Пористые порошковые материалы сегодня получили широкое использование в различных областях промышленности, начиная от простой бытовой техники до наукоемкой атомной энергетики и космического оборудования.
Основные свойства, которые характерны для пористых порошковых материалов, являются:
- фильтрующие;
- капиллярные.
Фильтры из порошковых материалов по сравнению с другими пористыми изделиями обладают рядом преимуществ: высокой степенью очистки при удовлетворит проницаемости, высокими жаростойкостью, прочностью, сопротивлением абразивному износу, теплопроводностью и др. Фильтры изготовляют спеканием свободно насыпанных или спрессованных порошков бронзы, нержавеющей стали, никеля, титана, железа. Современные методы порошковой металлургии позволяют изготовлять фильтры с изменяемой и регулируемой пористостью, проницаемостью и степенью очистки. Фильтры на основе порошковых металлов, наряду с пористыми подшипниками, составляют главную часть пористых изделий из порошковых материалов. Методами порошковой металлургии изготовляют также пористые уплотнитнительные прокладки, антиобледенители, пламегасители, конденсаторы, пеноматериалы и другие материалы.
Фильтрующие свойства порошковых материалов представлены пористостью, проницаемостью, тонкостью фильтрации и грязеёмкостью.
Пористостью материала состоит из наружной пористости (открытые поры) и внутренней (закрытые поры). В свою очередь, наружная пористость состоит из сквозных и несквозных (тупиковых) пор. Сквозная пористость определяет количество проходящей через фильтр жидкости или газа и, следовательно скорость фильтрации.
Качество фильтра и его проницаемость для фильтрующей среды определяются только наружной сквозной пористостью.
Проницаемость фильтра определяется расходом жидкости или газа через единицу площади фильтрующей поверхности при равномерном давлении. Проницаемость возрастает при увеличении пористости и числа сквозных пор по сравнению с числом несквозных.
Тонкость фильтрования характеризует качественный процесс очистки жидкости от загрязнений. В общем случае тонкость фильтрования определяется абсолютной и номинальной тонкостью фильтрования и коэффициентами отфильтровывания и полнотой фильтрования.
Абсолютная тонкость фильтрования определяется как максимальный размер частиц загрязнений, пропускаемых фильтром. Номинальная тонкость фильтрования представляет собой минимальный размер частиц, прошедших через фильтр.
Коэффициент полноты отфильтрования характеризует уменьшение массы загрязнений в рабочей жидкости при однократном её пропускании через пористый порошковый материал.
Грязеёмкость фильтра представляет собой массу загрязнений, задержанных на единице площади фильтрующего материала во время повышения давления от начального до предельного.
Капиллярные свойства определяют процессы взаимодействия пористых порошковых материалов с жидкостью. Они характеризуются величиной капиллярного потенциала, представляющего собой произведение максимальной высоты подъёма жидкости в пористом теле на ускорение свободного падения, и краевым углом смачивания.
Спеченные фильтры изготавливают из порошков металлов или сплавов однородной фракции определённого химического состава. Порошки могут иметь как сферическую, так и несферическую форму. Основное преимущество фильтров, изготовленных из несферического порошка состоит в том, что они имеют повышенную механическую прочность за счет лучшего контакта частиц неправильной формы с разветвленной поверхностью по сравнению с точечным контактом сферических порошков. Однако в производстве спеченных фильтров целесообразнее выбирать порошки с частицами сферической формы, так как материал из таких порошков обладает лучшей проницаемостью, подающейся регулировке и регенерации.
Технологию изготовления порошковых фильтров выбирают с учетом требуемой тонкости фильтрации, производительности, размеров фильтров, а также их прочностных свойств.
Фильтры небольших размеров изготавливают методом спекания свободно засыпанного порошка. При этом для равномерного распределения порошка необходимо встряхивание или вибрирование формы. В этом случае сферическая форма частиц порошка не изменяется, что способствует сохранению максимальной проницаемости материала.
Традиционный способ изготовления спеченных фильтров характеризуется деформированием порошка под действием принудительного давления.
Для получения материалов с повышенной пористостью (40 – 75%) и удовлетворительными прочностными свойствами в порошки перед стадией деформирования заготовки вводят специальные добавки, которые предназначены для одновременного увеличения прочности и сохранения высокой пористости фильтра.
Сейчас фильтры из пористых порошковых материалов используют для отделения газов и жидкости от посторонних примесей, для очистки газов при их производстве и практическом использовании, отходящих газов в химической, металлургической, атомной и цементной промышленностях. Коррозиостойкие фильтры используют для очистки воды, молока, растворов щелочей и кислот.
Наряду с фильтрами широкое распространение получили изделия из пористых порошковых материалов, называемые капиллярно-пористыми. В основу применения изделий этой группы положена способность пористых порошковых материалов осуществлять транспорт жидкости по поровым каналам под действием капиллярных сил. Применение капиллярно-пористых материалов позволило создать устройства с эффективной проницаемостью для одних жидкостей и непроницаемостью для других, возможностью осуществления в порах фазовых превращений, сопровождающихся поглощением или выделением тепла. Эти свойства обеспечили широкое использование капиллярно-пористых порошковых материалов в самых различных областях техники, в частности, в элементах конструкций теплообменных аппаратов.
