Некоторые машины и аппараты, употребляемые в промышленности или на транспорте, для того, чтобы функционировать нормально должны быть из металлов высокой прочности и жаростойкости.В особенности в настоящее время нужны такие высококачественные металлы для постройки самолетов, бороздящих высшие слои атмосферы, и для конструкций космических кораблей пересекающих межпланетное пространство, даже, за пределами Солнечной Системы.
Обыкновенные металлы, представляющие собой хаотическую смесь мелких кристалликов имеют лишь ограниченные пределы и для механической прочности и для устойчивости при высоких температурах.
Если срез металла посмотреть под микроскопом, то внутри, составляющих его кристаллов, можно заметить большое количество дислокаций, которые представляют собой смещения кристаллических плоскостей. При деформации металла дислокации начинают двигаться и кристаллические плоскости скользят одна по другой, а это ведет к образованию трещин и разрывов.
Прочность металлов увеличивается при их закалке и при сплавлении с другими металлами; в этом случае перемещение дислокаций затруднено, а это улучшает механическую прочность и жароустойчивость. Но очень часто при закалке металл становится слишком хрупким, что уменьшает его прочность при деформации на изгиб, а сплавление металлов тоже не всегда удается, т.к. растворимость одного металла в другом, иногда, имеет слишком узкие диапазоны.
Металлургическая промышленность уже сравнительно давно употребляет метод горячей прессовки, при которой детали машин делаются из металлического порошка, употребляя высокие давления и температуры.
Но инженеры не доверяли методу порошковой металлургии, т.к. при прессовке деталь часто имела внутренние : дефекты - пузырьки газов, загрязнения, неравномерное спекание зерен металлического порошка, что впоследствии вело к образованию трещин. Все эти недостатки порошковой металлургии были результатом того, что порошок приготовляли механическим способом в виде опилок, которые иногда имели посторонние примеси и были очень неоднородны по размеру.
В последнее время технология приготовления металлических порошков сильно изменилась, что, конечно, отразилось на качестве металла, выходящего из под пресса.
Теперь, металл, предназначенный для приготовления порошка, с помощью прокатных станов делается в виде узких и тонких лент; потом эти металлические ленты насыщаются водородом, который делает металл очень твердым и хрупким. Специальными дробилками, ленты, теперь уже представляющие собой гидрид металла, превращаются в очень мелкий порошок, который при высокотемпературном прокаливании теряет водород и снова восстанавливается в виде металла высокой чистоты. Из этого порошка при высокой температуре можно прессовать любые части машин.
Эти части машин получаются очень однородными и прочными, т.к. металл, из которого они состоят почти совершенно свободен от дислокаций и внутренних напряжений.
Например, алюминиевый сплав, из которого делаются части самолетов и ракет, при изготовлении методом порошковой металлургии увеличивает прочность в два раза, и одновременно повышается высокотемпературный барьер.
Кроме того, металл, полученный путем спекания мелкозернистого порошка, имеет и то преимущество, что его очень легко формовать.
Лопасти газовых турбин, работающих при температуре выше 1000 градусов Цельсия, делаются из специального никелевого сплава, который при очень высоких температурах не теряет своей прочности; но механическая обработка этого никелевого сплава невероятно трудна, вследствие его большой прочности и твердости. Метод порошковой металлургии в этом случае спасает положение: формовка деталей турбины делается методом спекания мельчайшего порошка никелевого сплава.
Путем прессования металлического порошка при высокой температуре и давлении изготовляются части, машин очень сложных фигурных профилей, которые методом механической обработки невозможно получить.
В самое последнее время метод спекания при высоких
давлениях и температурах применяется не только для металлов, но и для неметаллических порошков.
Из углеродного порошка можно изготовить части машин, которые по своим качествам не будут уступать деталям, сделанным из высокотемпературных металлических сплавов, если частицы углеродного порошка покрыть трудноокисляющимися веществом.
Компания Юнион Карбайд, которая разработала метод изготовления деталей ракет прессованного углеродного порошка, в своем сообщении так описывает этот процесс: прежде всего из нитей полиакрилонитрила наматывается форма изготовляемой детали, потом эта форма заливается смолообразной пластмассой и все это подвергается действию высоких температур и давлений. В результате получается скелет детали из угольных нитей, связанных аморфной массой углерода.
Последним этапом является насыщение полученного материала веществом, предохраняющим зерна углерода от окисления при высоких температурах.
В результате всего этого получаются детали машин, выдерживающие те же механические нагрузки и температуры, что и части, изготовленные из специального никелевого сплава, но по своему весу в четыре раза более легкие.
А это очень большое преимущество для изготовления частей ракет, где вес является таким же критическим фактором, как и прочность.