Жидкофазное спекание

Спекание с участием жидкой фазы (расплава), образующейся в твердом зернистом теле за счет плавления относительно легко плавких примесей, специально вводимых добавок (плавней) или за счет возникновения эвтектик, весьма распространено в технологии производства различных силикатных материалов. Можно выделить два вида жидкостного спекания: 1) когда при спекании взаимодействия жидкой и твердой фаз не происходит; 2) когда такое взаимодействие происходит и проявляется в растворении твердой фазы в расплаве. Строго говоря, в реальных процессах силикатной технологии первый вид практически не встречается, поскольку в той или иной степени жидкая фаза всегда взаимодействует с твердой. Однако часто это взаимодействие является небольшим и не влияет существенно на процесс

спекания. По этому сначала будет рассмотрен механизм жидкостного спекания без учета взаимодействия расплава и твердой фазы.

Представим себе два твердых зерна (рис. 97), между которыми находится прослойка жидкости. Когда зерна расположены близко друг к другу, пространство между ними можно рассматривать как капилляр с находящейся в нем жидкостью. Если жидкость смачивает зерна (а хорошее смачивание — обязательное условие жидкостного спекания), то в месте перехода от зерна к зерну образуется вогнутый мениск жидкости с небольшим отрицательным радиусом кривизны г. Как известно, на жидкость в капилляре за счет поверхностного натяжения действует капиллярное давление, которое всегда направлено в сторону центра кривизны (величина этого давления может оказаться весьма значительной, достигающей нескольких МПа). При вогнутом мениске центр кривизны (точка О' на рис) находится вне жидкости, поэтому капиллярное давление поднимает жидкость в капилляре, т. е. вытягивает жидкость из области контакта между зернами в поры (пространство между зернами), которые постепенно заполняются жидкостью. Избыточное капиллярное давление ∆ р, вытягивающее жидкость из пространства между зернами, можно оценить из выражения:

∆ р=σ (1/r -1/R)

где σ — поверхностное натяжение на границе жидкость — газ; г — радиус кривизны жидкости; R — радиус кривизны твердой фазы (зерна).

Если жидкости достаточно, этот процесс приводит к заполнению пор и стягиванию зерен друг к другу (усадке), в результате чего после охлаждения обжигаемого тела образуется плотная спекшаяся масса.