При изготовлении материалов, получаемых из порошков "исходников" используется стандартный технологический процесс, одной из стадий которого является спекание. Так получают, например, технические керамики.
В привычном представлении спекание - это процесс, который всегда проходит при высоких температурах. Логика его простая. Если просто собрать все частички порошка вместе и даже спрессовать, то получить прочный компакт не получится.
Представьте себе, что вы стараетесь каким-то образом объединить шарики для пневматического пистолета в единое целое или комкаете сухой снег. Да, какое-то взаимодействие между частичками будет, но чаще всего оно обусловлено механическими факторами - неровности цепляются друг за друга.
Соответственно, для получения прочного компакта нам необходимо довести частички до состояния пластилина. Тогда они будут легко слипаться друг с другом и образовывать устойчивые компакты.
Для того, чтобы добиться этого состояния, мы и повышаем температуру.
Важно запустить процессы взаимной диффузии, скорость которой возрастает при повышении температуры. Тогда частички "пригорают" одна к другой.
Но высокая температура - это не всегда удобно и практично. Как минимум, возникают огромные проблемы с реализацией технологического процесса. Кроме того, существует ряд проблем со структурой и свойствами получаемых изделий. Так, спекаться друг с другом может ограниченный набор элементов.
Если бы удалось использовать холодное спекание, то это позволило бы значительно расширить варианты получаемых материалов и удешевить процесс.
В традиционном понимании, холодным спеканием называют процесс, при котором частички порошка объединяются в компакт некоторым способом и затем выдерживаются под нагрузкой в течение некоторого времени и при определенной температуре. Повышенное давление позволяет активировать диффузионные процессы при меньших температурах. Уже при температурах ниже 1000 градусов мы можем получить спечённые образцы. Однако, свойства готового компакта всё равно далеки от идеала.
Не так давно, в журнале Advanced Material и прочих ведущих журналах по материаловедению, была предложена принципиально новая логика процесса холодного спекания.
Авторы разработки обнаружили, что если добавить в "спекаемый" холодным образом образец транспортную жидкость, то процесс спекания возможно реализовывать при самых низких температурах. В работах описываются температуры около 200-300 градусов по шкале Цельсия.
Логика простая. Если мы не можем запустить быструю диффузию между частицами при низких температурах, то нам нужно добавить прослойку транспортной жидкости между этими частицами. Эта жидкость позволит активировать процесс перехода вещества от одной частицы или агломерата к другому. В работах описывается самая простая вода.
Получается, что если попросту использовать для холодного прессования мокрую шихту, увлажненную обычной водой, мы можем значительно улучшить качество этого прессования. Введение воды позволило получить достойные результаты. Если же мы будем использовать вместо воды другую буферную среду, то результат может оказаться ещё более впечатляющим.
Возможность использования холодного спекания значительно расширяет перечень задач и типов материалов, которые можно получать.
