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第九章 烧结 第一节 烧结的基本概念 定义 根据烧结粉末体所出现的宏观变化： 一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物、粘土……）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、坚硬的烧结体的过程。 烧结粉末体的宏观变化 一些概念的异同： 烧结 仅仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程。 烧成 包括各种物理和化学变化：脱水、坯体内气体分解、多相反应、熔融、溶解、烧结等 (2) 烧结与熔融 烧结 烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行； 烧结时至少有一组元是处于固态。 熔融 熔融时全部组元都转变为液相 (3) 烧结与固相反应 烧结 可以是只有单组元，也可以是二组元，但两组元之间并不发生化学反应，仅仅是在表面能驱动下，由粉体变成致密体。 固相反应 必须至少有两组元参加，并发生化学反应，形成化合物，化合物的结构及性质都不同于两组元。 第二节 烧结过程推动力 烧结的致密化过程是依靠物质传递和迁移实现的，因此必须存在某种化学位梯度才能推动物质的迁移。 粉体颗粒尺寸很小，比表面积大，具有较高的表面能，即使在加压成型体中，颗粒间接触面积也很小，总表面积很大而处于较高能量状态。 根据最小能量原理，它将自发地向最低能量状态变化，并伴随使系统的表面能减少。 烧结是一自发的不可逆过程，系统表面能降低是推动烧结进行的基本动力。 粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能是烧结的推动力。 粉体经烧结后，晶界能取代了表面能，是多晶材料稳定存在的原因。 第三节 烧结模型 G C Kuczynski提出的孤立的两个颗粒或颗粒与平板的烧结模型。 提出粉末压块是由等径球作为模型，随着烧结的进行，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。 由于各颈部所处的环境和几何条件相同，所以只需确定两个颗粒形成的颈部的生长速率就基本代表了整个烧结初期的动力学关系。 第四节 固相烧结 传质方式 蒸发—凝聚 扩散—传质 几种材料的曲率半径、蒸气压差关系 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，即在传质过程中坯体不发生收缩； 气孔形状的改变对坯体一些宏观性质有可观的影响，但不影响坯体密度 气相传质过程，要求把传质加热到可以产生蒸气压的温度 4.2 扩散传质 烧结初期物质迁移路线 第五节 液相烧结 凡有液相参加的烧结过程称为液相烧结 第六节 晶粒生长与二次再结晶 晶粒生长和二次再结晶是与烧结并行的高温动力学过程。 在考虑烧结的全过程，特别是烧结后期，忽略了这点就将引入重大的偏差 晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。 初次再结晶 在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生长过程。 该过程的推动力是基质塑性变形所增加的能量。 储存在形变基质里的能量约0.4~4.2J/g的数量级，虽然与熔融热相比小了1000倍或更多，但已足以使晶界移动和晶粒长大。 二次再结晶 （晶粒异常生长/晶粒不连续生长） 少数巨大晶粒在细晶粒消耗时的异常长大过程。 6.1 晶粒生长 不管初次再结晶是否发生，细颗粒晶粒聚集体在高温下平均晶粒尺寸总会增大，并伴随有一些较小的晶粒被兼并和消失。 晶粒生长速度是与被兼并晶粒的消失速度相当的。 过程的推动力是晶界过剩的表面能。 所有晶粒长大的几何学情况有3个一般原则： 晶界上有晶界能的作用，因此晶粒形成一个在几何学上与肥皂泡相似的三维阵列； 晶粒边界如果都具有基本上相同的表面张力，则界面间交角成120°，晶粒呈正六边形。实际上多晶系统中多数晶粒间界面能不等。因此从一个三界汇合点延伸至另一个三界汇合点的晶界都具有一定曲率，表面张力将使界面移向其曲率中心。 在晶界上的第二相夹杂物（杂质或气泡），如果它们在烧结温度下不与主晶相形成液相，则将阻碍晶界移动。 晶粒生长与二次再结晶的异同： 坯体内晶粒尺寸均匀地生长 Dl?d/f 晶粒生长是平均尺寸增长，不存在晶核，晶面处于平衡状态，界面上无应力 晶粒生长时气孔都维持在晶界或晶界交汇处 个别晶粒异常生长 不服从 大晶粒界面上有应力存在 气孔被包裹到晶粒内部 第七节 影响烧结的因素 原始粉料的粒度 外加剂 烧结温度与保温时间 盐类的选择及其煅烧条件 气氛 成型压力 第八节 烧结方法的发展 一、无压烧结方法 　　　无压烧结主要采用电加热法。电加热发热体根据不同要求有三种：耐热合金电阻丝，最高加热温度1100℃，一般使用温度≤1000℃；碳化硅电阻棒，加热最高温度1550℃，一般使用温度≤1450℃，二硅化钼电阻