第九章 功能陶瓷材料的烧结.pptxVIP

第九章 功能陶瓷材料的制备 ----烧结过程; 烧结过程是一门古老的工艺。现在，烧结过程在许多工业部门得到广泛应用，如陶瓷、耐火材料、粉末冶金、超高温材料等生产过程中都含有烧结过程。 烧结的目的是把粉状材料转变为致密体。 研究物质在烧结过程中的各种物理化学变化。对指导生产、控制产品质量，研制新型材料显得特别重要。;一、烧结定义及分类 1、烧结的定义 烧结——成型的粉末坯体，经加热收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体的过程。 烧结过程为物理过程。;通常用烧结收缩率、强度、相对密度、气孔率等物理指标来衡量物料烧结质量的好坏。;2、烧结的分类 1）常规烧结（是否出现液相） 固相烧结：在烧结温度下基本上无液相出现的烧结。 如：高纯氧化物之间的烧结过程 液相烧结：有液相参与下的烧结。 如：多组分物系在烧结温度下常有液相出现， 45% 2）非常规烧结（特种烧结） a、反应烧结 b、热压烧结 c、电火花烧结 d、等静压烧结 e、活化烧结 f、 微波烧结;二、与烧结有关的一些概念 1、烧结与烧成 烧成：包括多种物理、化学变化，如：脱水、坯体内气体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等，其包括范围较宽。 烧结：仅是粉料经加热而致密化的简单过程，是烧成过程的一个重要部分。 2、烧结与熔融 相同点：都是由原子热振动而引起的 不同点：熔融时-全部组元都转变为液相 烧结时-至少有一组元是处于固态 烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的。 泰曼指出，烧结温度Ts与其熔点Tm之间关系如下一般规律： 金属粉末Ts≈（0.3－0.4）Tm 无机盐类Ts≈ 0.57 Tm 硅酸盐类Ts≈（0.8－0.9）Tm;3、烧结与固相反应 相同点：均在低于材料熔点或熔融温度之下进行的； 过程自始至终都至少有一相是固态 不同点：固相反应至少有两组元参加，并发生化学反应。 烧结只有单组元或两组元参加，且不发生化学反应。 三、烧结过程及推动力 （一）烧结过程 1、烧结温度对烧结体性质的影响 1）随 T↑，电阻率↓、强度↑，表明： 在颗粒空隙被填充之前(即气孔率显著下降以前)，颗粒接触处就已产生某种键合，使得电子可以沿着键合的地方传递，故电导率和强度增大 2）随 T 继续↑，物质开始向空隙传递，密度↑;2、烧结过程的示意图;a)烧结初期 b)烧结后期 铁粉烧结的SEM照片;烧结过程可以分为三个阶段：烧结初期、中期和后期。 烧结初期：坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小（即大气孔消失），固-气总表面积变化不大 。 烧结中期：传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。 烧结后期：传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密度达到95%以上，制品强度提高。 （二）烧结推动力 能量差（具体表现为：压力差、空位浓度差、溶解度差） 1、能量差 粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，即能量差是烧结的推动力，但较小。烧结不能自发进行，必须对粉料加以高温，才能促使粉末体转变为烧结体;例如： 粒度为1?m的材料烧结后，?G降低约8.3J/g（无机材料等效于0.5 -1.5 KJ/mol)； α-石英与β-石英之间的多晶转变时，?G为1.7 KJ/mol； 一般化学反应前后能量变化超过200 KJ/mol。 烧结的难易可以用?GB晶界能/?SV表面能比值来衡量： ?GB/?SV越大，烧结越困难 2、压力差：颗粒的弯曲表面上存在有压力差;四、烧结模型 库津斯基提出粉末压块是由等径球体作为模型。随烧结进行，各接触点处开始形成颈部，并逐渐扩大，最后烧结成一个整体。 因各颈部所处环境和几何条件相同，故只需确定二颗粒形成的颈部的成长速率就基本代表了整个烧结初期的动力学关系。 烧结时，由于传质机理各异而引起颈部增长的方式不同。因此，双球模型的中心距有如下二种情况：;双球模型;烧结会引起体积的收缩和致密度增加，常用线收缩率或密度值来评价烧结的程度。对模型(B)，