Глава 1. Классификация методов получения порошков (стр. 6 )

можно использовать нагретое компактное тело (например, металлический наконечник, надетый на карборундовый стержень). Воспламенение от такого нагретого тела происходит при температурах более высоких, чем воспламенение от спирали, что также объясняют происходящим более интенсивным окислением частиц исследуемого порошка.

Численные значения показателей воспламеняемости металлических порошков (табл. 22) не являются константами вещества, а представляют собой индивидуальные характеристики только конкретного исследуемого порошка при данных условиях испытания и зависят от многих факторов, среди которых решающим является дисперность порошка. По мере уменьшения размера частиц температура воспламенения снижается и высокодисперсный порошок становится пирофорным, т. е. приобретает способность самовоспламеняться при комнатной температуре. Порошок с частицами неправильной формы с выступами и острыми краями воспламеняется легче, чем порошок с частицами округлой формы. Состав окружающей атмосферы существенно влияет на температуру самовоспламенения, так как определяет величину термодинамических эффектов кинетику окисления и свойства образующейся оксидной пленки. Воспламеняемость порошков сплавов во многом зависит от их фазового состава. Технология порошков влияет на их воспламеняемость в той мере, в какой она определяет химический состав, дисперсность, форму и окисленность частиц порошка, а также другие характеристики как поверхностной так и внутренней структуры металла.

Взрываемость порошка. Сверхвысокие скорости химического взаимодействия порошка с кислородом приводят к почти мгновенному выделению энергии, которое сопровождается образованием и распространением взрывной волны - происходит взрыв. Металлические порошки, располагающиеся слоем (аэрогели), не способны взрываться, хотя могут стать источником взрыва в результате выброса пылевого облачка, его воспламенения и интенсивного горения частиц. Поэтому, говоря о взрываемости порошков имеют в виду взрываемость аэрозолей, т. е. взвеси металлических частиц в газе. Показателями взрываемости порошка могут служить температура воспламенения (при которой происходит возникновение пламени во всем объеме аэрозоля), нижний концентрационный предел (НКП), верхний концентрационный предел (ВКП) конечное давление взрыва и скорость его нарастания. Практически для оценки степени опасности работы с металлическими порошками достаточно определить для каждого из них температуру воспламенения и нижний концентрационный предел взрываемости НКПВ представляющий собой максимальную концентрацию порошка в газе, при которой в случае начавшегося воспламенения группы частиц процесс горения еще не распространяется в аэрозоле самостоятельно.

Характеристики взрываемости (табл.22) в основном зависят от дисперсности металлического порошка, степени его окисленности и содержания кислорода в газовой фазе. Обычно воспламеняются и взрываются во взвешенном состоянии порошки крупностью частиц < 150—200 мкм. Газодисперсные системы, содержащие более мелкие частицы, имеют меньшие температуры воспламенения и НКПВ, большую скорость нарастания давления и большее максимальное давление при взрыве; это связано с возрастанием удельной поверхности и, соответственно, активности порошка. Степень окисленности частиц сильно влияет на взрывоопасность порошка; особенно активны и опасны свежеприготовленные порошки. Содержание кислорода в газовой фазе (окружающей атмосфере) существенно влияет на характер протекания процесса взрыва аэрозолей металлов, поскольку тепловой взрыв происходит в основном вследствие интенсивной экзотермической реакции окисления металла. Уменьшение содержания кислорода обычно понижает взрывную активность аэрозолей металлов. Однако некоторые аэрозоли металлов могут воспламеняться и при отсутствии кислорода в окружающей газовой атмосфере (азот, углекислый газ и др.), с которой металл может реагировать с выделением тепла).

Токсичность порошка. Систематическое вдыхание металлических порошков независимо от их вида может привести к профессиональным заболеваниям. Практически пыль (обычно размер частиц < 4 мкм) любого из металлов, в том числе и совершенно безвредных в компактном состоянии, воздействует на человека и вызывает патологические изменения в его организме. В связи с этим предельно допустимые концентрации (ПДК, мг/м3) аэрозолей металлов и их соединений в окружающей атмосфере достаточно малы и составляют, например, 0,001 для бериллия, 0,1 для V2О5 и СиО, 0,5 для оксидов и металлических кобальта и никеля, 2 для алюминия и хрома, 4—6 для оксидов и металлического железа, 6 для вольфрама, 10 для свинца.

При работе с металлическими порошками необходимо строго выполнять специальные меры, обеспечивающие безопасность работы, и соблюдать личную гигиену.

Вопросы для повторения

1.  Что понимают под химическими свойствами порошка?

2.  Перечислите факторы, влияющие на газосодержание порошков.

3.  Расскажите о пожароопасности порошков.

4.  Приведите характеристики взрываемости порошков.

5.  Назовите ПДК для порошков трех-четырех металлов.

Рекомендательный библиографический список

Я-, К. ватер Л. И., и др. Диагностика металлических порошков.—М.: Наука, 1983.—288 с. (с. 225—244).

§ 2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Форма частиц

Форма частиц металлического порошка обусловлена способом его получения, во многом определяющим условия их формирования. Разнообразие форм частиц достаточно велико, в связи с чем принято выделять несколько основных типов по принципу сходства с формами макротел непорошковой природы (табл. 23).

Первичная форма частиц может несколько видоизменяться (иногда существенно) при последующей обработке порошка (размоле, отжиге, грануляции и др.).

Для установления формы частиц используют оптические или электронные микроскопы. Пробу исследуемого материала (около 10 г) квартованием сокращают до 1 г, после чего отбирают небольшое количество для рассмотрения под микроскопом. При работе с оптическим микроскопом порошок помещают на предметное стекло, наносят на него каплю глицерина или скипидара и осто­рожно распределяют частицы по поверхности с помощью второго (так называемого покровного) стекла. Излишек жидкости удаляют с помощью фильтровальной бумаги. Правильно приготовленный препарат не должен содержать конгломератов и скоплений частиц. Для электронного микроскопа готовят специальные реплики (порошок запрессовывают в пластмассу, делают обычный шлиф, травят его и снимают с поверхности реплику) или пленку-подложку из коллодия, кварца, угля и др. На пленку-подложку порошок наносят в виде суспензии либо просто насыпают. Можно частицы порошка включить в пленку-подложку, для чего готовят суспензию порошка в 1 %-ном растворе коллодия в амилацетате, каплю которой наносят на поверхность воды. При этом образуется пленка с включениями в нее частиц. Часть пленки вырезают и вносят в электронный микроскоп.

Форма: частиц представляется одной из самых простых и доступных для исследования характеристик металлического порошка. Однако, являясь величиной качественной, она во многом субъективно характеризует порошок, хотя в большой мере определяет его поведение во время проведения всех технологических операций получения порошковых материалов и изделий.

Форма частиц существенно влияет на технологические свойства порошка и через них на плотность, прочность и однородность свойств заготовки из него. Например, наиболее прочные заготовки дают частицы дендритной формы, так как в этом случае наряду с силами сцепления действуют и чисто механические причины: заклинивание частиц, переплетение выступов и ответвлений. Шероховатость поверхности частиц увеличивает у них запас избыточной энергии, что ускоряет в последующем формирование свойств порошковых изделий (материалов) при спекании.

Форма частиц влияет на многие свойства порошковых материалов: плотность, прочность, проницаемость и др., а также на их однородность.

Предпринимаются попытки разработать систему численных критериев оценки формы частиц, основанных на безразмерных соотношениях между основными геометрическими параметрами, присущими данному набору частиц, и называемых факторами или коэффициентами формы. Более часто определяют два фактора формы: фактор неравноосности (удлиненности) частицы (); фактор развитости поверхности частицы — отношение квадрата наблюдаемого периметра частицы Р к занимаемой ею площади S (). В ГОСТе или ТУ на порошок обычно указывают генеральную (основную) форму частиц.

Размер частиц

и гранулометрический состав порошка

Металлический порошок представляет собой совокупность частиц размером от долей микрометра до миллиметра. Практически никогда не встречаются металлические порошки с частицами одного размера. Самый широкий диапазон размеров частиц у порошков, получаемых восстановлением и электролизом.

Количественное содержание массы частиц в определенных фракциях по отношению к общему количеству порошка называют гранулометрическим составом порошка; его выражают обычно либо в виде таблиц, либо графически в виде кривой зернистости.

В зависимости от размеров частиц порошки весьма условно подразделяют на следующие группы: ультрадисперсные (размер частиц до 100 нм), высокодисперсные (0,1—10 мкм), мелкие (10— 40 мкм), средние (40—250 мкм), крупные (250—1000 мкм).

Гранулометрический состав порошка (часто говорят «грансостав») определяют ситовым, микроскопическим, седиментационным, кондуктометрическим и другими видами анализа (риc_91).

Ситовый анализ. Такой анализ порошка проводят в соответствии с ГОСТ 18318—73. Навеску порошка (100 г при насыпной плот-