Моделирование спекания Al2O3

Во время процесса спекания имеют место две основные фазы:

  • выгорание полимерного связующего
  • термическое спекание основного материала.

При выгорании скорость нагрева должна контролироваться таким образом, чтобы скорость потери массы была близка к постоянной величине для того, чтобы избежать образования микротрещин.

При спекании конечный продукт сильно зависит от температурной программы. В целом уплотнение тем выше чем ниже скорость спекания. Иногда оптимальной является температурная программа при которой скорость спекания постоянна.

Процедура определения темпертатурной программы, дающей постоянную скорость спекания, состоит в следующем:

  • измерение, использующее по меньшей мере 3 различных скорости нагрева, представляющие геометрическую прогрессию (напр. 5,10,20 K/мин)
  • кинетический анализ для создания кинетической модели
  • вычисление температурной программы для заданного значения скорости спекания.

Преимущество этой процедуры по сравнению с экспериментальным подпором такой температурной программы состоит в том, что на основе всего трех измерений с постоянными скоростями нагрева возможно выполнять вычисление температурной программы для любого значения скорости спекания. Такой способ значительно уменьшает стоимость оптимизации процесса обжига.

измерения
приборNETZSCH DIL 402 C
длина образца/mm:18 ... 25
температурный диапазон/°CRT ... 1700
скорости нагрева/(K/мин)5, 10, 20

Результаты моделирования

дилатометрические измерения спекания Al2O3 и их сравнение со значениями, вычисленными на основе кинетической модели.

Полное спекание увеличивается при увеличении скорости нагрева. Такое поведение образца выходит за рамки нормального. Процесс с ветвлением необходим для описания процесса, при котором полное изменение длины имеет зависимость от скорости нагрева.

моделирование спекания с контролируемой скоростью нагрева

Температурная программа, реализующая процесс спекания с контролируемой скоростью, имеющей постоянное значение 0.1%/мин.

Экспериментальная проверка найденной температурной программы показывает разницу между экспериментом и прогнозированием, находящуюся в пределах экспериментальной ошибки (J. R. Opfermann, J. Blumm, W.-D. Emmerich: Thermochimica Acta 318 (1998) 213- 220).

Сравнение экспериментальных и смоделированых кривых показывает высокий уровень надежности кинетического прогнозирования.

Главное преимущество метода, состоящего из очень небольшого количества измерений и кинетического анализа, состоит в сокращении времени и расхода на оптимизацию процесса, а также в повышении скорости его разработки.