《动力学》论文研讨.doc

《材料动力学》论文 题目： 学 院： 授课教师： 学 号： 姓 名： 液相强化烧结 摘 要： 晶体中原子或离子的迁移机制主要分为两种：空位机制和间隙机制。 ν0为格点原子振动频率（约1013/s）；ΔGm为扩散势垒；Nν为空位浓度；A为比例系数。 若考虑空位来源于晶体结构中本证热缺陷，例如肖特基缺陷，则上式中， 此处ΔGf为空位形成能。将上述两式代入质点随机迁移的扩散系数表达式： 便可得到空位机制的扩散系数： 式中，γ=A/6。因空位来源于本证热缺陷，故该扩散系数称为本征扩散系数或自扩散系数。 对于以间隙机制进行的扩散，由于晶体中间隙原子浓度往往很小，间隙原子周围的邻近间隙位置几乎均是空的，故间隙机制扩散时可提供间隙原子跃迁的位置几率可近似地看成为100%。基于与上述空位机制同样的考虑，间隙机制的扩散系数可表达为： 无论扩散依空位机制或间隙机制进行，其扩散系数在数学上具有相同的形式，统一表达为如下阿雷尼乌斯公式： Do为非温度显函数项，常称为频率因子；Q为扩散活化能。对于空位扩散机制，扩散活化能由空位形成能和空位迁移能构成，而间隙机制扩散的活化能只包含间隙原子的迁移能。 对于烧结过程的具体研究，通常划分为三个阶段： 烧结初期：指自烧结开始直到粉粒接触处出现局部烧结面，即所谓出现“颈部长大”,但并未出现明显的晶粒长大或坯体收缩； 烧结中期：指晶粒或烧结生成的颗粒略有长大，颗粒之间的气态孔隙外形圆化，并以连通的棱管状态存在于坯体之中； 烧结后期：由于烧结颗粒长大，致使坯体中气孔相互分隔而孤立开来，主要存在于多粒会合处或进入粒之中，在这一时期通常都会出现瓷体的明显收缩。 按烧结过程中物质传递主要方式来分：1.气相烧结2.固相烧结3.液相烧结 气相烧结： 即物质的粉粒的某一部分蒸发，经由气态过程，再凝结到相邻粉粒的接合部分，即所谓“蒸发-凝结过程”。 固相烧结： 主要指构成粉粒本身的原子、离子或空格点（缺位），通过表面扩散、界面扩散或体内扩散来达到物质传递的效果，即所谓扩散传质过程。 液相烧结： 烧结体系中出现少量能够使固体粉粒润湿的液相；由于粉粒的表面状况不同及毛细管压的作用，使粉粒进一步靠拢、挤紧； 表面曲率较大的突出部分之质点，易于溶于液相之中，经过在液相扩散的方式，到达并析出在曲率较大，凹面或粉料相接触的颈部表面，即所谓“溶入-析出”过程； 这种过程中液相的毛细管压对粉粒的迫近，粉粒相对移位后的重排，质点的溶入与析出等物理过程，起着决定性的作用。但当体系中由于某种杂质的存在或其它原因而产生类似化学反应式的作用时，将出现一种远远 大于毛细管压的作用力，而使烧结过程大为加速。这种类型的烧结，通常就称为活化烧结，活化烧结过程大多有液相存在，但并非一定需要液相存在。 液相烧结的早期观点： 液相的作用主要是一种物理过程，液相出现时由于毛细管压力的作用，将引起坯体中粉粒或尖凸部分在液相中溶解，通过扩散而在另一部分的淀析；由于润湿作用而使固-液界面能下降。 近期的研究发现： 在绝大多数情况下，液相烧结都伴随着不同形式的化学反应。这种化学反应的作用力远比毛细管压力大，其所引起的体系自由能的下降，也比表面（包括界面）自由能的下降要大几个数量级，故有人将这类有反应作用的烧结称为活化烧结。 液相烧结中的物理作用过程 产生的物理效应： 1.润湿效应——液相对固粒的润滑作用，使粉粒之间的摩擦减少，便于粉粒作相对运动，可使成型时留下的内应力下降，粉粒堆集度也有所改善。 2.毛细管压力与接触平滑——在毛细管状液膜的作用之下，使相邻两粉粒之间承受压应力。固相质点将不断从受压处接触处溶入液相之中，在浓度差的推动之下，以扩散的方式传递出去，在适当的低压力处凝结，使接触点处逐步平滑化。因而使粒心距离接近，形成粒界并使瓷体致密。 溶入-析出过程——固态粉粒的表面活性和其表面状态密切相关，通常小粒或曲率半径特别小的凸沿或尖角的溶质的浓度大，与此相对应，粗粒，平表面或凹表面处溶入不易。其近侧的溶质浓度小。当同一溶质在液相中扩散，即有定向的物质流从细粒表面至粗粒表面迁移。扩散的结果使原高浓度处出现欠饱和溶质将继续溶入；而原低浓度处形成过饱和，溶质将不断在粗粒表面凝析。只要有表面曲率差存在，这种过程将一直维持下去。这就是液相烧结的主要传质机理。