Магнитно-импульсное прессование
Для компактирования нанопорошков достаточно эффективным оказался магнитно-импульсный метод прессования (рис.4), эффективно разрабатываемый в частности в Екатеринбургском институте электрофизики УО РАН. Магнитно-импульсный метод – это одна из разновидностей динамических методов компактирования. Этот метод представляет собой сухое интенсивное прессование порошков, метод позволяет генерировать импульсные волны сжатия с амплитудой до 5 ГПА и длительностью в несколько микросекунд. Метод основан на концентрации силового действия магнитного поля мощных импульсных токов, позволяет относительно просто управлять параметрами волны сжатия, экологически чист и значительно безопаснее динамических методов, использующих взрывчатые вещества. Применение импульсных давлений приводит к более высокой плотности прессовок по сравнению с известными данными по статическому прессованию. Это указывает на эффективное преодоление межчастичных сил при быстром движении порошковой среды. Магнитно- импульсный метод прессования позволяет частично уменьшить рост зерна в процессе компактирования за счёт резкого сокращения времени процесса и выделения дополнительной теплоты в местах контакта наночастиц вследствие быстрого проскальзывания их друг относительно друга.
Рис.5.17. Схема одноосного магнитно-импульсного прессования: а – волны сжатия, б – стадия выемки готового образца, 1 – индуктор, 2 – концентратор, 3 – верхний и нижний пуансоны, 4 – порошок, 5 – матрица, 6 – устройство выемки образца
Индуктор 1 создаёт импульсное магнитное поле В. Механический импульс силы F, сжимающий порошок, генерируется в результате взаимодействия импульсного
магнитного поля с проводящей поверхностью концентратора 2. Концентратор приводит в действие верхний пуансон 3, которым сжимается порошок. Перемещение концентратора основано на использовании диамагнитного эффекта выталкивания проводника из области импульсного поля. Матрица с образцом помещается в вакуумную камеру, и все операции с порошком осуществляются в вакууме.
В отличие от стационарных методов прессования, импульсные волны сжатия сопровождаются интенсивным разогревом порошка за счёт быстрого выделения энергии при трении частиц в процессе упаковки. Если размер частиц мал (D£0.3 мкм), то время их прогрева диффузией тепла с поверхности оказывается заметно меньше характерной длительности импульсных волн сжатия (1–10 мкс). При определённых условиях, подбором параметров волны сжатия, можно реализовать динамическое горячее прессование ультрадисперсного порошка за счёт высокой поверхностной энергии последнего. Полученные прессовки вместе с матрицей подвергаются термообработке (Т=300–450 °C) с целью снятия внутренних механических напряжений, после чего производится их выпрессовка.
Магнитно-импульсный метод прессования используется для получения изделий различной формы, причём в большинстве случаев эти изделия не требуют какой-либо механической обработки. Плотность изделий, получаемых этим методом достигает 95% от теоретической