Từ hình 4.16 đến hình 4.19 là ảnh FESEM ở các độ phóng đại khác nhau của mẫu đồng xốp dạng mảnh thiêu kết ở nhiệt độ 900oC với thời gian thiêu kết khác nhau tương ứng là 30, 60, 90 và 120 phút. Từ các hình có thể thấy cấu trúc lỗ
xốp hình thành trên các mẫu khá đồng đều. Các hạt đồng đã xâm nhập vào nhau tạo nên mạng lưới lỗ xốp trong toàn bộ khối mẫu. Cấu trúc lỗ xốp của mẫu đồng xốp thiêu kết từ bột đồng dạng mảnh khá phức tạp gồm nhiều lỗ xốp có hình dạng không xác định liên kết với nhau và cũng khó để xác định kích thước lỗ xốp trung bình bằng ảnh FESEM. Bản thân trên vách các lỗ xốp cũng xuất hiện nhiều lỗ xốp nhỏ do cấu trúc của hạt đồng nguyên liệu. Cấu trúc này cũng tạo thuận lợi cho việc truyền dẫn chất lỏng trong ống nhiệt.
Hình 4. 16 Ảnh FESEM ở các độ phóng đại khác nhau mẫu đồng xốp dạng mảnh sau khi thiêu kết với thời gian 30 phút
41
Hình 4. 17 Ảnh FESEM ở các độ phóng đại khác nhau mẫu đồng xốp dạng mảnh sau khi thiêu kết với thời gian 60 phút
Hình 4. 18 Ảnh FESEM ở các độ phóng đại khác nhau mẫu đồng xốp dạng mảnh sau khi thiêu kết với thời gian 90 phút
42
Hình 4. 19 Ảnh FESEM ở các độ phóng đại khác nhau mẫu đồng xốp dạng mảnh sau khi thiêu kết với thời gian 120 phút
Hình 4.20 so sánh ảnh FESEM của mẫu bột đồng dạng mảnh sau khi thiêu kết ở các khoảng thời gian khác nhau với cùng một độ phóng đại là 1000 lần. Quan sát cho thấy, ở các khoảng thời gian thiêu kết ngắn, 30 và 60 phút, các vách hạt
đồng có kích thước nhỏ và nhiều lỗ xốp nhỏ xuất hiện trên vách hạt đồng. Các lỗ
xốp này hình thành do cấu trúc phức tạp của bột đồng dạng mảnh. Khi tăng thời gian thiêu kết lên 90 và 120 phút, các hạt đồng lớn hơn do quá trình xâm nhập của các hạt đồng nhỏ vào các hạt đồng lớn làm cho kích thước hạt sẽ lớn hơn. Bên
cạnh đó số lượng và kích thước các lỗ xốp nhỏ trên vách hạt đồng cũng giảm đi,
chính do quá trình xáp nhập và lớn lên của hạt đồng. Bản thân các hạt đồng dạng mảnh có hình dạng khá phức tạp nên diện tích tiếp xúc giữa các hạt đồng dạng mảnh với nhau cũng lớn do đó quá trình khuếch tán biên hạt cũng dễ dàng xảy ra
43
Hình 4. 20 Ảnh FESEM ở cùng độ phóng đại 1000X mẫu đồng xốp dạng mảnh sau khi thiêu kết với thời gian 30-120 phút ở 900oC
Sự phụ thuộc của khối lượng riêng vào thời gian thiêu kết như thấy trên hình 4.21a. Khi tăng thời gian thiêu kết, khối lượng riêng của mẫu tăng lên. Tuy
nhiên có thể thấy khối lượng riêng của mẫu tăng chậm khi tăng thời gian thiêu kết. Song song với đó, độ xốp của mẫu sẽ giảm dần khi tăng nhiệt độ thiêu kết, hình 4.21b. Giá trịđộ xốp giảm từ 44.41 xuống 40,86%. Các giá trị của độ xốp này hoàn toàn nằm trong phạm vi yêu cầu thiết kế của ống nhiệt.
44
Hình 4. 21 Khối lượng riêng và độ xốp của mẫu thay đổi theo thời gian thiêu kết (sử dụng bột đồng dạng mảnh)
Giới hạn chảy dẻo của mẫu theo thời gian thiêu kết như thấy trên hình 4.22. Giới hạn chảy dẻo của mẫu đồng xốp tăng lên khi tăng thời gian thiêu kết. Với thời gian thiêu kết 30 phút giá trị giới hạn chảy dẻo đạt được là 20,3 MPa sau đó tăng
lên 21,8 MPa khi kéo dài thời gian thiêu kết lên 120 phút.
Hình 4. 22 Giới hạn chảy dẻo của mẫu đồng xốp phụ thuộc thời gian thiêu kết (sử dụng bột đồng dạng mảnh)
Điều này là quy luật chung khi thiêu kết bột đồng. Tăng thời gian thiêu kết làm tăng độ kết khối của vật liệu, tăng liên kết giữa các hạt với nhau thông qua quá trình khuếch tán biên hạt và khuếch tán khối. Hơn nữa, khi kéo dài thời gian thiêu
45 kết, các lỗ xốp cũng dần bị triệt tiêu, tức là làm suy giảm các khuyết tật gây giảm
độ bền của vật liệu, chính vì vậy đã tăng được giới hạn chảy dẻo của mẫu xốp. Không giống như bột cầu dạng mảnh, các hạt bột đồng dạng cầu thời điểm
trước khi thiêu kết sẽ tiếp xúc nhau dạng điểm (về mặt lý thuyết) tức là diện tích tiếp xúc của các hạt đồng dạng cầu là thấp. Ảnh hưởng của thời gian thiêu kết đến cấu trúc vật liệu đồng xốp sử dụng bột dạng cầu như thấy trên ảnh FESEM ở độ
phóng đại khác nhau hình 4.23 và 4.24. Có thể thấy khi tăng thời gian thiêu kết vùng cổ liên kết giữa các hạt bột đồng được mở rộng ra làm liên kết giữa các hạt bột đồng tăng lên. Khi thời gian thiêu kết tăng lên 120 phút cổ liên kết giữa các hạt phát triển rất mạnh như thấy trên hình 4.24, điều này có thể dẫn đến việc các lỗ
xốp bịđóng kín làm giảm khảnăng dẫn chất lỏng làm việc sau này của ống nhiệt.
Hình 4. 23 Ảnh SEM mẫu đồng xốp sử dụng hạt bột đồng dạng cầu theo thời gian thiêu kết ởđộ phóng đại 300X
46
Hình 4. 24 Ảnh SEM mẫu đồng xốp sử dụng hạt bột đồng dạng cầu theo thời gian thiêu kết ở độ phóng đại 1000X
Các kết quả quan sát trên cũng phù hợp với các giá trị khối lượng riêng đo được của vật liệu đồng xốp chế tạo từ bột đồng dạng cầu. Khi tăng thời gian thiêu kết làm tăng khối lượng riêng và giảm độ xốp của vật liệu như thấy trên hình 4.25 a và b. Điều này là do quá trình kết khối được thúc đẩy hơn khi kéo dài thời gian thiêu kết. Cổ liên kết giữa các hạt phát triển lên, đồng thời các lỗ xốp cũng dần bị
triệt tiêu.
47 Kết quảđo giới hạn chảy dẻo của mẫu được thể hiện trên hình 4.26. Nhưng xu hướng chung quan sát được là khi tăng thời gian thiêu kết làm tăng giới hạn chảy dẻo của mẫu. Giá trị giới hạn chảy dẻo cao nhất đạt được là 23,7 MPa cho mẫu thiêu kết ở 900oC với thời gian 120 phút. Tuy nhiên kết hợp với ảnh SEM cấu trúc đồng xốp nhận được thì cho thấy với thời gian thiêu kết khoảng 60-90 phút vừa tạo được cấu đồng xốp với mạng lưới liên thông tốt đồng thời vẫn đảm bảo độ
bền cho lớp vật liệu.
Hình 4. 26 Giới hạn chảy dẻo của mẫu đồng xốp dùng bột đồng dạng cầu