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第十二章 烧 结 §14–1 烧结概论 4.烧结过程 二、烧结示意图 三、相关概念 熔融：固体融化成熔体过程。烧结和熔融这两个过程都是由原子热振动而引起的，但熔融时全部组元都转变为液相，烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的，并且烧结时至少有一组元是处于固态。 烧结温度（TS）和熔点（TM）关系： 金属粉末：TS≈（0.3～0.4）TM 盐 类：TS ≈0.57 TM 硅酸盐 ：TS ≈0.8～0.9 TM 四、烧结过程推动力 2、压力差 3、空位差 五.烧结过程的动力学描述方法 a.坯体收缩率或颈部变化：dv/dt，ΔV/V，颈部半径x/原始粒径r； b.气孔率和吸水率： dPc/dt； c.体积密度与理论密度之比θ：θ=烧结体体积密度/真密度，dθ/dt。 六、烧结模型 §14– 2 固态烧结 各种传质机理分析比较 由许多颗粒组成的多晶体界面移动情况如图所示。从图看出大多数晶界都是弯曲的。从晶粒中心往外看，晶粒少于六条边，其界面外凸，晶粒大于六条边，其界面向外凹，由于凸面界面能大于凹面，因此晶界向凸面曲率中心移动。结果小于六条边的晶粒缩小，甚至消失，而大于六条边的晶粒长大。总的结果是平均晶粒增大。晶粒等于六条边，其界面为平面，它既不长大也不消失。 3、晶粒长大的几何学原则 （1）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沫相似的三维阵列。 （2）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度，晶粒呈正六边形。实际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，表面张力将使晶界移向其曲率中心。 （3）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。 4．晶体长大速度方程： D为时间t时的晶粒直径，K为常数，Do为时间t=0时的晶粒平均尺寸。到烧结后期，DDo，D=Kt1/2，用lgD对lgt作图，其直线斜率为1/2。 存在杂质时，晶界移动受阻，其晶体长大方程为： 5、晶粒生长影响因素 1) 夹杂物如杂质、气孔等阻碍作用 晶界为了通过夹杂物，界面能就被降低，界面变得平直，晶粒生长就逐渐停止。 烧结初期晶界上气孔数目很多，气孔阻止晶界移动，晶界移动速率 Vb=0。烧结中、后期，温度控制适当，使Vb=Vp (气孔移动速率) ，气孔保持在晶界上，它可利用晶界作为快速通道迅速排除而实现致密化。如果继续升温，导致Vb??Vp，晶界越过气孔向曲率中心移动，将气孔包入晶体内，只能通过体积扩散来排除，这很难消除气孔。。 * * 烧结目的：把粉状物料转变为致密体。 当原料配方、粉体粒度、成型等工序完成以后，烧结是使材料获得预期的显微结构以使材料性能充分发挥的关键工序。一般说来，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料。其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。烧结过程直接影响显微结构中晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布。 本章重点讨论粉末烧结过程的现象和机理，介绍烧结的各种因素对控制和改进材料的性能的影响。 一、烧结定义 1.宏观定义：粉体原料经过成型、加热到低于熔点的温度，发生固结、气孔率下降、收缩加大、致密度提高、晶粒增大，变成坚硬的烧结体，这个现象称为烧结。 2.微观定义：固态中分子（或原子）的相互吸引，通过加热，质点获得足够的能量，进行迁移使粉末体产生颗粒粘结，产生强度并导致致密化和再结晶的过程称为烧结。 3.烧结的分类 固相烧结：烧结发生在单纯的固体之间 液相烧结：有液相参与的烧结 5.烧结的特点 a.远低于熔点温度下，质点发生迁移、扩散、开始烧结（0.3-0.5Tm）； b.对于硅酸盐材料，完全烧结温度在（0.7-0.8Tm）； c.烧结主要是物理过程，但也伴随有固相反应； d.烧结前后主晶相不变化。 有固相反应发生 不产生固相反应 粉料成型后颗粒之间只有点接触，形成具有一定外形的坯体，坯体内一般包含气体（约35％～60％） 在高温下颗粒间接触面积扩大→ →颗粒聚集→ →颗粒中心距逼近→ →形成晶界→ →气孔形状变化，体积缩小→ →最后气孔从晶体中排除，这就是烧结所包含的主要物理过程。 烧结体宏观上出现体积收缩，致密度提高和强度增加，因此烧结程度可以用坯体收缩率、气孔率、吸水率或烧结体密度与理论密度之比（相对密度）等指标来表示。同时，粉末压块的性质也随这些物理过程的进展而出现坯体收缩，气孔率下降、致密、强度增加、电阻率下降等变化。随着烧结温度升高，气孔率下降；密度升高；电阻下降；强度升高；晶粒尺寸增大。 烧成：在多相