Исследование влияния непрерывного нагружения и уплотнения на электрическое сопротивление порошковых материалов

Электрическая проводимость порошковых сред зависит от состава, примесей, оксидных пленок, морфологии и природы поверхности контакта. В работе представлены результаты исследования электросопротивления порошковых материалов и их соединений в процессе непрерывного нагружения четырехконтактным методом. Электрическое сопротивление определяли с использованием специальной экспериментальной ячейки. Исследовали промышленные порошки Al (АСД-1), Ti (ПТК), Hf (ГФМ-1), сажи и их смеси, а также порошки TaC, HfC, полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Установлено, что увеличение механического давления до 80 МПа вызывает снижение электрического сопротивления анализируемых материалов. Морфология частиц (сферической или осколочной формы), их дисперсность влияют на качество поверхности контакта и, соответственно, величину электрического сопротивления. Кроме того, электросопротивление материала зависит от степени очистки поверхности частиц от оксидных пленок. Предложенная в работе методика в сочетании с другими аналитическими методами исследования порошковых сред позволяет выявить закономерности такой взаимосвязи, характерные для всех морфологических особенностей, состава и электрофизических свойств порошков различного состава в условиях нагружения. Полученные результаты могут быть использованы при выборе оптимальных характеристик консолидации электрическим током в зависимости от начального давления, а также при высоковольтной электроимпульсной консолидации порошковых материалов методами искрового плазменного спекания и электротеплового взрыва.

1. Sizonenko O. N., Pristash N. S., Zaichenko A. D., Torpakov A. S., Lypian E. V., Tregub V. A., Kovalenko A. A., Grigoryev E. G., Zholnin A. G., Yudin A. V. Plasma methods of obtainment of multifunctional composite materials, dispersion-hardened by nanoparticles / High Temperature Materials and Processes. 2017. Vol. 36. N 9. P. 891 – 896. DOI: 10.1515/htmp-2016-0049

2. Штейнберг А. С., Попов К. В. Электротепловой взрыв — метод изучения кинетики быстропротекающих высокотемпературных реакций горения конденсированных веществ / Химическая физика процессов горения и взрыва. 2000. Т. 2. С. 59 – 61.

3. Пелецкий В. Э., Бельская Э. А. Электрическое сопротивление тугоплавких металлов. — М.: Энергоиздат, 1981. — 96 с.

4. Царев М. В., Мокрушин В. В. Влияние гранулометрических свойств порошка металлического скандия на его электропроводность / Журнал технической физики. 2007. Т. 77. Вып. 3. С. 80 – 86.

5. Grigoryev E. G., Olevsky E. A. Thermal processes during high-voltage electric discharge consolidation of powder materials / Scripta Mater. 2012. Vol. 66. P. 662 – 665. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2012.01.035

6. Кочетов Н. А., Рогачев А. С., Емельянов А. Н., Илларионова Е. В., Шкиро В. М. Микроструктура гетерогенных смесей для безгазового горения / Физика горения и взрыва. 2004. Т. 40. № 5. С. 74 – 81.

7. Емельянов А. Н., Шкиро В. М., Рогачев А. С., Рубцов В. И. Электросопротивление и теплопроводность порошковых смесей на основе титана для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов / Известия вузов. Цв. металлургия. 2002. № 2. С. 67 – 70.

8. Sizonenko O. N., Zaichenko A. D., Pristash N. S., Torpakov A. S. The influence of the heating rate in the process of spark-plasma sintering on the kinetics of compaction, structure formation and properties of the materials of Fe – Ti – C – B system / Materials Science. Non-Equilibrium Phase Transformations. 2016. Vol. 2. Issue 4. P. 3 – 5.

9. Мержанов А. Г., Боровинская И. П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез / Докл. АН СССР. 1972. Т. 204. № 2. С. 366 – 369.

10. Царев М. В., Мокрушин В. В., Иванушкин Ю. С., Григорьева Д. А., Царева И. А., Юнчина О. Ю. Влияние размера частиц порошка металлического ванадия на его электропроводность / Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ. 2016. № 21. Ч. 2. С. 212 – 221.

11. Царев М. В., Мокрушин В. В. Влияние гранулометрических свойств порошка металлического скандия на его электропроводность / ЖТФ. 2007. Т. 77. № 3. С. 80 – 86.

12. Мокрушин В. В., Бережко П. Г. Обобщенная проводимость порошковых гетерогенных систем и теория перколяции / Докл. РАН. 1999. Т. 368. № 4. С. 470 – 473.

13. Grigoreva T. F., Petrova S. A., Kovaleva S. A., Dudina D. V., Batraev I. S., Kiseleva T. Yu., Zholudev S. I., Vosmerikov S. V., Devyatkina E. T., Udalova T. A., Polyakov S. N., Lyakhov N. Z. Mechanochemical Synthesis of Cu – Al Alloyed Powders and Their Consolidation by Spark Plasma Sintering / Physics of Metals and Metallography. 2021. Vol. 122. P. 681 – 687. DOI: 10.1134/S0031918X21070024

14. Vidyuk T. M., Dudina D. V., Korchagin M. A., Gavrilov A. I., Skripkina T. S., Ukhina A. V., Anisimov A. G., Bokhonov B. B. Melting at the inter-particle contacts during Spark Plasma Sintering: Direct microstructural evidence and relation to particle morphology / Vacuum. 2020. Vol. 181. P. 109566. DOI: 10.1016/j.vacuum.2020.109566

15. Дудина Д. В., Видюк Т. М., Квашнин В. И., Штерцер А. А., Анисимов А. Г., Мали В. И., Есиков М. А., Ухина А. В., Корчагин М. А., Бохонов Б. Б., Леган М. А. Особенности формирования композиционных структур и локальные эффекты при электроискровом спекании / Композиты и наноструктуры. 2020. Т. 12. Вып. 3(47). С. 75 – 87. DOI: 10.36236/1999-7590-2020-12-3-75-87