ВВЕДЕНИЕ

 Главная      Учебники - Производство     Порошковое материаловедение

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7 

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ


Роль материалов в научно-техническом прогрессе исключительно велика. Уровень температур и нагрузок в современном машиностроении, развитие элементной базы вычислительной техники, производительность металлообрабатывающих и добывающих отраслей, эксплуатационные ресурсы изделий в химической промышленности, атомной и ракетной технике, высокие показатели работы устройств в энергетике, электронике, радиотехнике и др. - все это в существенной мере зависит от качественных характеристик используемых материалов.

Среди современных материалов все большее внимание привлекают порошковые объекты, исходным сырьем для получения которых являются порошки металлов и неметаллов. Порошковая технология — это широкая область получения дисперсных тел, применяемых в разнообразных отраслях производства - порошковой металлургии, керамической промышленности, получении пищевых и лекарственных продуктов, удобрений, топлива, строительных материалов и др. Данная монография посвящена вопросам порошкового материаловедения применительно к порошковой металлургии. Следует иметь в виду, что этот вид промышленности имеет много общего с так называемой нетрадиционной керамикой. Неметаллические жаропрочные и инструментальные материалы, ферриты, высокотемпературное ядерное топливо, диэлектрики - эти и некоторые другие материалы рассматриваются специалистами обоих направлений, что оправдано методологически. Аналогичный подход автор стремился осуществить и в данной монографии. Однако в силу ограниченности объема не все вопросы освещены достаточно подробно, иногда обозначены лишь контуры обсуждаемых проблем. Многие из приведенных таблиц имеют лишь иллюстративный характер и не претендуют на справочную исчерпанность. Кроме того, проблематика порошкового материаловедения далека от канонизации и содержит также другие вопросы, заслуживающие внимания. Например, следует отдельно обсудить аспекты электронного строения, твердофазных реакций, механизма и . моделей деформирования порошковых объектов. Большей детализации требуют также материалы гл. III. Цель же настоящей монографии - ввести читателя в курс основных вопросов порошкового материаловедения.

Характер авторского изложения во многом обусловлен педагогической работой, которую вел автор в течение многих лет в Московском институте тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова и во Фрунзенском политехническом институте. Монография развивает положения, которые частично были освещены ранее [I].

Автор признателен профессору Ю.В. Левинскому за ценные замечания по рукописи, способствовавшие ее улучшению.
 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

С элементами порошковой технологии человечество соприкасалось еще в глубокой древности - изделия из обожженной глины найдены в раскопках, относящихся к неолиту (около 15 тыс. лет назад). Начинается порошковая металлургия с получения кричного железа, первые находки которого датируются XV в. до н.з. Освоение человеком гончарного производства и использование железа для орудий труда и в оружии - важные исторические вехи цивилизации.

Становление порошковой технологии в современном понимании происходит гораздо позже. Его принято,, например, датировать 1827 г., когда в ’’Горном журнале” появилась статья П.Г. Соболевского ”06 очищении и обработке сырой платины”. П.Г. Соболевский и В.В. Любарский предложили технологию переработки самородной платины путем растворения ее в царской водке, осаждения хлорплатината аммония, прокаливания с получением платиновых порошков, их последующего прессования, спекания или горячего прессования. Эта технология была реализована на монетном дворе, где было изготовлено платиновых монет на сумму более 4 млн. руб. (18261844) [1, 2]. Работа П.Г. Соболевского и В.В. Любарского представляется интересной и как иллюстрация решения и реализации важной государственной задачи за короткое время. Характерно, что творческий коллектив состоял из специалистов разных профилей; научные, технические и производственные задачи решались совместно. С начала нынешнего века методы порошковой металлургии завоевывают себе непререкаемый авторитет в области изготовления тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена) и твердых сплавов, но наиболее интенсивное развитие они получают начиная с 50-х годов.

Примерно в это же время все более широкие исследования начинают проводить в области нетрадиционной керамики и тугоплавких соединений [2, 3j. Большое значение для становления порошкового материялбведения имели изданные в 40-50-х годах монографии М.Ю. Бальшина (’’Порошковое металловедение”), Кинджери; ("Введение в керамику”), Г.В. Самсонова и Я.С. Уманс-кого (’’Твердые соединения тугоплавких металлов”), Киффера и Шварцкопфа (’’Твердые сплавы”) и некоторые другие. Принципиальную роль в развитии физического подхода к описанию процесса спекания сыграли статьи Я.И. Френкеля и Б.Я. Пинеса, опубликованные в 1946 г. Результаты этих работ во многом определили дальнейшее Развитие теории спекания, оказали решающее влияние на постановку многих теоретических и экспериментальных исследований в СССР и за рубежом [2, 4]. Важно также отметить, что работы в области физики спекания широко использовались при обсуждении технологических
аспектов как порошковой металлургии, так и керамического производства.

В середине 50-х годов крупный ученый-материаловед Герой Социалистического Труда И.Н. Францевич создает в Киеве Институт проблем материаловедения (до 1965 г. назывался Институтом металлокерамики и спецсплавов), в который для работы были приглашены крупные специалисты в различных областях материаловедения: И.М. Федорченко (порошковые материалы и порошковая металлургия), В.Н. Еременко (физическая химия, диаграммы состояния), Г.С. Писаренко (прочность материалов), Г.В. Самсонов (тугоплавкие соединения), С.Г. Тресвятский (оксидная

керамика), И.Д. Радомысельский (порошковая металлургия) и др. Работы этого института, возглавляемого с 1973 г. крупным специалистом в области физики прочности В.И. Трефиловым, оказывают большое влияние на развитие идей порошкового материаловедения.

' История порошкового материаловедения заслуживает, конечно, более детального изложения. В приведенном кратком описании хотелось подчеркнуть глубокие корни порошковой технологии, синтетический характер порошкового материаловедения как научного направления. Важно также отметить, что развитие порошковых материалов всегда проходило в тесной связи с развитием производительных сил общества. В настоящее время порошковая технология в высшей степени отвечает требованиям ресурсосбережения и малоотходности, обеспечивая также возможность создания материалов, которые по физико-механическим и эксплуатационным характеристикам превосходят материалы, изготовляемые традиционными способами. Пористые материалы, многие антифрикционные, фрикционные, жаропрочные, инструментальные композиции, многие материалы со специальными магнитными, ядерными, электрическими и другими свойствами могут быть изготовлены только с использованием порошков.

Ресурсо- и энергосберегающие возможности порошковой металлургии можно проиллюстрировать данными о коэффициенте использования металла (КИМ) и энергозатратах на 1 кг продукции для различных методов изготовления [5]:
Важность порошковой технологии, позволяющей изготовлять принципиально новые материалы, использование которых выводит технику на более высокий уровень, наглядно можно показать на примере нитрида кремния, применение которого в газотурбинных установках позволит повысить рабочую температуру на 300-400 *С, в то время как у традиционных никелевых жаропрочных сплавов темп роста рабочих температур составляет около градуса в год [6]. Реализация замечательных свойств ультрадисперсных и аморфных порошков в магнитных, конструкционных и инструментальных материалах в подавляющем большинстве случаев возможна только с применением методов порошковой технологии.

Не случайно, что именно порошковая металлургия рассматривается как наиболее перспективная для развития космической индустрии [7].

Автору уже приходилось подчеркивать сложный синтетический характер порошковой металлургии: как область техники она отличается межотраслевым характером, отражая интересы химической технологии, металлургии, технологии машиностроения; как научное направление это дисциплина, граничащая с химией твердого тела, физикой дефектных кристаллов, реологией и физико-химией дисперсных сред, физикой и химией высоких давлений и энергий, стереологией и топологией, физикой прочности, механикой деформируемого тела, физико-химической механикой, кибернетическим материаловедением [8, 9]. Это все относится и к порошковому материаловедению. Важно также подчеркнуть органическую связь последнего с материаловедением вообще, что проиллюстрировано в капитальной монографии [10].

Отмеченный широкий междисциплинарный характер порошкового материаловедения сказывается на характере информации в этой области. С одной стороны, информационный поток - статьи в периодике, публикации в сборниках, трудах конференции, симпозиумов, семинаров, монографии, патенты и авторские свидетельства - весьма значителен; с другой стороны, вся эта информация существенно рассеяна по разнородным источникам [11].

В настоящее время наметилась интересная тенденция к слиянию технологии с материаловедением, во всяком случае к более тесному их взаимодействию. Технолог, разрабатывающий, например, режимы получения магнитных материалов, должен хорошо разбираться в вопросах влияния примесей и текстуры на магнитные свойства, свободно ориентироваться в диаграммах состояния. В свою очередь, материаловед должен быть информирован о многовариантности способов получения изделий в рамках порошковой технологии и Других методов. При создании современных материалов, требования к

которым очень многообразны и весьма противоречивы, учет технологических, материаловедческих, технико-экономических и экологических вопросов представляется необходимым. Исследователи практически всегда сталкиваются с задачами вариационного типа, эмпирические и интуитивные методы постепенно вытесняются системным анализом с использованием вычислительной техники. Возможности кибернетического материаловедения на примере оптимизации поиска сверхпроводниковых соединений раскрыты в работе [12]. Ирландская фирма ’Tolydate” совместно со шведской фирмой ’’Hoganas” разработали компьютерную систему ’’CASIP” (’’Cejnputer Aided Selection of Iron Powder”), предназначенную для выбора оптимальных материалов на железной основе с учетом предъявляемых требований по свойствам и стоимости.