粒界的形成与移动概要.pptxVIP

粒界的形成与移动 付彤 1531526 异质界面界面（表面） 气液界面（液体表面） 气固界面（固体表面） 液液界面（乳浊液界面） 液固界面（悬浊液、玻璃相与陶瓷晶粒界面 固固界面（多晶相陶瓷异相晶粒界面） 同质界面：固固界面（陶瓷晶粒间界面） 两球模型 (a)-(b)过程：同类无定型物质（如玻璃等）的小粒 (c)-(d)过程：晶态粉粒 界面的形成 （1）相邻晶界取向完全一致，各晶面夹角为0，相邻两晶粒完全共格，界面不存在，没有界面能 (2)相邻两晶粒之间有一晶面平行，其余取向不一致，可能形成孪晶界，随晶面夹角加大，刃位错加剧，界面能增加 （3）相邻两晶粒之间所有晶面（或晶轴）均不平行，即晶粒取向完全不同，此时界面结构将更复杂 （4）粒界中存在异相物质，含有大量的粒界能，显著影响瓷件的介电与压电性能 粒界的具体结构和能量状态 固固界面与气孔的平衡 γgb γgγsv ，粒界增长（缩短），物系自由能增加（下降）， θ60°，气孔扩大，孔形内凹 γ gb γsv ，粒界增长（缩短），物系自由能下降（增加）， θ60°，气孔收缩，孔形外凸 如果在烧结过程中，颗粒间出现液相，此时气固表面被液固表面取代， γgb= 2γSL cos(Φ/2)， Φ称为二面角 固固界面与液相的平衡 γSL的大小决定固液之间的润湿性， γab ≥ γSL ，固液界面处于润湿状态，反之则处于不润湿状态；液相在固粒之间的分布，完全决定于两类之间的相互作用能，而液相在固粒之间的分布方式，不仅影响烧结质量与传质过程，而且将很大程度决定电子陶瓷的各项性质 粒界的移动和晶粒长大 晶粒间界两侧符号相反的曲率半径产生压强差，推动粒界运动；粒界的形状不是一个平面，而是一个曲率中心朝细粒一遍的伞形曲面，在压强差和的推动下，伞形曲面不断朝细粒方向运动，界面缩小直至消失（粉粒的再结晶） 这种再结晶过程是质点（主要是正负离子）在界面两侧的跃迁 粒界移动多球平面模型 陶瓷坯体是由许多粉粒组成的，多个粉粒之间都具有相互制约作用，粉粒个数的变化，反映着平均粒径的变化。 烧结过程中晶粒总是要长大的，相对较粗的粉粒将扩张、长大，小的粉粒将缩小或消失（大晶吃小晶），结果使物系的总表面积及界面积下降，即物系的自由能降低，趋向稳定 初次再结晶（大晶吃小晶） 此种晶粒长大形成的粒界是否会移动要看其是否满足粒界平衡条件： 1、所有六边形的边界及其它具有120°夹角的边界，都保持平直，并能相对稳定 2、多于六边的晶粒，内角大于 120°，其界面在界面力的作用 下向外弯曲 粒界的平衡 接近理论密度的氧化铝瓷晶粒显微结构，可以看出，其中大多数晶粒都比较平直，且交角都接近120° 主要原因： （1）瓷件虽已烧结良好，粒界移动并未到达终点，如烧结继续进行，粒界仍将移动 （2）在具有各向异性的陶瓷晶粒之间，不同交角所构成的粒界，其界面结构无序度因而所具有的界面能是不同的；界面能不同表面张力不同，平衡夹角将偏离120° （3）人们所观察到的只限于晶粒的二维平面结构，事实上陶瓷粒界实在三维空间能进行平衡的 烧结良好的陶瓷晶粒中近于平直的粒界和接近120°的交角 1、粒界中的杂质 △Fi=Ai γi=4 πr2γi △ Fi 杂质表面能，γi 杂质与粒体之间的界面自由能 当杂质从粒体内移动到粒界中时， △ Fi 并未明显改变，但杂质截面占去了一部分界面，物系界面自由能降低 -△Fgb=πri2γgb 按照自由能愈低物系越稳定，杂质有力图停留在粒界之中的趋势，并处于相对平衡状态；杂质还会组织粒界的运动 杂质与粒界的相互作用 类型：气孔、烧结促进剂或阻滞剂、原料中不纯物等 杂质的聚集有利于物系自由能的降低 杂质的类型及其在粒界的富集 1、杂质跟随粒界前进 ①基质质点越过界面，杂质质点也作相似的跃迁，杂质一直存在于粒界之中，不一定会给简介粒界给予很大阻力 ②杂质质点不易跃迁，只当基质跃迁过程中，出现凸面掏空或凹面挤压时，迫使杂质跟随粒界前进，必然给前进粒界给予一定阻力 2、粒界甩开杂质前进 杂质还没来得及跟随粒界移动，粒界已经脱离杂质而前进 瞬间增加相应于杂质截面的界面能，粒界必须有一临界力才能从粒界处脱离开，此临界力与杂质大小、界面能和界面曲率有关 杂质与粒界的分离 3、杂质将前进着的粒界拖住 界面将停止前进，相对稳定下来 ①杂质分量较多或呈扁平形，占去较多界面 ②杂质本身结合能较大，烧结温度下难于分散和扩散 ③界面曲率太小，难于给出临界力 粒界挣脱杂质时所需要的临界力 （a）-△Fgb=πri2γgb ，界面张力沿2πri 轴向平均而且平衡 （b）杂质必须给予曲面一个向左的力F才能与曲界面的张应力相平衡 界面张应力作用圆周为2πri