Strona główna» Usługi» Spiekanie części z proszków» Spiekanie metodą HP-HT

Spiekanie metodą HP-HT

01_Press_DSC_2455-HDR-2.jpgUrządzenia do spiekania wysokociśnieniowego  HP–HT (ang. High Pressure - High Temperature) składają się z pras hydraulicznych oraz specjalnych komór zapewniających odpowiedni rozkład ciśnienia i temperatury. Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych komór wysokociśnieniowych.

W Instytucie Zaawansowanych Technologii Wytwarzania znajduje się hybrydowe urządzenie HPHT-SPS wyposażone w komorę typu Bridgmana umożliwiające zastosowanie zarówno nagrzewania konwencjonalnego prądem przemiennym 50 Hz, jak i prądem impulsowym wysokiej częstotliwości. W zależności od objętości spiekanego materiału możliwe jest spiekanie proszków pod ciśnieniem do 4 GPa lub w zakresie 4÷8 GPa oraz w temperaturze do 2400°C. Urządzenie umożliwia płynne podnoszenie temperatury a równocześnie narastanie ciśnienia, i odwrotnie, możliwe jest jednoczesne płynne obniżanie ciśnienia i temperatury. Jest to unikatowe rozwiązanie dla tego typu aparatury, ograniczające powstawanie naprężeń cieplnych w materiałach spiekanych.

Objętość spiekanego materiału wynosi 1 lub 16 cm3. Materiał umieszczany jest w grzejniku grafitowym o średnicy wewnętrznej 15 lub 27 mm (niekiedy stosowane są specjalne folie izolujące od wpływu grafitu), a następnie w specjalnym wsadzie reakcyjnym, zapewniającym kontakt elektryczny i pseudoizostatyczne warunki spiekania.

02a Sch. pakietu do spiekania.jpg 02b_HPHT-SPS.jpg
Rys. 2a
Wkład reakcyjny do spiekania w komorze typu Bridgmana: 1. pierścień pirofyllitowy; 2. osłona pirofyllitowa; 3. przekładka ceramiczna; 4. blaszka molibdenowa; 5. spiekany materiał; 6. przekładka grafitowa; 7. grzejnik grafitowy
Rys. 2b
Proces spiekania HPHT SPS w systemie z toroidalną komorą typu Bridgmana. Ściskanie izostatyczne wstępnie zaprasowanego proszku jest realizowane przez odkształcenie plastyczne kapsuły (1) pomiędzy kowadłami (2); nagrzewanie wsadu odbywa się stałym prądem pulsacyjnym 1 kHz (3).

 

Różnica między spiekaniem rezystancyjnym a SPS polega na tym, że konwencjonalnie wykorzystuje się prąd przemienny przepływający przez element grzejny, który na skutek oporu rozgrzewa się i następnie ogrzewa proszek, natomiast w metodzie SPS stosuje się periodycznie powtarzane impulsy prądu stałego, które przepływają przez spiekany proszek.
Prąd impulsowy, o impulsach trwających od kilku do kilkuset milisekund i natężeniu dochodzącym do kilku tysięcy amperów, płynie w postaci wyładowań elektrycznych w porach między cząstkami proszku, w wyniku zjawiska tunelowania przez warstwę tlenków pokrywających ziarna proszków lub w wyniku przebicia elektrycznego.

03_HPHT SPS.jpg

Rys. 3. Schemat mechanizmu spiekania

W miejscu tworzenia się szyjek występuje znacznie wyższa temperatura niż we wnętrzu cząstek. Wyładowania elektryczne wpływają na oczyszczenie powierzchni spiekanych cząstek, często przez zjawisko odparowania, w wysokich temperaturach powstających w punktach styku cząstek, dzięki czemu następuje uaktywnienie tych obszarów. Główną korzyścią spiekania z wykorzystaniem silnoprądowych impulsów prądu stałego, dzięki znacznie większej energii niż w innych metodach, jest bardzo krótki czas trwania procesu. SPS to bardzo atrakcyjna technika, nie tylko do zagęszczenia materiałów ceramicznych, a także do syntezy wielu rodzajów materiałów.

Spiekanie wysokociśnieniowe HP-HT stosuje się do materiałów supertwardych, takich jak diament i regularny azotek boru (cBN), przeznaczonych na ostrza narzędzi, ale także do innych materiałów np. nanoproszków, materiałów wysokotopliwych.
Pod wpływem równoczesnego działania ciśnienia i temperatury spiekanie następuje znacznie szybciej niż w przypadku metod bezciśnieniowych. Krótki czas trwania procesu przyczynia się do ograniczenia rozrostu ziarna, który jest istotny w przypadku spiekania nanomateriałów. Materiały otrzymane metodą HPHT charakteryzują się wysokim stopniem zagęszczenia (do ok. 99,9%), izotropią właściwości oraz niekiedy zupełnie innym składem fazowym w stosunku do tego samego materiału spiekanego swobodnie, z powodu odmiennych warunków termodynamicznych procesu.

4.jpg 5.jpg
Spieki z materiałów supertwardych
a) bezpośrednio po procesie spiekania;
b) po procesie szlifowania

Przykłady narzędzi z materiałów supertwardych otrzymanych w IZTW

Do pobrania

Adobe Acrobat Document karta katalogowa pdf [325.03 KB]