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PAGE  PAGE 9 第六章 烧结原理 第6.1节烧结机理 一、 定义及分类 1定义：在T熔温度之下，物料通过增大接触面、颗粒重排、形成晶界、排除气孔，达到致密和增大强度的过程。 宏观：致密提高，强度增加 微观：晶界形成，晶体长大，气孔变小 2 分类： 固相烧结：没有液相参加（或液相很少2%-5%） 液相烧结：有液相参加，液相量达10-30% 热压烧结：烧结有特殊机理，提高烧结推动力 二、 烧结动力学（推动力） 1 曲面压差 2 颈部浓度差 △C 对于一个不受应力（无附加压差）的晶体，空位浓度与 有关，和形成空位所需的能量 有关 若质点（离子）直径为 ，可近似地令空位体积为 颈部曲面特性所引起的毛细管力 （数值）， 则形成一个空位时，毛细管力所做的功 （体积功） 故 在颈部表面形成一个空位所需的能量为 相应空位浓度为： 3 气相传质 导致：凸 气相 凹 凝聚 蒸发 颈部 在空位浓度差推动下，空位即从颈部不断地向颗粒其它部位扩散，而固体质点则向颈部逆向扩散，颈部空位源的作用， 与 成正比，由扩散机理进行的烧结过程可知：烧结推动力也为表面能作用的结果 三、 烧结的几种机理 1、体积扩散机理 颗粒凸部向凹部传质，使颈部长大，形成晶界，相当于颈部空位向凸部扩散，凹空位 凸空位 气孔周围的空位源，向晶体其它部位（主要是表面、晶界）扩散，这些部位质点反向迁移到气孔间隙 2、蒸发—凝聚机理（气相沉积） 凸部质点进行蒸发，然后通过气相传质到凹部（颈部）凝聚，使颈部长大 3、溶解—沉淀机理（液相烧结） 在液相中的颗粒 ，造成小颗粒溶解，溶解后通过熔体在大颗粒和两颗粒的颈部沉淀（形成晶界，颈部长大） 4、粘滞流机理 A 在液相烧结时，液相量达到一定数量时，物料出现类似液相的粘滞流动现象，导致颗粒重排（液相烧结初期，在液相中的颗粒） B 热压烧结 当外力P大于此??颗粒临界强度时，能使物料发生晶面（颗粒）滑动，增大接触面 第6.2节 烧结动力学 一、烧结中传质途径 从颗粒表面向颈部的表面扩散； 从粒界向颈部的界面扩散； 从颗粒表面向颈部的体积扩散； 从粒界向颈部的体积扩散； 从颗粒内部位错向颈部的扩散； 从颗粒表面向颈部的蒸发-冷凝； 从颗粒表面向颈部或从小颗粒向大颗粒的溶解-沉淀 二、烧结模型 烧结是从粉状集合体转变成致密集合体的过程，故颗粒的形状和大小直接影响着颗粒间的堆积状态，以及相互的接触情况。并最终影响烧结。 为了便于定量研究，须建立合理化的模型。 模型：采用等径球体 接触方式烧结模型 烧结一般都会引起宏观尺寸的缩小和致密度的增加，常用收缩和密度值来衡量烧结程度。 由b图可见：收缩是由于颈部长大和双球间的距离缩短引起的。 设：烧结前两球间中心距离为L，烧后收缩值为ΔL 对图b则有： 由于烧结初期 很小，cos =1 故得 可见 勾股定理： 则： 三、固体烧结动力学 1、烧结初期：双球模型 基本前提：通过颈部表面空位扩散速度等于颈部体积长大速度 （1） 为空位扩散系数， 为扩散面积， 为颈部表面曲率半径， 颈部表面与平面间空位浓度差，设扩散距离也为 代入（1）式后，积分求解化简后得： （） 颈部增长率： ） 收缩率： 卿格尔Kingery 推导出三种不同传质途径下（体、晶界和表面）的一般式： 扩散机理： nq体扩散4-53-2.5表面扩散73-3.22晶界扩散6-7 讨论：（1） 对 作图，可求出斜率 例如： 烧结初期 对数与时间作图，测出的斜率为2/5，此结果与式（2）相符。 (2) 温度不高 低于T泰曼温度下保温是没有意义的（低温收缩大，小时达到烧结） （3）粒度的影响 烧结速度 2 烧结中期（气孔排除，晶界长大）颈部长大， 颗粒重排 模型 正十四面体 或 正十二面体 （颗粒包围的气孔呈现圆筒状） 设正十二面体共24