Спекание связано с взаимной диффузией атомов в местах соприкосновения частиц. Взаимное проникновение атомов металла ускоряется при повышении температуры и применении прессования порошка металла. Порошки активных металлов можно спекать только в условиях вакуума, так как при этом на поверхности отдельных частиц не образуются пленки окислов, не остаются адсорбированные газы и водяной пар.

Кроме того, в вакууме одновременно устраняются некоторые летучие примеси, а ранее имевшиеся окислы восстанавливаются.

Для восстановления можно подавать в печь регулируемое количество водорода. Спекание в вакууме применяют в порошковой металлургии при изготовлении деталей ответственного назначения для электроники и изделий из тугоплавких металлов (тантал, ниобий молибден, вольфрам), из твердых сплавов и металлокерамики, из бериллия и двуокиси урана.

Для спекания применяют печи сопротивления и индукционные печи. На рис. 178 показана схема печи сопротивления для спекания штабиков из металлического порошка. Вакуумные печи сопротивления подобного типа можно применять как для спекания, так и для нагрева тугоплавких металлов в вакууме. Достигаемая температура нагрева ограничивается только точкой плавления металла и допускаемым расходом мощности. Применяют такие печи в основном для ниобия и тантала, а также для молибдена, рения, вольфрам и их сплавов.

Камеру печи изготовляют из высококачественной стали с двойным стенками; при спекании она охлаждается водой. Фирма Херауэс (ФРГ) применяет для откачки больших объемов газа, выделяющихся при нагреве штабика, двухроторные насосы; при этом сокращается время откачки, а следовательно, и время нагрева металла.

Рис. 178. Схема установки для спекания штабиков в высоком вакууме при непосредственном подводе тока (фирма Хероух,ФРГ): 1 — подвод тока; 2 — спекаемый штабик; 3 — соединение с насосом

В конце процесса требуется более высокий вакуум, так как для получения качественных изделий требуется как можно меньшее содержание газа. Окончательная откачка газа производится поэтому диффузионным насосом с ловушкой, охлаждаемой холодильной машиной.

Техническая характеристика печей сопротивления для спекания фирмы Херауэс (ФРГ)

Размеры спекаемого штабика в мм:

При использовании для спекания индукционных печей в целях экономии энергии устраивается специальная защита от излучения. На рис. 179 Показана индукционная катушка со вставленным внутрь нее вспомогательным цилиндром, который окружен металлическими пластинами, предохраняющими от излучения. Витки индукционной катушки имеют различное поперечное сечение для достижения равномерного распределения температур. Подводимая к индукционной катушке мощности зависит от характера и количества перерабатываемого материала, от мата риала тигля и вспомогательного цилиндра, тепловой изоляции и требуемых температур.

Приблизительные данные в зависимости от объема катушки следующие:

Объем катушки в л 10, 50, 100, 200, 400

Мощность в кВт . . . 10—25, 25—75, 25—100, 50—15,0 75—250

Напряжение в В ... . 250, 250, 250, 250, 250—500

Для спекания применяют также индукционные печи с расположенно! снаружи индукционной катушкой. В этом случае реципиент изготовляют из кварца, и вокруг кварцевой трубки наматываются витки катушки. Такая печь пригодна для спекания твердых сплавов и для термообработки металлических порошков (рис. 180). Тепловая изоляция в виде крошки заполняет пространство между кварцевой трубкой и тиглем. Средний полезный объем 15 и 40 л при рабочей температуре около 2000г С.

Установки для спекания материалов снабжены специальными гидравлическими прессами. Такие прессы могут создать давление на материал до 20 кН. Высоковакуумные прессы для спекания позволяют соединять порошки сплавов, металлов и различных металлических соединений! имеющие приблизительно равную плотность без каких-либо дополнительным связующих материалов. Высоковакуумный пресс для спекания фирмы Дегусса (ФРГ) имеет два регулируемых ряда давлений пресса — от 0 до 10 кН и от 0 до 100 кН — и регулируемую скорость хода поршня.