材料科学基础---第九章--烧结.pptVIP

第九章 烧结 第一节 概 述 一、烧结定义▲ 二、与烧结有关的概念▲ 三、烧结过程推动力▲ 四、烧结模型 一、烧结定义 1、烧结的物理过程： 颗粒间接触面积扩大；颗粒聚集；颗粒中心距逼近，逐渐形成晶界；气孔形状变化；体积缩小；从连通的气孔变成各自独立的气孔并逐渐缩小，以致最后大部分甚至全部气孔从晶体中排除。 2、烧结的定义： 据烧结粉末体所出现的宏观变化 一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体，这种过程称为烧结。 据烧结的本质 由于固态中分子(或原子)的相互吸引，通过加热使粉末体产生颗粒粘结，经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程称为烧结。 3、衡量烧结程度的指标 ①坯体收缩率 ②气孔率 ③吸水率 ④相对密度 即 ： 二、与烧结有关的一些概念 1.????烧结与烧成 烧成：包括多种物理和化学变化 烧结：仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程 2.????烧结和熔融 烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的 金属粉末 盐类 硅酸盐 3.????烧结与固相反应 相同点：均在低于材料熔点或熔融温度下进行，并且过程中都至少有一相是固态 不同点：固相反应至少有两组分参加，并且发生化学反应，最后生化合物AB，烧结可以是单组分或双组分参加，两组分间不发生化学反应。烧结使材料更加致密，但微观晶相并未发生变化 三、烧结过程推动力 1、?推动力：粉末物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能 2、?衡量指标：通常用晶界能γGB和表面能γ SV之比值来衡量烧结的难易。 越小越易烧结。 对球形颗粒：弯曲表面由于表面张力而造成的压差 对非球形曲面： 烧结的推动力： 结论：弯曲表面上的附加压力与球形颗粒(或曲面)曲率半径成反比，与粉料表面张力成正比，故粉料越细，由曲率引起的烧结推动力越大 四、烧结模型 第二节 固态烧结 固态烧结主要传质方式： 蒸发-凝聚、扩散传质和塑性流变 一、蒸发-凝聚传质 1.原因：蒸汽压差△P 模型：双球模型 由于 ， 颗粒表面近似平面 由开尔文公式： P1—曲率半径为ρ的颈部的蒸汽压 P0—球形颗粒表面蒸汽压 γ—表面张力 d—密度 设 很小 2. 条件：颗粒足够小 3. 球形颗粒接触面积颈部生长速率： 注：① ，对蒸发-凝聚传质用延长烧结时间不能达到促进烧结的效果 ②从工艺控制考虑，两个重要的参数是原料起始粒度r和烧结温度T 4. 蒸发-凝聚传质的特点 烧结时颈部区域扩大，球的形状改变为椭圆，气孔形状改变，但球与球之间的中心距不变，坯体不收缩，坯体密度不变。 二、扩散传质（模型：颈部应力模型) 1.传质机理：空位浓度差△C 下面通过计算不同部位空位浓度说明扩散传质机理： 在无应力区(晶粒内部)： n0—晶粒内空位数 N—晶粒内原子数 EV—空位生成能 由于颈部区域受到张应力、而颗粒接触中心受到压应力，不同部位受力不同，不同部位形成空位所做的功也有差别。 在颈部区域和颗粒接触中心有应力存在，而使空位形成所作的附加功如下: 张应力区： 压应力区： 设在颗粒内部无应力区空位形成能为 ， 颈部或颗粒接触点区域空位形成能为 ， 则 压应力区（接触点）： 张应力区（颈表面）： 不同部位空位形成能大小次序： 张应力区[ ]无应力区[Ev]压应力区[ ] 由于空位形成功不同，引起不同部位空位浓度不同。 若Cn、Co、Ct分别代表压应力区、无应力区、张应力区的空位浓度。则： 若 当 时， 2. 扩散传质的动力学 (1) 烧结初期 坯体变化：以表面扩散为主，气孔率大，收缩约在1%左右 动力学方程： 颈部增长速率： 颗粒中心距逼近速率： 由方程出发，从工艺角度考虑，在烧结时需控制的变量： Ⅰ.烧结