Особенности получения наноструктурированной керамики

 

В технологии получения наноструктурированной керамики можно выделить несколько ключевых стадий, определяющих свойства готового керамического изделия.

Получение исходного наноразмерного порошка

Существует множество способов получения наноразмерных (или ультрадисперсных) порошков: механические, физические и химические [1-3].

В механических методах получения порошков используют традиционные технологические приемы, такие как тонкий размол и смешивание (осуществляют в шаровых, вибрационных, планетарных, струйных мельницах). Важную роль при этом играют скорость вращения, количество и форма размольных тел, масса загрузки и среда размола. После размола порошки содержат агломераты, состоящие из частиц размером 0,08-0,15 мкм. Методы механического получения керамических порошков энергоемки и длительны во времени, кроме этого, возможно загрязнение порошков примесями, что приводит к необходимости проведения дополнительной операции очистки получаемого порошка.

Компактирование наноразмерного порошка

Микроструктура керамики, формирующаяся в процессе спекания, существенным образом зависит от метода компактирования [6-8].

Основными свойствами скомпактированного изделия являются:

· относительная плотность;

· максимальный размер пор;

· однородность плотности;

· распределение пор по их размеру.

При подготовке порошка для компактирования желательно гранулирование, причем гранулы должны обладать достаточно высокими характеристиками прессуемости, текучести, антиадгезионности. Для гранулирования чаще всего используют брикетирование и распылительную сушку.

Способы компактирования заготовок из порошка различаются в зависимости от температуры прессования (холодное или горячее) и по виду приложения давления (одностороннее, двухстороннее и обжимающее).

Изостатическое прессование

Проводится в жидкой (гидростатическое) или газовой (газостатическое) среде. Рабочая среда нагнетается в герметизированную камеру прессования компрессорами и создаёт давление до нескольких тысяч атмосфер. Газостатическое прессование может сочетать высокое давление с повышенной температурой, что позволяет в ряде случаев совместить процесс формования и спекания. Для гидростатического прессования необходимо использование защитных оболочек из резины или другого подходящего материала, изолирующего заготовку от жидкости (минерального масла, спиртоглицериновой смеси и пр.). Порошок после засыпки в оболочки иногда подвергается предварительному вибрационному уплотнению. (Рис.1.1.)

Рис.1.1. Схема изостатического прессования А - оболочка Б - заготовка В - рабочая жидкость

Достоинства метода:

- Равномерность распределения давления и плотности в заготовке за счет всестороннего (изостатического) сжатия;

- отсутствие потерь на трение и необходимости в пластификаторах;

- отсутствие коробления при спекании;

- произвольные соотношения высоты и поперечного сечения заготовок.

Недостатки:

- неточность размеров получаемых заготовок;

- шероховатость их поверхности;

- недостаточно высокая производительность оборудования.

К недостаткам можно отнести и весьма высокую стоимость изготовления и эксплуатации высокотемпературных газостатов, применение которых оправдано с экономической точки зрения только для очень ответственных и дорогостоящих изделий или для материалов, которые не представляется возможным сформовать другими методами.

В некоторых случаях прибегают к приёму изостатической допрессовки заготовок, полученных обычным прессованием, что дает ощутимый эффект повышения их плотности и равномерности её распределения в объёме.