超硬和硬质合金的固体特征(6-7)详解.pptVIP

烧结是指粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程。;晶界：原始颗粒接触面发展形成;前期的特征：形成连续的孔隙网络，孔隙表面光滑化； 后期的特征：孔隙进一步缩小，网络坍塌并且晶界发生迁移。;为什么会导致颗粒间的距离缩短？;闭孔隙的形成和球化;快速烧结技术;烧结热力学;烧结热力学：单元系;烧结驱动力则主要来自体系的自由能降低； △G=△H-T△S； △G≠0 且＜0； 自由能降低的数值远大于表面能的降低； 表面能的降低则属于辅助地位。;烧结驱动力;烧结机构（物质迁移方式）;烧结机构示意图;表面迁移：S—S。 表面扩散：球表面层原子向颈部扩散。 蒸发-凝聚：表面层原子向空间蒸发，借蒸汽压差通过气相向颈部空间扩散，沉积在颈部。 宏观迁移：V—V。 体积扩散：借助于空位运动，原子等向颈部迁移。;粘性流动：非晶材料，在剪切应力作用下，产生粘性流动，物质向颈部迁移； 塑性流动：烧结温度接近物质熔点，当颈部的拉伸应力大于物质的屈服强度时，发生塑性变形，导致物质向颈部迁移； 晶界扩散：晶界为快速扩散通道。原子沿晶界向颈部迁移； 位错管道扩散：位错为非完整区域，原子易于沿此通道向颈部扩散，导致物质迁移。;低温时，表面扩散起主导作用。而在高温下，让位于体积扩散；细粉末的表面扩散作用大； 烧结早期孔隙连通，表面扩散的结果导致小孔隙的缩小与消失，大孔隙长大； 烧结后期表面扩散导致孔隙球化； 金属粉末表面氧化物的还原，提高表面扩散活性。;晶界是空位的“阱”（Sink），对烧结的贡献体现在： 晶界与孔隙连接，易使孔隙消失 晶界的扩散激活能仅体积扩散的一半，Dgb》Dv 细粉烧结时，在低温起主导作用，并引起体积收缩 烧结动力学方程x6/a2=(960Dgbγδ4/k T).t （δ=晶界宽度）;在某一烧结期间，很可能有几种机构同时起作用； 具体的主导烧结机构取决于粉末材质，粉末粒度，粉末颗粒的致密程度，表面状态，活化与否，烧结温度和烧结气氛。;烧结过程中的晶粒长大;对晶界的阻碍作用;孔隙对晶界迁移施加的阻力: 随其中孔隙尺寸的减小而降低； 孔隙的数量的下降而降低； 当孔隙度固定时，孔隙数量愈大，这种阻碍作用也愈强； 相应地，晶粒长大趋势亦小。;在相同烧结条件下，粒度粗的粉末易得到较粗大的晶粒； 而粒度较细的粉末则易获得较细小的晶粒结构； 细粉时，孔隙数量大，对晶界的阻碍作用较强； 但烧结温度过高或烧结时间过长，则会发生聚集再结晶。;当孔隙尺寸和总孔隙度下降到一定程度后，孔隙的阻碍作用迅速减弱，导致晶界与孔隙发生分离现象而形成晶内孔隙； 粉末中的夹杂物（硅酸盐和稳定性高的金属氧化物）也对晶粒长大施加一定的阻碍作用； 夹杂物对晶界迁移的阻碍作用大于孔隙；因为孔隙随着烧结过程的进行可减弱或消失； 同时,粉末烧结温度远低于铸造温度； 故粉末烧结材料的晶粒一般较细小。;液相烧结;液相烧结 (Liquid Phase Sintering);三十年代初期（二战前奏），高比重合金的开发与应用为液相烧结奠定了理论基础； 液相烧结技术发展迅速； 用以制造高性能的P/M材料；如电接触材料、轴瓦材料（Al-Pb）、工具钢、超合金、金刚石-金属复合材料、磁性材料、汽车零部件、航天材料、高温结构陶瓷、电子焊料等。;液相烧结技术的优、缺点;晶粒尺寸可以通过调节液相烧结工艺参数加以控制，便于优化显微结构和性能； 可制得全致密的P/M材料或制品，延伸率高； 粉末颗粒的尖角处优先溶于液相，易于获得有效的颗粒间填充。;缺点： 变形； 当烧结坯体液相数量过大或混合粉的粒度、混合不均匀时，易出现变形； 收缩大，尺寸精度控制困难。;1. 瞬时液相烧结(transient liquid phase sintering) 在烧结中、初期存在液相，后期液相消失的烧结过程； 特点：烧结中初期为液相烧结，后期为固相烧结； 体系：Cu-Sn, Cu-Pb, Ag-Hg, Ag-Ni, Fe-Fe3P, Fe-Cu3P, Fe-Ni-Al、Fe-Cu(10%)等； 液相数量取决于成分（低熔点组分的含量）、升温速度、粉末颗粒的粒度。;提高瞬时液相烧结过程中的液相数量，可采用： 提高低熔点组分含量； 升温速度快； 高熔点组分颗粒粗（与液相接触面积小，减小扩散面积）。 ;2 稳定液相烧结(persistent liquid phase sintering) 烧结过程始终存在液相的烧结过程； Insoluble: W-Cu,Ag-W,Cu-WC,Cu-TiB2； Soluble: WC-Co, W-Cu(Fe)-Ni, TiC-Ni, Pb-Sn等。;3.熔浸(infiltration)： 多孔骨架的固相烧结和低熔点金属渗入骨架后的液相烧结 过程。前期为固相烧结，后期为液相烧