Sposoby regulowania anizotropii skurczu w spiekach Cu-Al2O3

• Autorzy: Cyunczyk A.

Warianty tytułu

EN

Regulation of shrinkage anisotropy during sintering of Cu-Al203 compacts

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podczas spiekania wyprasek zazwyczaj obserwuje się anizotropię skurczu liniowego w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach. Jeden z tych kierunków jest zgodny z kierunkiem przyłożenia siły zastosowanej do sprasowania proszku przed spiekaniem. Badania kinetyki procesu spiekania przeprowadza się na wypraskach o kształcie walca i w związku z tym dokonuje się pomiaru skurczu promieniowego R i skurczu osiowego A (rys. 1). Zależnie od właściwości użytego proszku i stosowanych parametrów procesu jego zagęszczania na zimno stosunek R/A po spiekaniu może przybierać wartości większe od 1, równe 1 lub mniejsze od 1. We wcześniejszych badaniach własnych wysunięto hipotezę, że anizotropia skurczu spieków wynika z różnicy w sposobie i stopniu mechanicznego odkształcenia (wygładzenia) powierzchni cząstek proszku na stykach międzycząstkowych usytuowanych w płaszczyznach prostopadłych a równoległych do kierunku prasowania. Większy skurcz liniowy podczas spiekania wystąpi w kierunku prostopadłym do styków cząstek o mniej odkształconej (wygładzonej) powierzchni. Ten kierunek w wypraskach z proszków plastycznych (miękkich) jest prostopadły do kierunku siły prasującej. Sytuacja odwrotna pojawia się w wypraskach z proszków o kruchej, trudno odkształcalnej powierzchni (rys. 2). W niniejszej pracy poddano weryfikacji powyższy model procesu skurczu w odniesieniu do proszków dyspersyjnic umocnionego kompozytu Cu-AI2O3. Proszki kompozytowe zawierające 0,1; 0,18 i 0,3% obj. tlenku glinu wytwarzano metodą wspólstrącania soli miedzi i glinu w roztworach wodnych. Osady suszono, prażono w celu uzyskania tlenków, które z kolei poddano selektywnej redukcji w atmosferze wodorowej. Każdy rodzaj proszku podzielono na trzy porcje, z których jedną poddano niezwłocznie prasowaniu w matrycy o średnicy 7 mm. Pozostałe porcje przechowywano w powietrzu, w temperaturze pokojowej przez 720 godz. (30 dni) oraz przez 2880 godz. (120 dni). Podczas magazynowania na proszkach wytwarzała się powłoka tlenkowa (tab. 1). Struktura cząstek proszku kompozytu wykazuje wyraźną zależność od ilości dodatku fazy Al2O3. Szczególnie drobnoziarnistą strukturą, o równoosiowym ziarnie stabilnym po spiekaniu w temperaturze 1000°C, cechuje się materiał Cu+0,18%Al2O3 (rys. 3). Spieki wykonane z proszków Cu+0,l%Al2O3 i Cu+0,3%Al2O3 wykazują zmianę stosunku skurczów R/A od wartości powyżej 1 do wartości poniżej 1, w miarę wzrostu stopnia utlenienia powierzchniowego proszków użytych do prasowania (rys. 4). Zrównanie promieniowego i osiowego skurczu w materiale Cu+0,18%Al2O3 należy tłumaczyć poślizgiem po granicach ziarn (analogicznym jak w zjawisku nadplastyczności) jako dominującym mechanizmem transportu masy podczas spiekania.

EN

It has often been stated that during sintering of metal powder compacts anosotropy of the linear shrinkage may occur. This anisotropy is observed in two directions perpendicular to each other in the sintered compact. One of these directions is parallel to the direction of pressing the powder prior to sintering. Usually a mass of metal powders is compacted into a cylindrical shape for sintering examination (Fig. 1), and therefore these directions commonly correspond to the radial and axial direction. The ratio radial shrinkage/axial shrinkage (R/A) may have a value of 1, if both percentage linear shrinkage are equal; it may have a value greater than 1 in some cases and in other cases a value smaller than 1. In the previous own papers an hypothesis has been put forward that the anisotropy of shrinkage is the result of the differences in the degree of mechanical deformations occuring on the surface of irregular powder particles in the direction of pressing and crosswise during the previous pressing process. The relative linear shrinkage of compact is of higher value in the direction in which smaller deformation of the surface of powder paricle takes place during pressing. In soft-metal powder compacts this direction is perpendicular to the pressing one. The reversal of the state described above may take place in compacts pressed from hard-material powder or particles with hard-deforming coating (Fig. 2). In the present study the verification of the above model of sintering has been undertaken with reference to composite powders Cu-Al2O3. Dispersion strengthened Cu-Al2O3 composite powders included 0.1; 0.18 and 0.3 vol.% alumina were prepared by co-precipitation of copper and aluminium salts from water solution. The precipitates were dried-ignited to the oxides and selective reduced in hydrogen. One third of each powder was immediately compacted, the second part was exposed to air at room temperature for a period of 720 h (30 days), and remaining part was stored under the same conditions for a period of 2880 h (120 days). The powders have been undergone surface oxidation during storage (Tab. 1). The structure of powder particles is sensitive to alumina content. Compacts sintered from Cu+0.18%Al2O3 have fine, equiaxed grains, approximately 5 microns in diameter. This structure is stable at temperature 1000°C. Sintered compacts with Iower and higher alumina content have greater metal grains (Fig. 3). In sintered compacts made from powders Cu+0.1%Al2O3 and Cu+0.3%Al2O3 the value of R/A decreases with an increasing degree of surface oxidation of metal powder, and can vary from >1 to <1 (Fig. 4). The equalization of radial and axial shrinkages will take place for powder Cu+0.18%Al2O3. In this case the grain boundary sliding (analogous to super-plastic flow) is principally responsible mechanism for material transport.

Słowa kluczowe

PL

anizotropia; umocnienie dyspersyjne; spiekanie; skurcz liniowy

EN

anisotropy; dispersion strengthening; sintering; linear shrinkage

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 3, nr 8
• Strony: 397--401
• Opis fizyczny: Bibliogr. 2 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cyunczyk A.

• Politechnika Rzeszowska, ul. Pola 2, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Cyunczyk A., Anizotropia skurczu podczas spiekania ciał z proszków metali, Archiwum Hutnictwa 1973, 18, 2, 129-141.
• [2] Cyunczyk A., Kiełtyka-Zając B., The Properties of Copper Powders and Sintered Samples Containing Alumina, Powder Metallurgy International 1977, 9, 1, 30-32.