Nghiên cứu về quá trình thiêu kết và cơ chế của các phân đoạn kim cương

1. Tổng quan về thiêu kết

Thiêu kết là một trong những quá trình cơ bản nhất trong quá trình sản xuất luyện kim bột, và nó cũng là quá trình chính cuối cùng. Nó đóng một vai trò quyết định trong hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Thiêu kết là "cửa ngõ" của sản xuất lưỡi kim cương.

 

Quá trình thiêu kết là một loạt các quá trình vật lý và hóa học phức tạp như khuếch tán, nóng chảy, dòng chảy, co ngót và kết tinh lại giữa các loại bột ma trận kim loại được nén chặt dưới sự ép nóng, tạo ra một liên kết mạnh giữa các hạt ma trận, làm cho sản phẩm mạnh mẽ và có độ cứng và sức mạnh nhất định.

 

Quá trình thiêu kết chủ yếu đề cập đến hệ thống thiêu kết và đường cong được vẽ theo mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian. Do đó, nhiệt độ thiêu kết phải được xác định trước tiên theo thành phần và tỷ lệ của ma trận lưỡi cưa, kích thước và thông số kỹ thuật của lưỡi cưa, v.v., và sau đó phải xác định phương pháp sưởi ấm và thời gian cách điện sau khi đạt đến nhiệt độ thiêu kết.

 

1). Xác định nhiệt độ thiêu kết

For a certain saw blade product, since its matrix composition has been determined, its sintering temperature is a fixed temperature range. This range is generally specified at the optimal temperature sintering point plus or minus 10°C, and the sintering temperature is generally about 2/3 of the melting point of the main component, that is, Tsintering>2/3Tmelting. Nhiệt độ thiêu kết thực tế được xác định bằng các khối thử nghiệm thiêu kết thử. Nhóm đầu tiên của các khối thử nghiệm được xác định theo nhiệt độ trên. Sau khi thiêu kết thử nghiệm, màu sắc, điều kiện bề mặt, kết tinh, vv của các khối thử được quan sát để xác định xem chúng bị đốt cháy quá mức hay bị đốt cháy. Sau đó, nhiệt độ thiêu kết của nhóm các khối thử nghiệm thứ hai được đưa ra, và các nhóm thử nghiệm thứ ba và thứ tư được kiểm tra theo cùng một cách cho đến khi thu được nhiệt độ thiêu kết thích hợp.

 

2). Thời gian thiêu kết

Thời gian thiêu kết và nhiệt độ thiêu kết là một cặp thông số liên quan, bởi vì khi nhiệt độ thiêu kết được tăng lên một cách thích hợp, thời gian cách nhiệt của điểm thiêu kết có thể được rút ngắn tương đối, nhưng nếu kiểm soát không đúng, sản phẩm sẽ bị biến dạng, các hạt sẽ phát triển và thậm chí phân biệt sẽ xảy ra, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Khi nhiệt độ thiêu kết thấp, thời gian cách nhiệt của thiêu kết phải được mở rộng, nếu không sản phẩm sẽ bị đốt cháy. Sự chênh lệch nhiệt độ thiêu kết không thể quá lớn, thường là khoảng 20oC.

 

2. Phân tích lý thuyết về quá trình thiêu kết

Sau khi bột ma trận được thiêu kết, sức mạnh của cơ thể thiêu kết tăng lên. Đầu tiên, cường độ liên kết giữa các hạt bột tăng. Trong quá trình thiêu kết, do nhiệt độ cao, sự di chuyển của các nguyên tử trong cơ thể bột tăng cường, cho phép nhiều nguyên tử đi vào bề mặt tiếp xúc giữa các hạt tạo thành bề mặt liên kết. Hơn nữa, khi bề mặt liên kết mở rộng, sức mạnh của cơ thể thiêu kết cũng tăng lên. Bề mặt liên kết mở rộng để tạo thành một cổ thiêu kết, do đó giao diện hạt ban đầu tạo thành giao diện hạt và khi sự thiêu kết tiếp tục, ranh giới hạt có thể di chuyển vào bên trong của hạt, dẫn đến sự phát triển của hạt.

 

Sự gia tăng sức mạnh của cơ thể thiêu kết cũng được phản ánh trong việc giảm thể tích lỗ rỗng và tổng số lượng lỗ chân lông, cũng như sự thay đổi hình dạng của lỗ chân lông. Khi cổ thiêu kết phát triển, các lỗ chân lông ban đầu được kết nối giữa các hạt dần dần co lại vào lỗ chân lông kín và sau đó trở nên tròn. Kích thước và số lượng lỗ chân lông cũng đang thay đổi, nghĩa là số lượng lỗ chân lông giảm, trong khi kích thước lỗ rỗng trung bình tăng.

 

Sự hình thành của bề mặt liên kết hạt thường không dẫn đến sự co ngót của cơ thể thiêu kết. Do đó, mật độ không đánh dấu sự khởi đầu của quá trình thiêu kết, và chỉ có sự gia tăng sức mạnh của cơ thể thiêu kết là một dấu hiệu rõ ràng của thiêu kết. Với sự phát triển của cổ thiêu kết, việc giảm tổng thể tích lỗ rỗng và rút ngắn khoảng cách giữa các hạt, quá trình mật độ của cơ thể thiêu kết thực sự bắt đầu. Như đã đề cập ở trên, ngoài sự phát triển của cổ thiêu kết trong quá trình thiêu kết, phần nhỏ gọn có thể được dày đặc và co lại; Diện tích bề mặt sẽ giảm; Sức mạnh có thể được tăng lên, và độ dẫn điện sẽ tăng lên. Các tham số này cung cấp khả năng mô tả quá trình thiêu kết. Trong hầu hết các trường hợp, quá trình thiêu kết đi kèm với sự giảm kích thước của cơ thể thiêu kết. Tham số mật độ của nó có thể được thể hiện là:

• Φ=(ρs–ρg)/(ρt-ρg)
• trong đó {-- mật độ cơ thể thiêu kết;
• ρt -- Mật độ lý thuyết;
• ρg -- Mật độ được nén.

 

Hình dưới đây cho thấy những thay đổi trong một số tham số khi thiêu kết đẳng nhiệt được thực hiện ở hai nhiệt độ (T2, T1), phản ánh các tác động chính của thời gian và nhiệt độ đối với quá trình thiêu kết.

 

 

 

Quá trình thiêu kết đẳng nhiệt của bột có thể được chia thành ba giai đoạn với ranh giới không rõ ràng (sơ đồ như sau).

 

 

 

 

• (1) Giai đoạn ban đầu - Giai đoạn ban đầu của thiêu kết, hoặc giai đoạn liên kết. Các điểm tiếp xúc ban đầu hoặc bề mặt tiếp xúc giữa các hạt được chuyển thành liên kết hạt, nghĩa là cổ thiêu kết được hình thành thông qua các quá trình di chuyển nguyên tử như tạo mầm và tăng trưởng. Giai đoạn này chủ yếu liên quan đến thu hồi kim loại, bay hơi của khí và nước hấp phụ, và phân hủy và loại bỏ tác nhân tạo thành trong nhỏ gọn.
• (2) Giai đoạn trung gian - Giai đoạn tăng trưởng cổ thiêu kết. Sự di chuyển quy mô lớn của các nguyên tử đến bề mặt liên kết hạt khiến cổ thiêu kết mở rộng, khoảng cách giữa các hạt giảm và mạng rỗng liên tục hình thành. Đồng thời, do sự phát triển của hạt, ranh giới hạt di chuyển trên các lỗ chân lông và lỗ chân lông biến mất với số lượng lớn nơi ranh giới hạt quét. Tăng mật độ và sức mạnh là những đặc điểm chính của giai đoạn này.
• (3) Giai đoạn cuối cùng - Giai đoạn hình cầu lỗ rỗng và co ngót. Hầu hết các lỗ chân lông được tách hoàn toàn, số lượng lỗ chân lông đóng tăng lên rất nhiều và hình dạng lỗ rỗng có xu hướng hình cầu và tiếp tục co lại. Trong giai đoạn này, toàn bộ cơ thể thiêu kết vẫn có thể co lại chậm, nhưng điều này đạt được bằng cách biến mất của lỗ chân lông nhỏ và giảm số lượng lỗ chân lông. Tuy nhiên, vẫn còn một số lượng nhỏ lỗ chân lông nhỏ bị cô lập còn lại không thể loại bỏ.