Фторопласты

Формирование структур металлофторопластовых материалов

Условием формирования металлического каркаса при горячем прессовании смесей является наличие контактов между частицами металлических порошков и спекаемость их при температуре, ниже температуры термодеструкции фторопласта.

При этом условии может быть получен каркасный материал трех видов: с фторопластом в сообщающихся порах каркаса; с фторопластом в закрытых порах во всем объеме каркаса и с комби­нированной структурой.

Структура с сообщающимся фторопластовым заполнением формируется при использовании металлических порошков с разме­рами частиц, при которых образуются сообщающиеся пространст­ва, заполняемые фторопластом (рис. 2.1).

Количество фторопласта по объему должно соответствовать суммарному объему межчастичного пространства. Увеличение количества фторопласта 2 (рис. 2.1, а) вызовет уменьшение кон­тактной поверхности 3 между металлическими частицами 1; уменьшение прочности каркаса из-за меньшего количества сфор­мированных мостиков сварки 3 (рис. 2.2, б) в процессе спекания. Применение металлических порошков с частицами близкими по форме к шаровой создает благоприятные условия для их сближе­ния при прессовании с выдавливанием фторопласта из зоны кон­такта.

Наиболее благоприятные условия для формирования металли­ческого каркаса создаются равномерным распределением фторо­пласта, объемы частиц которого соизмеримы с объемами пор фор­мируемого каркаса. Частицы металлических порошков будут сближаться в результате скольжения по границам частиц фторо­пласта и деформировать их в соответствии с формой образующих пор. При этом уменьшается вероятность попадания фторопласта в зону контактирования и механодеструкции его при сближении металлических частиц, увеличивается контактная поверхность, что способствует лучшему спеканию частиц в каркасе с сообщающи­мися порами, заполненными фторопластом.

Структура таких материалов идентична структуре материалов, получаемых изготовлением пористой металлической основы (кар­каса) из порошков с размерами частиц 70-300 мкм с последующим введением фторопласта в поры основы и его спеканием.

Структура материала с фторопластом в закрытых порах показа­на на рис. 2.2. Материал с такой структурой представляет собой сформированный в процессе горячего прессования каркас с закры­тыми порами, в которых находится фторопласт. Такая структура предопределяется при смешивании порошков. Размер и формы ячеек в каркасе материала формируются в соответствии с формой частиц фторопласта, изолированных при подготовке смесей, и возможной их деформации в процессе горячего прессования.

При сухом смешивании металлических порошков с порошками фторопластов поверхности частиц фторопластов покрываются более мелкими частицами металлических порошков, а более круп­ные металлические частицы покрываются более мелкими частица­ми фторопластов. Образуются гранулы с ядрами из крупных час­тиц порошков и оболочками из мелких порошков.

Формирование гранул из частиц порошков обусловлено адгези­ей их к поверхности других частиц в результате действия сил
различного происхождения [3]. При значениях сил адгезии больших сил отрыва, частицы оболочек удержи­ваются на поверхностях более круп­ных частиц (рис. 2.3).

Совокупность сформированных гранул представляет полученную при смешивании смесь из порошков.

Контактирование между гранулами в смеси, получаемыми в результате созданных условий для их формиро­вания, происходит по частицам оболочек. Формирование при горячем прессовании материалов из таких смесей сопровождается уплотнением частиц оболочки и развитием контактов между ними под действием сил, распределенных в объемах прессовок (рис. 2.4).

В результате контакта гранул по оболочкам из металлических частиц, распределения давления по всему объему прессовок и уплотнения металлических оболочек создаются наивыгоднейшие условия формирования и спекания металлического каркаса мате­риалов, содержащих фторопласт. Получают структуру, изображен­ную на рис. 2.2, б.

Прочность каркаса зависит от количества и соотношений фто­ропласта и металлических порошков, режимов и условий горячего прессования и спекаемости металлических порошков.

При контакте гранул с оболочками из частиц фторопласта при прессовании и спекании формируется структура с образованием по всему объему полимерной основы и равномерным регулярным распределением металлических частиц другого материала в её основе. Так получают наполненный фторопласт с ячейчатой осно­вой, показанной на рис. 2.5.

При сухом смешивании крупных порошков фторопластов и мелких порошков наполнителей при их недостаточном количестве образуются гранулы с открытыми участками частиц фторопласта. В процессе горячего прессования материалов из таких смесей по открытым участкам спекаются частицы фторопласта с формирова­нием основы и образованием в её объёме разорванной пространст­венной сетки из частиц наполнителя (рис. 2.6).

Гомогенность смесей фторопластов с микроскопическими по­рошками наполнителей и соответствующую им структуру материа­лов обеспечивают размолом при низких температурах (ниже 173 К) и помолом в коллоидной мельнице с добавлением жидкого носите­ля и последующим его удалением.