石墨匣缽熱加工
壓制后的產品還不能使用,需進行熱加工處理,其目的是使固體粉末原料(炭和金屬粉末)緊密的聯結在一起,提高制品的機械強度、降低電阻、增加耐磨性和使制品可進行機械加工。
熱加工處理可分為以下幾種:
(1) 固化
采用樹脂(酚醛、環氧、呋喃等)作粘結劑時要經過固化處理,固化可在熱模壓中進行,也可在專用烘箱中進行。加熱溫度由選用樹脂種類不同而定,一般在200℃左右。為防止產品開裂,固化升溫曲線應進行適當控制。
(2) 燒結
對金屬石墨匣缽的熱加工過程稱為燒結。壓坯中的金屬粉末,在燒結過程中,由于高溫作用,金屬原子的振幅加大,通過粘性流動、蒸發與凝聚、體積擴散、表面擴散、晶界擴散、塑性流動等作用,使接觸面上有更多的原子進入原子作用力的范圍,形成粘結面,導致再結晶與晶粒長大,形成金屬網狀結構體,使燒結體的強度增加、電阻降低。金屬石墨匣缽的燒結屬互不熔系固相燒結。在金屬石墨匣缽中,由于金屬含量不同(30 ~ 90%),燒結溫度也不同。金屬含量較低的石墨匣缽,主耍靠粘結劑焦化聯結。金屬粉末不能形成網狀結構,但參與導電。
燒結的技術關鍵主要有:a)是燒結的最高溫度。一般選用金屬的絕對熔點溫度的2/ 3 ~ 4/5,溫度指數a = 0.67 ~ 0.8。過燒與欠燒均影響產品質量。延長高溫保溫時間,可以適當降低燒結溫度,但時間的影響不如溫度大。b)是防止制品氧化,銅氧化后電阻將增加,燒結時應采取保護性措施。C)是升溫速度,對粘結劑含量較高的產品,為防止燒結開裂,應控制升溫速度。
①氣體保護燒結
金屬石墨匣缽在國際上已普遍采用在保護氣氛中燒結,中國粉末冶金行業也采用該法。
采用的保護性氣氛有:純氫、分解氨(氫一氮混合氣體)、煤氣、碳氫化合物的轉化氣 (H2、CO的混合氣體)等。
上述氣體不僅起到保護作用,還可對氧化物進行還原。
采用氣氛保護時,一般均選用網帶式連續燒結爐。為了減少造價,意大利EBN公司采用在特殊的密封燒結箱中燒結。這種燒結箱,底部裝置一個進氣口,中間為多孔式隔匣缽,其上放置產品,箱頂部有一個微壓排氣孔。當箱中產生一定壓力后自動開啟放出氣體。燒結箱尺寸為長900mm;寬400mm;高800mm。氣體為純氫,加熱方式為電熱。燒結后,產品有金屬光澤,質量較好,無氧化現象。
②真空燒結
真空燒結是近年來發展起來的新技術,用于不帶粘結劑石墨匣缽的燒結。真空度通常為 10—1 ~ 15_5mmHg。真空燒結的優點有:a)防止氣氛對產品的影響(如氫氣對石墨匣缽引線); b)可以降低燒結溫度100℃左右,減少能耗;c)取消了供氣系統,安全性好。
真空燒結爐設備制造費用較高,但產品生產成本較低,已逐漸為人們所采用。
(3) 焙燒
焙燒是對黑色石墨匣缽而言,將毛坯從室溫加熱到1300℃時所發生的各個過程的總稱。焙燒,可以在連續爐、環式爐、倒焰爐和單體爐中進行。
在焙燒過程中,產品結構發生明顯的變化,其中包括:粘結劑變成焦炭、炭素粉末顆粒與粘結劑焦之間形成化學鍵和物理結合,上述組合形成附聚體和集聚體、幾何尺寸和體積密度變化,形成氣孔結構等。
上述變化的原因是粘結劑分解和聚合反應,或者說是焦化反應的結果。粘結劑在焙燒過程中,隨溫度的變化情況如下:
室溫至200℃時,制品內粘結劑軟化,制品處于塑性狀態,化學反應尚未開始。
200 ~ 300℃:時,排除吸附的水份、粘結劑化學結合的水分、碳的氧化物和輕餾份。
300 ~ 500℃時,粘結劑進行分解與聚合,大量排除揮發份。液相開始形成中間相。
500 ~ 650℃時,粘結劑形成半焦化狀態,揮發份排除減少。300 ~ 600℃變化最為激烈,是關鍵區域。
650 ~ 750℃時,粘結劑焦化反應基本完成。
900℃以上時,由粘結劑形成的焦炭膜繼續緊密化,進一步排除大芳香分子外圍的其他原子。
隨著焙燒過程的進行,制品體積收縮,真密度提高、體積密度稍有降低,電阻下降,機械強度提高。這些指標受下述因素影響,如升溫速度、最高溫度、填充料性質、壓力、氣氛 等等。特別足為防止制品開裂,制品實際溫度在300 ~ 600℃之間應緩慢升溫。體積越大,升溫速度應越慢。當制品受熱溫度均勻時,溫升速度可以加快。
焙燒時為防止制品氧化,將產品裝在爐槽或坩堝(金屬或耐火材料)中,產品四周通常用0.5 ~ 3mm的焦炭(冶金焦或石油焦)充填。為減少填充料燒損,有的廠家尚加入1/ 3左右的純河沙。這種填充料不僅能保護產品不被氧化,還可以起到防止產品變形和吸附揮發份的作用。中國目前生產金屬石墨刷時,多數也采用這種方法。更多石墨匣缽資料http://www.younigou.cn/smzp/col21_group1.html

