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* 第九章 烧结 习题课 第九章 习题课 固相烧结 液相烧结 蒸发－凝聚 扩散传质 粘性流动 溶解－沉淀 二、晶粒生长和二次再结晶 一、传质机理 三、影响烧结的因素 9－4 设有粉料粒度为5?m，若经2小时烧结后，x/r=0.1。 如果不考虑晶粒生长，若烧结至x/r=0.2。并分别通过蒸发－凝聚；体积扩散；粘性流动；溶解－沉淀传质， 各需多少时间？若烧结8小时，各个传质过程的颈部增长x/r又是多少？ 运 算 时间 16 64 8 128 烧结时间由2小时延长至8小时 运 算 x/r 0.16 0.13 0.2 0.126 x/r 蒸发－凝聚 扩散传质 粘性流动 溶解－沉淀 9－5 如上题粉料粒度改为16 ?m，烧结至x/r=0.2，各个传质需要多少时间？若烧结8小时时，各个传质过程的颈部增长x/r又是多少？从两题计算结果，讨论粒度与烧结时间对四种传质过程的影响程度？ 传质 蒸 发－凝 聚 扩散传质 流动传质 溶解－沉淀 条件 x/r=0.2 粒度 r=16?m 求 t t(h) 163.8 2097.2 25.6 13422 运 算 条件 r=16 ?m t=8小时 求 x/r x/r 0.0725 0.066 0.112 0.058 运 算 9－7 在制造透明Al2O3材料时，原始粉料粒度为2?m，烧结至最高 温度保温0.5小时，测得晶粒尺寸为10 ?m，试问若保温2小时， 晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入0.1%MgO，此时若保温 2小时，晶粒尺寸又多大？ 分析：晶粒正常长大计算式： 加入抑制剂晶粒长大计算式： 答案： 约20 ?m 约15.84 ?m 9－8 在1500℃Al2O3正常晶粒生长期间，观察到晶体在1小时内从0.5 ?m直径长大到10 ?m。如已知晶界扩散激活能为335kJ/mol， 试预测在1700℃下4小时后，晶粒尺寸是多少？你估计加入0.5%MgO杂质对Al2O3晶粒生长速率有什么影响？在与上面相同条件下烧结，会有什么结果，为什么？ 分析：晶粒正常生长计算式： D=63 ?m 加入抑制剂计算式： D=16 ?m K1=99.75 由K式作比较得K2=998.6 9－10 在烧结时，晶粒生长能促进坯体致密化吗？晶粒生长会 影 响烧结速率吗？试说明之。 说明：晶粒生长是晶界移动的结果，并不是原子定向向颈部 迁移的传质过程，因而不能促进坯体致密化。晶界移动 可以引起原子跃迁，也可以使气孔移入晶粒内，从而影响 烧结速率。因而晶界移动需进行控制。 补充：1、试就(a) 驱动力的来源，(b) 驱动力大小，(c) 在陶瓷系统中的重要性，来区分初次再结晶、晶粒长大和二次再结晶。 基质塑性形变所增加 0.4~4.2J/g 在金属中较重要。硅酸盐材 的能量。 料热加工时塑性形变较小。 驱动力来源 驱动力大小 在陶瓷系统中的重要性 初次 再结 晶 晶 粒 长 大 晶界两侧曲率的差异 界面两边存在?G下， 晶界向曲率半径小的 0.4～2J/g 气孔率下降 晶粒中心推进，晶粒 平均生长。 二 次 再 结 晶 大晶粒晶面与邻近高 表面能和小曲率半径 的晶面相比较有较低 的表面能。 由于大晶粒受到周围晶粒应 力作用或由于本身易产生缺 陷，常在大晶粒内出现隐裂 纹，导致材料机、电性能恶 化。但在硬磁铁氧体 BaF12O14的烧结中有益。 基质塑性形变所增加