第3部分-粉末烧结技术.pptVIP

Part3：粉末烧结第一章概述第二章烧结热力学基础

Initialstage:烧结初期Intermediatestage：烧结中期Finalstage：烧结后期由原始颗粒接触面发展形成的晶界结果：坯体的强度增加，表面积减小金属粉末烧结体：导电性能提高是粉末烧结发生的标志而非出现烧结收缩为什么能形成接触面？前期的特征形成连续的孔隙网络，孔隙表面光滑化后期的特征孔隙进一步缩小，网络坍塌并且晶界发生迁移为什么会导致颗粒间的距离缩短？原子的扩散，颗粒间的距离缩短烧结颈间形成了微孔隙微孔隙长大聚合导致烧结颈间的孔隙结构坍塌三、闭孔隙的形成和球化孔隙管道被分隔成一系列的小孔隙，最后发展成孤立孔隙并球化处于晶界上的闭孔则有可能消失有的则因发生晶界与孔隙间的分离现象而成为晶内孔隙（intragranularpore），并充分球化孔隙结构演化烧结后孔隙结构§2烧结热力学单元系粉末颗粒处于化学平衡态粉末系统过剩自由能的降低是烧结进行的驱动力drivingforceforsintering系统的过剩自由能包括：总界面积和总界面能的减小粉末颗粒晶格畸变和部分缺陷(如空位,位错等)的消除源于粉末加工过程多元系烧结驱动力则主要来自体系的自由能降低△G=△H-T△S△G≠0且＜0自由能降低的数值远大于表面能的降低表面能的降低则属于辅助地位例如：颗粒尺寸10μm的粉末的界面能降低为1-10J/mol化学反应的自由能降低一般为100-1000J/mol,比前者大了两个数量级合金化也是一种特殊的化学反应§3烧结驱动力计算一、作用在烧结颈上的原动力二、烧结扩散驱动力三、蒸发-凝聚物质迁移动力—蒸汽压差四、烧结收缩应力（补）-宏观烧结应力一、作用在烧结颈上的拉应力1、烧结初期：由Young-Laplace(拉普拉斯)方程，颈部弯曲面上的应力σ为σ=γ(1/x-1/ρ)≌-γ/ρ（xρ）(γ表面张力，x烧结颈半径，ρ烧结颈曲率半径)负号表示作用在颈部的张应力指向颈外效果：导致烧结颈长大，孔隙体积收缩随着烧结过程的进行，∣ρ∣的数值增大烧结驱动力逐步减小2、中期孔隙网络形成，烧结颈长大。有效烧结应力Ps为Ps=Pv-γ/ρ（Pv为烧结气氛的压力，若在真空中，为0）3、后期孔隙网络坍塌，形成孤立孔隙→封闭在孔隙中的气氛压力随孔隙半径r收缩而增大。由气态方程Pv.Vp=nRT气氛压力Pv=6nRT/(πD3)此时的烧结驱动力σ=-4γ/D令Ps=0，即封闭在孔隙中的气氛压力与烧结应力达到平衡孔隙收缩停止最小孔径为Dmin=(Po/4γ)1/2.Do3/２减小残留孔径的措施减小气氛压力（如真空）较小的Do（细粉末与粒度组成，较高的压制压力）提高γ（活化）二、烧结扩散驱动力-空位浓度梯度处于平衡状态时，平衡空位浓度Cvo=exp(Sf/k).exp(-Efo/kT)exp(Sf/k)—振动熵项，Sf为生成一个空位造成系统熵值的变化exp(-Efo/kT)—空位形成能项Efo—无应力时生成一个空位所需的能量在烧结颈部因受到拉应力的作用空位形成能降低产生过剩空位浓度大于平衡空位浓度应力作用时其值发生改变压缩应力Ef=Efo+σΩ拉伸应力Ef=Efo–σΩσΩ—应力对空位所作的功(Ω为空位体积)对应空位浓度为颈部：Cv=exp(Sf/k).exp[-（Efo+σΩ)/kT]由于σΩ《kT，σΩ/kT→0，即exp(-x)=1-xCv=exp(Sf/k).exp（-Efo/kT）.（1-σΩ/kT）Cv=Cvo（1-σΩ/kT）=Cvo-CvoσΩ/kT又σ=-γ/ρ，故颈部与非颈区域之间的空位浓度差△Cv=CvoγΩ/（kTρ）考虑在烧结颈部与附近区域（线度为ρ）空位浓度的差异空位浓度梯度▽Cv=CvoγΩ/（kTρ2）可以发现↑γ（活化）↓ρ（细粉）均有利于提高浓度梯度三、蒸发-凝聚气相迁移动力—蒸汽压差由Gibbs-Kelvin公式得到曲面与平面蒸气压差△P=PoγΩ/(kTR)Po—平面的饱和蒸气压；R—曲面的曲率半径。Ω—一个空位的体积在球面：△Pa=2PoγΩ/(kTa)R=a/2在烧结颈部：△Pρ=Poγ