石墨匣缽的燒結(jié)工藝有哪些？
當(dāng)采用氣氛保護(hù)時(shí)，一般采用網(wǎng)帶連續(xù)燒結(jié)爐。為了降低成本，意大利EBN公司采用在特制的密封燒結(jié)箱中燒結(jié)。這種燒結(jié)箱底部有一個(gè)進(jìn)氣口，中間有一個(gè)多孔隔板匣缽，上面放置產(chǎn)品，箱頂有一個(gè)微壓通風(fēng)口。當(dāng)罐內(nèi)產(chǎn)生一定壓力時(shí)，會(huì)自動(dòng)打開(kāi)釋放氣體。燒結(jié)箱尺寸為900毫米長(zhǎng)；寬度400mm高度800mm。氣體為純氫氣，加熱方式為電加熱。燒結(jié)后的產(chǎn)品具有金屬光澤，質(zhì)量好，無(wú)氧化現(xiàn)象。
②真空燒結(jié)
真空燒結(jié)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)粘結(jié)劑燒結(jié)石墨匣缽的新技術(shù)。真空度通常為10—1～15毫米汞柱。真空燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)是:a)防止了氣氛對(duì)產(chǎn)品的影響(如石墨匣缽引線上的氫氣)；b)燒結(jié)溫度可降低100℃左右，降低能耗；c)取消供氣系統(tǒng)，安全性好。
真空燒結(jié)爐設(shè)備制造昂貴，但產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，已逐漸被人們所采用。
(3)烘烤
焙燒是黑石墨匣缽坯料從室溫加熱到1300℃時(shí)各工序的總稱(chēng)。焙燒可在連續(xù)爐、環(huán)形爐、倒焰爐和單體爐中進(jìn)行。
焙燒過(guò)程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，包括:粘結(jié)劑變成焦炭，碳粉顆粒與粘結(jié)劑焦炭形成化學(xué)鍵和物理鍵，上述結(jié)合形成團(tuán)聚體和聚集體，幾何尺寸和體積密度發(fā)生變化，孔隙結(jié)構(gòu)形成。
上述變化的原因是粘結(jié)劑的分解和聚合，或者是結(jié)焦反應(yīng)的結(jié)果。在烘烤過(guò)程中，粘結(jié)劑隨溫度的變化如下:
當(dāng)室溫達(dá)到200℃時(shí)，產(chǎn)品中的粘合劑軟化，產(chǎn)品處于塑性狀態(tài)，化學(xué)反應(yīng)尚未開(kāi)始。
當(dāng)溫度為200 ~ 300℃時(shí)，吸附水、粘結(jié)劑的化學(xué)結(jié)合水、碳氧化物和輕餾分被除去。
在300 ~ 500℃時(shí)，粘結(jié)劑分解聚合，大量揮發(fā)性組分被排除。液相開(kāi)始形成中間相。
當(dāng)溫度為50 ~ 650℃時(shí)，粘結(jié)劑形成半焦?fàn)顟B(tài)，揮發(fā)分消除量下降。從300℃到600℃的變化*劇烈，這是關(guān)鍵區(qū)域。
在60 ~ 750℃時(shí)，粘結(jié)劑的結(jié)焦反應(yīng)基本完成。
當(dāng)溫度高于900℃時(shí)，由粘結(jié)劑形成的焦炭膜繼續(xù)致密化，進(jìn)一步排斥了大芳香分子周?chē)钠渌印?br>
隨著烘烤過(guò)程，產(chǎn)品體積縮小，真密度增大，體積密度略有減小，電阻減小，機(jī)械強(qiáng)度增大。這些指標(biāo)受以下因素的影響，如升溫速率、高溫、填料性質(zhì)、壓力、氣氛等。特別是為了防止產(chǎn)品開(kāi)裂，產(chǎn)品的實(shí)際溫度應(yīng)在300℃至600℃之間緩慢升高。體積越大，加熱速度應(yīng)該越慢。當(dāng)產(chǎn)品以均勻的溫度加熱時(shí)，升溫速率可以加快。
為了防止產(chǎn)品在焙燒過(guò)程中氧化，將產(chǎn)品放在爐子或坩堝(金屬或耐火材料)中，產(chǎn)品內(nèi)通常填充0.5 ~ 3mm的焦炭(冶金焦或石油焦)。有些廠家為了減少填料的燒損，仍然添加1/ 3左右的純河砂。這種填充物既能保護(hù)產(chǎn)品不被氧化，又能防止產(chǎn)品變形，吸收揮發(fā)物。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的金屬石墨電刷也大多采用這種方法。
壓制出來(lái)的產(chǎn)品還不能使用，需要熱加工。其目的是使固體粉末材料(碳和金屬粉末)緊密結(jié)合在一起，提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，降低電阻，增加耐磨性，使產(chǎn)品可加工。
熱處理可以分為以下幾種:
(1)固化
當(dāng)樹(shù)脂(酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂等。)用作粘合劑，它應(yīng)該被固化。固化可以在熱成型或特殊的烘箱中進(jìn)行。加熱溫度取決于所選樹(shù)脂的類(lèi)型，一般在200℃左右。為防止產(chǎn)品開(kāi)裂，應(yīng)適當(dāng)控制固化溫度曲線。
(2)燒結(jié)
金屬石墨匣缽的熱加工過(guò)程稱(chēng)為燒結(jié)。在燒結(jié)過(guò)程中，由于高溫的作用，壓制的金屬粉末中的金屬原子的振幅增加。通過(guò)粘性流動(dòng)、蒸發(fā)和凝聚、體積擴(kuò)散、表面擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、塑性流動(dòng)等作用。，接觸面上更多的原子進(jìn)入原子力范圍，形成結(jié)合面，導(dǎo)致再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，形成金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高燒結(jié)體的強(qiáng)度，降低電阻。石墨匣缽的燒結(jié)屬于不熔體系的固相燒結(jié)。在金屬石墨匣缽中，由于金屬含量不同(30 ~ 90%)，燒結(jié)溫度也不同。金屬含量低的石墨匣缽主要是用粘結(jié)劑焦化粘結(jié)而成。金屬粉末不能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但參與導(dǎo)電。
燒結(jié)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括:a)高燒結(jié)溫度。選擇一般金屬熔點(diǎn)溫度的2/ 3 ~ 4/5，溫度指數(shù)a = 0.67 ~ 0.8。過(guò)燒和欠燒都會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。延長(zhǎng)高溫保溫時(shí)間可以適當(dāng)降低燒結(jié)溫度，但時(shí)間的影響不如溫度的影響大。b)為防止產(chǎn)品氧化，銅氧化后電阻增大，燒結(jié)時(shí)應(yīng)采取保護(hù)措施。c)是加熱速率。對(duì)于粘結(jié)劑含量高的產(chǎn)品，應(yīng)控制升溫速率，防止燒結(jié)開(kāi)裂。
①氣體保護(hù)燒結(jié)
國(guó)際上金屬匣缽是在保護(hù)氣氛中燒結(jié)的，我國(guó)粉末冶金行業(yè)也采用這種方法。
采用的保護(hù)氣氛包括:純氫氣、分解氨(氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚?、煤氣、烴類(lèi)轉(zhuǎn)化氣(H2和一氧化碳的混合氣)等。
以上氣體不僅起到保護(hù)作用，還能還原氧化物。