Физико-математическая модель прессования в процессах консолидации порошков методом спарк-плазменного спекания

Abstract

Рассматривается проблема физико-математического прогнозирования рационального давления в процессах спарк-плазменного спекания порошковых композиций. Определены физические аспекты этой проблемы и представлен подход к расчету давлений в цикле прессования на стадии подготовки и экспериментальной разработки производства. Расчет основан на использовании закона Пашена применительно к рассматриваемой модели спарк-плазменной консолидации порошков под давлением. Предложена расчетная реляционная база данных по давлению в нанометрическом диапазоне средних размеров зерен исходных порошков в технологиях производства спарк-плазменным спеканием. Результаты расчетов сопоставлены с практическим опытом энергосберегающего скоростного спарк-плазменного спекания плотного керамического композита из нанопорошков Al₂O₃-WC − (50/50 мас. %). Предложены направления дальнейших исследований.

The problem of physical and mathematical prediction of rational pressure during spark-plasma sintering of powder compositions is considered. The physical aspects of the problem are defined, and an approach to the calculation of the pressure in the compression cycle at the stage of pre-production and experimental development is presented. The calculation is based on Paschen’s law applied to the considered model of spark plasma consolidation of powders under pressure. A calculation relational pressure database in the nanometer range of average grain sizes of the initial powders in production technologies by spark-plasma sintering is proposed. The calculation results are compared to the practical experience of energy-saving high-speed spark-plasma sintering of a dense ceramic composite of nanopowders Al₂O₃-WC (50/50 wt.%). The directions for further research are suggested.