无压浸渍法的烧结理论

1、无压浸渍法的烧结理论2徐省盘:无压浸渍法的烧结理论第1卷第2期无压浸渍法的烧结理论【中国地质大学探矿工程研究所北京102405)7-F/;摘要:用无压漫渍法制造盎刚石工具,在烧结过程中要发生一系列物理,化学变化.本文就粘鲒叠属熔化前,后的烧结理论作简要阐述.关键!竺三堡生墅竺-_;受凌无压浸溃法的粉末冶金原理,是熔化后的粘结金属对具有湿润性的骨架粉末的浸溃并使其制品能理,化学变化它作为一种特种粉末冶金工艺在我们地质钻探工具制造行业推广以来,其应用范围已不仅限于石油钻头,扩孔器,造型复杂的阶梯地质钻头和大体积,多形变的工具,随着经济发展,技术改进,市场需要,其应用范围已扩展到其他行业的各个方面工

2、艺虽然比较成熟,经验也不少,但理性文章年实践经验阐述无压浸溃法的烧结理论问题.1粘结金属未熔化前被烧结体的炉内状态还原为了减少对粉末,钢体的氧化以及对金刚石的热损伤,缩短绕结时间,一般被烧结体(以下简称模具)是在炉温达到粘结金属熔点以上时,高温入炉.人炉后的模具由室温骤然接触1000C以上的高温,炉内大量热能以幅射,传导,对流方式迅速传人模具在宏观上表现为模具温度急剧上升,体积迅速膨胀,水份和挥发性物质迅速排出体外,粉末间隙中转变为粉末,钢体,粘结金属,石墨等组件的内能.炉内的氧及粉末中的氧与粉末本身及钢体,石墨作用生成氧化物.如:W+o2一wozFe+o2一FeOC+o2一CO2同种元素的氧

3、化,因氧化条件不同,生成不同氧化物并发生相应颜色变化.如:FeO(蓝色),Fe3o4(灰褐色),Fezo3(褐色),w03(黄色),0o29(w9蓝色),w4o11(WO275紫色),w(褐色)炉内的保护气体,目前很多厂家采用设备简单,成本低廉的以木炭和石墨模具本身与氧作用产生还原气体化了工艺并起到相当保护作用,但产生一氧化碳的温度(即碳与氧的作用温度)是在5oo温度之前,在还没有产生CO时,模具人炉后部分粉被氧化然后再进行还原,这与氢气保护或真空烧结方法是不同的.用一氧化碳还原被氧化的钢体,是从高价至低价进行的当炉温小于570C时,还原如下进行:Fe304+4CO3Fe+4C当炉温大于570

4、C时,是分步进行的:3Fb03+CO一2Fe304+CFe304+CO一3FeO+CFeO+COFe+C用一氧化碳还原氧化钨,根据wOc系中的稳定态区域温度要在730C以上.用H2还原三氧化钨,当温度高于584C时分四步进行:w03一w9一w75一w02一w当温度低于584C时,还原分三个阶段:fI|谚一WO29一舰与一应当指出,WO2.9的特点是自燃性很高,在使用中应注意这一特性.在烧结的系统中,炉内木炭,模具总会有一定水分,唐为鑫ll指出:在升温过程中,在有固体碳及一氧化碳情况下,水分蒸发成蒸汽,水蒸气与炽热的碳原后,生成的水蒸气又将全部地与固体碳,CO发生反应.在温度大于800C时反应为

5、:2(XO年g月地境装备35FeO+=Ire+H2OH20+CO=Co2+H2总反应为:FeO+CO:Ire+C嘎从总反应中可以看出,H2只是在还原过程中起参与作用,不是反应中的反应物,只起触媒作用胎体粉末在装料前都要经过长时间的球磨,球磨目的,一是使配方中各组元成分分布均匀化,二是增加各组元粉末颗粒的分散性,以其细化,钝化粉末颗粒,去掉粉末颗粒表面的氧化皮,增强粉末流动性和松装密度.粉末在入炉前,由于敲震,压实等严格工艺操作,基本实现在模具中密度均匀化,并达到了设定摇实密度.入炉后,由于钢体与石墨模具,石墨模具与粉末,钢体与粉末,甚至粉末各组元之间线膨胀系数存在较大差异,使模具中的粉末有的受

6、到挤压,有的部位空问增大,造成有的部位密度增加,有的部位密钻头为例(如图1),在l区钢体比石墨线膨胀系数大(钢为15x10"/.c,石墨为5x10/.c,钨为4x受到挤压而使其密度增加,而在2区粉末密度会降低.圈帖结童一Z钻头铜体圆-泉粉束口石-接具围1无压烧结示意图(石油钻头)粉末颗粒问的气体及其他挥发性物,遇到高温会迅速膨胀和挥发,在迅速排除体外过程中将对周力因升温也会逐渐消除,这些对粉末密度都会产生影响.因此,模具高温入炉后,其粉末密度将会发生重组.对石油钻头而言,其分部状态是:在钢体重压下模具底唇粉末3区最高,外侧l区粉末次之,而内侧2区粉末密度最低.1.g粉末的扩散,升华,

7、烧结固体颗粒在高温时粘合成聚结体的现象称为烧烧结按其规律分为固相烧结和液相烧结.固相烧结是以缩小烧结体的比表面,降低烧结体的表面自由能为特征.液相烧结是由于液相对固相的温润从而降低烧结体的自由能.就无压浸渍法而言,粘结金属未浸渍前的烧结为固相烧结,浸渍后的烧结为液相烧结胎体粉末由于粒度很小,存在着巨大表面能(O1肿的金属,粉末的表面能大约为370卡/克分子),使其在较低温度下就能进行烧结.据测定,金属粉末一般在800.C以前,颗粒之间只是表面扩散,整体强度虽然提高了,但比重基本不发生变化800C以后比重才快速增大,强度也相应增强有人测定了各种金属的粘结温度,如果将某金属的熔点的绝对值设为Tm,

8、则Tin×(0.43一O.5)以上的温度作为该金属的粘结温度l2J图2是铜粉的粘结强度与加热温度之间的关系,随温度升高,粘结强度增大70o住O7椰7舯7呻80o温度()国2铜粉粘结强度与温度的关系当炉温达到800-900.C时,模具中的WC骨架颗粒问便开始表面自扩散,随加热时间增加,接触部份面积也增加,颗粒间距离减小,相互靠拢开始收结,在10oO.C以下时其线收缩只有08%.模具的程中由于各种膨胀差的影响会现裂纹或隐裂纹.为了调整胎体的性能往往在骨架粉末中加入熔点相对较低的其他元素,它们在高温时的扩散和升徐省盘:无压浸渍法的烧结理论第l卷第2期华不仅提高了胎体性能,强化了固相烧结强度

9、,而且在粘结金属浸渍过程中,由于这些元素与粘结金属湿润性好并呈麻络分布,对浸渍有诱导作用应当指出,骨架粉末如已氧化,颗粒表面的氧化膜将阻碍原子的表面自扩散,氧化严重的粉末将不会产生固相粘结.14随妒温升高模具各组件的变化(1)木炭和石墨当炉温在4oc氧反应生成二氧化碳C+o2一C大约在5o0oc60ooc很快出现不完全燃烧反应:2C+022CO在碳源充足条件下,在10130以上时,碳氧化物只能一氧化碳形式存在.(2)熔剂(硼酸)HB嘎(硼酸)约在170"12时开始脱水,在3oooc时脱水成为B203(硼酐)并在熔融状态下与未熔化的粘结金属呈粘附接触,与粘结金属表面氧化物作因氧化而发生

10、熔点变化.如:CuO+B2o3一cu(Bo2)2(兰色)NiO+B2q(B)2(绿色)熔融的熔剂由于比重小将浮盖在熔化的粘结金属上面,具有隔氧作用.(3)钢体钢在200"12前氧化非常缓慢,肉眼很难辨认,5130左右氧化明显加速,其还原顺序:Fe2(褐色)一304(灰褐色)一FeO(黑色)一如果钢体与液态粘结金属中的某些元素具有共晶或能生成新的合金,由于该合金一般熔点较低,钢体将部分被熔解(物理腐蚀).如有的粘结金属偏析出的锌,由于在高温下浓度起伏作用,在钢体与熔融锌的接触处,粗略地可以认为生成F卜台金液体并流入液态粘结金属中,钢体部份被熔解后,新相金属将充填其位粘结金属充填不到的地

11、方将形成凹坑.(4)钨粉钨粉(w)作为制品的易加工部份直接暴露在空气氧化环境中,是在烧结过程中受到影响较多的部分钨粉约在4oc开始氧化,5o0c左右氧化加速,使w粉表面生成一层兰紫色的氧化薄膜,在较高温度下很陕氧化为黄色的wo,WO3挥发性很强,在4O0oc就开始挥发,在850oc伽oc则显着挥发.0.6%,出炉后经常可看到通过模套间隙跑出来的这种黄色粉末(w0).(5)粉末中的气体据计算粉末中的气体约占松装粉末体积的40%,由于金属粉末存在巨大表面能,这在热力学上是不稳定的,为了降低自身的表面能就必将导致吸体,并产生吸附膜.骨架粉末中的气体遇热要膨胀,空气的密度在20"12时为1.

12、2km3,在lo0oc时为0.95kg/m3,在9o0oc时为0.3kg/m3,空气中的氧,氢等分子在高温时将会吸热分解,呈原子,离子态j活化了与粉末,粘结金属的作用2粘结金属熔化后的浸渍炉温达到粘结金属熔点并开始浸渍前,被浸渍的模具已经过了固相烧结,使其成为具有一定粘结结.影响液相烧结的因素很多,如骨架粉末的性质,粒度,形状,松装密度,粘结金属的性质,成份,熔点,与骨架粉末的湿润性,烧结工艺,模具的设计,保护气体及温度场的均匀性.有些因素(如每种粘结金属的液态特征)还需进一步研究,现就液相缦渍的一般规律作一粗浅的讨论.粘结金属熔化并超过熔点一定温度后,在粘结金属重力和毛细作用下,首先向骨架粉

13、末密度较小的周边渗透(在实践中可以观察到这种"富壁现象"),然后向内部沿着颗粒间孔隙浸渍渗进颗粒间隙的液相,由于毛细管力而产生的颗粒间相互靠拢的分力,使骨架粉末颗粒有一定位移骨架粉末孔隙中的气体,因液相湿润固相必须满足固相表面张力大于液相表面张力,也大于固相界面张力和固液两相界面能的热力学条件,所在浸渍过程中固一气界面逐渐消失,液相逐渐包围骨架颗粒,这时被围在液相内的大小不同的气孔中的气体,由于液相作用在大小气孔上的压力差,促使液相在这些气孔间蠕动,气体则逐渐上升,在高温下这些气体中一部分元素已原子,离子化与粘结金属作用并熔解在粘结金属中,一部分将被液相排除体外.(下转第2

14、8面)洪瀑:面向阐井的DBMS设计与实况第1卷第2期7系统安全与日志系统.系统通过维护用户名表和静态授权表来实现安令,静态授权表记录了用户对数据库中表的访问权限用户名表和静态授权表是属于系统的特殊的基本表,其中静态授权表示意关系如表1表1静态授权表日志系统采用每一该变数据库状态的请求发生之前,DBMS服务程序以独占的方式打开日志文件,向其中追加事务名称,将发生改变的变量的初值,然后关闭日志文件.如果事务成功,DBMS服务程序以独占的方式打开日志文件,向其中追加事务成功的记录,如果事务夭折,DBMS服务程序以独占的方式打开日志文件,向其中追加事务失败的记录,并恢复数据库的初始状态.参考文献:1唐

15、常杰,相利民等:数据库管理系统设1与实现.电子工业出版社,19932T黑格尔:数据库实现方法,科学出版社,19863周龙骧:数据库管理系统实现技术,中国地质大学出版社,19894史嘉权:数据库系统基础教程,清华大学出版社,19995吕映芝,蒋维杜等:编译原理.清华大学出版社,1998(收稿日期:2O0O年1月9日)DesignandImplementationofDBMSforWellLoggingMaract:ThisarffcleHdet,tedtothedesignandimpleraenlationofasmall,瑚abkand哪艘t0DBMS,acordingtatherealne

16、ed.fthenmnagementtodatausedinwellkng.(by.HangPueta1)Keywords:DBMS,DataDictionary,ModuleSQLConcurrentControl,HashTable(上楼第36面)在浸渍过程中,根据配方不同,组元间也会发生小量溶解和晶颗长大现象浸渍的前期浸渍速度是较快的,以后随着液相携带的超细粉末对浸渍通道的充图3金相组织填,毛细管的淤塞效应,颗粒间的拱桥,粘结金属中一定保温时间内液相完全湿润固相并渗透到孔隙中,钢体与胎体由于热扩散而焊接,整个胎体成为一个组织均匀的"假合金"(如图3).参考文献:一I廖为鑫:粉末冶金过程热力学分析,冶金lr业出版:2松山茅治等箸(日):粉末冶金学,科学出版社,1s:3".M费多尔饮科等箸(苏):粉末冶金原理,冶金工业出版社,1974:4硬质合金的生产,冶金工业出版社,1974(收稿日期:1999年8月10日)TheSinteringTheoryforSoakingMettlt1withoutPressureAbstr