第9章烧结.ppt

（三）流动传质 —— 1、粘性流动 粘性流动 塑性流动 （1）粘性蠕变速率ε 粘性流动（蠕变）：晶体内的晶格空位在应力作用下，由空位的定向流动引起的形变。 粘性流动传质：在应力作用下，整排原子沿应力方向移动； 扩散传质：由空位浓度差引起的，仅一个质点的迁移。 粘性流动（蠕变）速率与应力的关系： 在高温下，依靠液体粘性流动而致密化是大多数材料烧结的主要传质过程。 烧结系统宏观粘度系数为： 则： T＝2000K，D*=10-9cm2/s，Ω=1×10-24cm3 对于无机粉体材料的烧结： 1014dPa·s 1013dPa·s 1010dPa·s 108 dPa·s 宏观粘度： 10 ?m 1 ?m 0.1 ?m 0.01 ?m 扩散路程d： 烧结时，宏观粘度系数的数量级为： 108－109 dPa·s 烧结时粘性蠕变传质起决定性作用的仅限于0.01~01 ?m 数量级的扩散，即通常限于晶界区域或位错区域。（局部区域） （2）颈部增长公式 —— 中心矩缩短的双球模型 根据表面积减小的能量变化等于粘性流动消耗的能量，可导出： （3）收缩率 颗粒间中心矩逼近而引起的收缩为： （4）烧结速率公式 粘性流动传质 初期动力学方程 —— 适用于粘性流动传质全过程 颗粒尺寸↓，从10 ?m→1 ?m，d?/dt ↑10倍。 烧结速率的影响因素 1）颗粒半径 r 如：T变化100℃，η约变化1000倍。 讨论： 2）粘度η —— 控制的重要因素 受温度影响大，T↑，η↓，d?/dt↑↑。 3）表面张力 ? 影响不大 2、塑性流动 （1）定义： 在烧结过程中，当液相含量很少时，烧结物质内部质点在高温和表面张力作用下，超过屈服值 f 后，流动速率才与作用的剪切应力成正比。 （2）烧结速率： f↑，d?/dt↓。与热压烧结过程比较符合。 （四）溶解-沉淀传质 部分固相溶解，而在另一部分固相上沉积。 1、发生溶解-沉淀传质的条件 1）有足够数量的液相； 2）固相在液相内有显著的可溶性； 3）液体润湿固相。 2、溶解-沉淀传质过程的推动力 —— 表面能 表面能（表面张力）是以毛细管压力的方式使颗粒结合的。 例如：微米级颗粒之间约有0.1~1 ?m直径的毛细管，如其中充满硅酸盐液相，毛细管压力达1.23~12.3 MPa 毛细管压力所造成的烧结推动力是很大的。 3、溶解-沉淀传质过程 （1）颗粒重排 概念：颗粒在毛细管压力作用下，通过粘性流动或在一些颗粒接触点上由于局部应力的作用而进行的重新排列，使颗粒堆积的更加紧密。 烧结速率：与粘性流动相似 呈近线性关系， 1+x约大于1 影响因素：1）液相数量； 2）固-液二面角； 3）固液润湿性。 图9-15 煅烧耐火粘土液相含量与气孔率关系 （2）溶解-沉淀传质 概念：较小颗粒在颗粒接触点处溶解，通过液相传质在较大颗粒或颗粒的自由表面上沉积，最终使晶粒长大和坯体致密化。 模型：根据液相数量不同，分为： Kingery模型：液相量少时，颗粒在接触点处溶解，由液相传质扩散到自由表面上沉积。 LSW模型：小晶粒溶解，通过液相传质到大晶粒上沉积。 原因：溶解度差?C → 化学位梯度?? a ：凸面（或小晶粒）处离子活度 a0 ：平面（或大晶粒）离子活度 烧结速率：Kingery模型 当T不变时， 颈部增长率， 实际过程比较复杂，呈现多阶段的特征。例如：MgO+2wt％高岭土在1730℃下烧结如图所示。 影响因素： 1）?L/L∝t1/3 2）颗粒原始粒度r：r↓，?L/L↑ 3）粉末特性：溶解度C0，润湿性?LV 4）液相数量： 5）烧结温度 T ：T↑，?↓ 图9-16 MgO+2wt％高岭土在1730℃下烧结的情况 烧结前MgO粒度：A=3 ?m，B=1 ?m，C=0.52 ?m （五）各种传质机理分析比较 各种传质过程可单独进行或几种传质同时进行。每种传质的产生有其特定的条件 固态烧结和液相烧结的传质机理说明，烧结是一个复杂的过程。在实际材料的制造过程中，经常是几种可能的传质机理在互相起作用，有时是一种机理起主导作用，有时则是几种机理同时出现；当条件改变时其传质方式也随之发生了变化。 例如：长石瓷或滑石瓷都是有液相参与的烧结，随着烧结进行，往往是几种传质交替发生的。 第三节 晶粒生长与二次再结晶 —— 与烧结中、后期传质过程同时进行 一、基本概念 2、初次再结晶：指已发生塑性形变的基质中出现新生的无 应变晶粒的成核和长大过程。 1、晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平衡晶