чем в шаровых. В ка­мере вихревой мельницы имеется два пропеллера, кото­рые, вращаясь в противоположные стороны со скоро­стью 3000 об/мин, создают пересекающиеся воздушные потоки. Материал (рубленая проволока, стружка, обрез­ки и другие мелкие кусочки), загруженный в камеру, захватывается воздушными потоками и за счет взаим­ного соударения дробится на частицы размером от 50 до 200 мкм. Полученные частицы имеют тарельчатую форму и шероховатую поверхность. Для получения тон­ких порошков из карбидов металлов и окислов приме­няют вибрационные мельницы. Вибромельницы наибо­лее производительны, их работа основана на высокоча­стотном воздействии на измельчаемый материал сталь­ных шаров и цилиндров за счет совершения барабаном мельницы круговых колебший высокой частоты. Часто­та барабана 1500—3000 колебаний в минуту, амплитуда 2—3 мм. Интенсивность размола повышается в присут­ствии воды, бензола, ацетона, бензина и др. В мельни­цах в процессе измельчения частицы металла наклепы­ваются, поэтому полученные порошки подвергают опе­рации отжига в защитной атмосфере.

Для получения порошков из олова, свинца, алюми­ния, меди, а также из железа и стали применяют распы­ление струи жидкого металла кинетической энергией воздуха, воды, пара или инертных газов. Полученные частицы порошка имеют размеры 50—350 мкм и форму, близкую к сферической. В процессе распыления части­цы окисляются, что требует последующего восставительного отжига.