chapter6无机材料的烧成和烧结讲述.ppt

四、矿化剂及微量元素对熟料煅烧和质量的影响 1、矿化剂　 　指能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧，提高熟料的质量的少量外加物。主要是萤石矿化剂和萤石－石膏复合矿化剂。 　如能促进碳酸盐的分解，加速碱性长石、云母的分解过程；加速碱的氧化物的挥发；促进结晶氧化硅键的断裂，降低液相出现温度和液相的粘度，并形成过渡相，使C3S的生成温度降低从而有利于C3S的生成。 　 2　微量元素 　　主要指来自原料和少量来自煤灰的碱、硫、氧化镁、氧化 钛和其他微量元素。 　 少量氧化镁能降低烧成温度、增加液相量，但过多会影响 水泥的安定性。 6.5 特种陶瓷的烧结及其方法 1、烧结现象 粉状成型体的烧结过程示意图 ：坯体中部分颗粒间为点接触，其它则相互分开，孔隙较多。 (a)－(b)：烧结促进颗粒的键合和重排，粒子相互靠拢，气孔的总体积迅速减少，颗粒间仍以点接触为主，总表面积并没有缩小，如图(b)所示。 (b)－(c) ：出现明显的传质过程。颗粒间由点接触逐渐扩大为面接触，固气表 面积相应减少，但孔隙仍然是连通的， (c)－(d)：传质过程继续进行，粒界进一步发育扩大，气孔则逐渐缩小和变形，最终转变成孤立的闭气孔。粒界开始移动，粒子长大，气孔逐渐迁移到粒界而消失，烧结体致密度增高，如图(d)所示 烧结温度与熔点的关系： 金属粉末：0.3-0.4Tm， 无机盐： 0.57Tm， 硅酸盐：0.8-0.9Tm 2、固相烧结过程及其机理 1）固相烧结的三个阶段 烧结中期十四面体模型 烧结初期：颗粒的重排和烧结颈的形成； 烧结中期：烧结颈的长大阶段，主要表现为气孔形状的改变； 烧结末期：主要表现为气孔尺寸的减小和晶粒长大。气孔封闭气孔形状转变为球形并不断缩小体积。部分小气孔消失和合并。气孔中含有不溶于固相的气体，收缩时内部气压升高导致收缩停止，形成闭气孔。 2）固相烧结机理 流动传质： 指在表面张力作用下通过变形、流动引起的物质迁移。属于这类机理的有粘性流动和塑性流动。 塑性流动： 若表面张力足以使晶体产生位错，这时质点通过整排原子的运动或晶面的滑移来实现物质传递，这种过程称塑性流动。塑性流动只有当作用力超过固体屈服点时才能产生。 粘性流动： 存在着某种外力场如表面张力作用时，质点(或空位)就会优先沿此表面张力作用的方向移动并呈现相应的物质流，其迁移量与表面张力大小成比例，并服从粘性流动的关系。 扩散传质：是指质点(或空位)借助于浓度梯度推动而迁移的传质过程。 烧结初期由于粘附作用使粒子间的接触界面逐渐扩大并形成具有负曲率的接触区，即所谓颈部。 物质迁移机制： 粘性流动、塑性流动、蒸发凝聚、体扩散、表面扩散、晶界扩散六种。 实际物质的传递是多机制起作用，其烧结动力学方程通式 x: 烧结颈尺寸，a: 颗粒半径，t:时间，F(T)：温度的函数，mn0 3、液相烧结（Liquid phase sintering) 在烧结时有液相出现的烧结过程称为液相烧结。 LPS的优点： 能在更低的温度下烧结固相烧结难以烧结的固体粉末； 能够可控地制备具有目标微观结构和优化性能的陶瓷复合材料。 液相烧结的条件： 在烧结温度有液相出现； 固相可以很好地被液相浸润； 固相必须在液相中有一定的溶解度； 液相低粘度，固相成分的扩散系数大 LPS的三个阶段： 颗粒重排阶段 溶解－淀析阶段 晶粒生长阶段 颗粒重排阶段：在烧结初期，最小的固相颗粒溶解，而使大量颗粒重新排列。该阶段的动力学取决于溶解动力学。Kingery得出此阶段的线收缩率为： 溶解－淀析阶段：溶解相与淀析相之间有可观的浓度梯度。 Kingery提出的动力学模型 式中，k1、k2为所研究材料系统相关的参数；?为颗粒间液膜的厚度； D为被溶解物质在液相中的扩散系数； c0固体物质在液相中的溶解度，?LV为液膜的表面张力； V0为被溶解物质的摩尔体积。 溶解-沉淀阶段的两晶粒接触 晶粒生长阶段: Ostwald生长，即液相与淀析相的化学平衡建立后所发生的晶粒生长阶段。 过程的驱动力为界面自由能的下降。 晶粒生长动力学可以表示为 4、烧结过程晶粒长大与再结晶 初次再结晶：是指从塑性变形的、具有应变的基质中生长出新的无应变晶粒的成核和长大过程。 晶粒长大：在烧结的中后期，细小晶粒逐渐长大，平均晶粒尺寸增大。 晶粒长大不是小晶粒相互粘结，而是晶界移动的结果。此过程并不依赖于初次再结晶过程。其推动力?G是晶界过剩的自由能。 晶界运动的结构与能量 式中：?为表面能；V为分子体积；r1、 r2分别为两晶粒表面的曲率半径。 考察二维多晶体界面的移动情况 晶界弯曲，大于