Введение к работе
Актуальность темы. Известными достоинствами технологии порошковой металлургии, дающими право ввести ее в разряд "Технологий будущего", являются: возможность создания различных композиций материалов и получения материалов с особыми свойствами - пористых-проницаемых, высокопрочных, химически- и термостойких, слоистых и др.
Значимым позитивным фактором технологии порошковой металлургии, является возможность использования относительно недорогих источников сырья для изготовления изделий с приемлимым соотношением "цена-качество". К таким источникам сырья относятся не вовлеченные ранее в переработку природные минеральные ресурсы, отходы метачлургии, химии, металлообработки (шламы, стружха) и др.
Одной из таких возможностей является использование природного минерала -"диатомит", основой которого является аморфный диоксид кремния. Промышленные запасы диатомита имеются в Северо-Кавказском регионе.
В настоящее время имеется определенный интерес к получению керамико-металлических и абразивно-металлических композиционных материалов различного назначения, в том числе с использованием в качестве "жесткого" компонента оксидов АЬОэ, ТіОг, Si02 и др. Подобные материалы находят применение для обработки деталей машин (режущие вставки, абразивные гранулы, порошки для магнитоабразивной обработки и др.), в качестве элемешов фильтров, пористых каркасов - высокотемпературных носителей катализаторов, адсорбентов, огнепреградіггелей и др.
Проблемой получения таких материалов остается улучшение комплекса их физических и механических свойств. Добиться этого можно за счет разработки и создания рациональной структуры материала (металлическая матрица с прочно удерживаемыми, равномерно распределенными в ней частицами абразива), либо получения в материале зон реакционного взаимодействия "керамика-металл" с возникновением прочного соединения компонентов. Увеличить гомогенность распределения составляющих композиционного материала, повысить энергию связи на границе разделения фаз, активировать реакционное взаимодействие можно путем предварительного нанесения металлических или металлоидных покрытий (пленок, поверхностных включений и т.д) на частицы дисперсного керамического материала.
Одним из способов получения покрытий на частках порошков я ил я en-я хнмнко-термнческая обработка (ХТО) порошков в вибрирующем слое. Осаждаемая фаза - паро-газовая среда, создаваемая термическим разложением соединений-
носителей, равномерно пронизывает механически-псевдоожиженный слой дисперсного материала, адсорбируясь с последующим . восстановлением до металлического состояния и возможным химическим взаимодействием на поверхности частиц.
Отработанность и универсальность используемого технологического приема делают возможным использование его для получения широкого круга дисперсных композиционных материалов, одному из представителей их посвящена настоящая работа.
Диссертационная работа выполнялась в рамках Государственной научно-технической программы "Технология, машины и производства будущего" по разделу 4 "Порошковые и композиционные материалы, в том числе пьезо- и конструкционная керамика" направления 4 "Мелкосерийная малотоннажная наукоемкая продукция" и инновационной научно-технической программы Минобразования РФ П.И.511.04 "Трансфсрныс технологии, комплексы и оборудование".
Цели н задачи исследования. Целью работы является разработка способа получения и исследование композиционных порошков на основе диатомита и электрокорунда, и спеченных материалоь из них, используемых в качестве абразивных, пористых-проницаемых и каркасных, огнеупорных и др. материалов.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
- разработка процесса нанесения металлической фазы на частицы порошков
абразивов в вибрирующем слое с целью улучшения условий формирования комплекса
свойств (механических, физических) спеченных композиционных материалов.
Построение обобщенной физико-математической модели процесса;
- исследование полученных композиционных полотков и свойств
металлизированных шихт на их основе;
разработка технологических процессов изготовления спеченных композиционных материалов "диатомит-АГ, "электрокоруид-Cu-Fe";
- исследование свойств спеченных композиционных материалов и влияния на
них технологических параметров получения ;
- разработка практических рекомендаций по применению полученных
спеченных композиционных материалов, подбор номенклатуры изделий, выпуск
научно-технической продукции.
Научная новизна. Установлены кинетические закономерности получения композиционных порошков и показана . целесообразность использования разработанного способа ХТО в вибрирующем слое для обработки керамических материалов: порошка минерала диатомит (SiQj) и электрокорунда (А1203).
Получена физико-математическая модель процесса сшггеза композиционных порошков, заключающегося во взаимодействии твердой и газовой фаз в псевдоожнженном состоянии с инициированием процессов осаждения (адсорбции) и фиксацией взаимодействия (адгезия, химическое взаимодействие), созданием условий необратимости реакций (смещение химического равновесия в нужную сторону).
Установлены закономерности изменения химического состава, морфологии поверхности, физических и технологических свойств порошков диатомита и электрокорунда в процессе ХТО.
Установлена возможность эффективного проведения процессов прессования металлизированных шихт на основе оксидов кремния и алюминия в жестких прессформах.
Определены.закономерности формирования свойств (физических, механических, абразивных) спеченных композиционных материалов "диатомит-АГ и "электрокорунд-Cu-Fe" в зависимости от технологических параметров.
Практическая ценность. Разработаны процессы ХТО порошков диатомита и электрокорунда с нанесением на них присадок, слоев, покрытий в виде металлоидов и металлических фаз на основе А1 и Си, соответственно. Спроектирована и изготовлена опытно-промышленная установка для ХТО порошков абразивов в вибрирующем слое. Получены результаты исследований, позволяющие осуществить проектирование технологических прогессов получения изделий ла основе композиционных порошков - "диатомит-АГ' и "электрокорунд-Cu-Fe", различного назначения. Выпущены опытные и опытно-промышленные партии изделий - пористые втулки н пластины, металлоабразивные тела.
Реалнзяцня результатов работы. Результаты работы нашли применение на предприятии "Южэнергопром", г. Черкесск при получении композиционных шихт II спеченных изделий из них (элементы фильтров, абразивные среды для виброабразивной обработки).
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- международной научно>гехнической конференции "Пластическая и
термическая обработка современных металлических материалов", г. С.-Петербург, 17-
19 мая, 1995,
конференции "Применение пластических масс в промышленности", г. Ростов-на-Дону. 1995,
Всемирном конгрессе по порошковой металлургии " World congress on powder metallurgy and particulate materials". June 16-21. 1996 г.. Washington. D.C.
международном конгрессе "LeafPro-96", 17-21 июня I99f>r. г. Ріхтов-на-Доігу
- Российской научно-технической конференции "Новые материалы и
технологии", Москва, МАТИ, 1997.
- 14 международном Планзее-семинаре - "Plansee Seminar'97", Reute, 1997.
- 5-й международной конференции по динамике технологических систем.
г.Ростов-на-Дону, ДП'У, 1997.
- международной конференции "Новейшие процессы и материалы в порошковой
металлургии", Киев, 1997.
ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состави ДГТУ, г. Ростов-іїа-Дону, 1994-1997 гг.
Публикации. Основные материалы диссертации освещены в 11 опубликованных работах. По материалам диссертации подана I заявка на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложений и содержит 161 страницу текста, в том числе 57 рисунков, 12 таблиц, список использованной литературы из 159 наименований.