烧结总结报告概要.docx

粉末冶金烧结总结报叶星平概述烧结是：对粉末或压坯在低于主要组分熔点（约0.7~0.8T绝对温度）温度下保温，使颗粒相互联结（粒界变为晶界），减小或除去颗粒间的缝隙和孔洞，提高烧结体密度和强度。烧结过程中发生的物理化学变化：水分或有机物的蒸发或挥发，吸附气体的排除，应力的消除，粉末颗粒表面氧化物的还原；原子间发生扩散，粘性流动和塑性流动，晶粒间的接触面积增大，再结晶等；还可能有固相的溶解和重结晶。很复杂。烧结的驱动力：粉末颗粒比一大块的烧结体的比表面积大得多，粉末表面的原子都倾向于变成内部原子来降低能量（能量越低越稳定）这些由粉末变成烧结体减少的表面能就是烧结能够进行的主要驱动力。还有由于晶格的缺陷所贮存的能量也是驱动力。烧结中的物质迁移方式：表面迁移和体积迁移。表面迁移主要：表面扩散，蒸发-凝聚；体积迁移主要：体积扩散，晶界扩散，塑性流动，粘性流动。烧结三个阶段：粘结阶段，烧结颈长大阶段，闭孔隙球化和缩小阶段。1、开始阶段（粘结和烧结颈长大阶段）粉末颗粒间的点接触能导致烧结颈的长大，这个过程的物质迁移机构有：粘性流动机构：在应力的作用下，原子或空位顺着应力的方向发生流动。颗粒中心距离不发生变化，表面物质的迁移填充到接触颈部。体积扩散机构：由于存在空位浓度面使原子发生流动，粉末颗粒中心距离减小。蒸发-凝聚机构：在颗粒外表面的曲率半径与接触颈部的曲率半径是不相同的，接触点以外的表面的物质更易蒸发，然后在接触点凝聚，使烧结颈长大。对烧结后期的孔隙球化起作用。仅发生在高蒸汽压物质的烧结过程中。表面扩散机构：表面的原子和表面的空位相互交换位置。粉末表面在原子尺度上来看是凹凸不平的，即使没有畸变，表面也是阶梯状而不是连续的，所以表面原子很容易发生扩散和移动，低温烧结时占主导的是表面扩散。晶界扩散机构：颗粒内部及表面的原子通过晶界向烧结颈移动，所以颗粒中心距离会缩小。靠近晶界的孔隙总是优先被迁移过来的原子填充。塑性流动机构：烧结颈长大和形成可以看做是金属粉末在表面张力作用下发生塑性变形的结果。仅适用于金属粉末烧结的早期阶段。烧结过程中粉末颗粒的粘结是一个十分复杂的过程，多种因素中的主导因素视具体情况而定：细粉末颗粒烧结时表面扩散机构贡献更多；高温烧结时是体积扩散机构；某些易蒸发的金属粉末时是蒸发-凝聚机构；加压烧结时起主要作用的是塑性流动机构。2、中间阶段烧结中间烧结阶段是决定压坯性能的最重要阶段。表征为烧结体的致密化和晶粒长大。此阶段烧结速率由晶粒边界和孔隙的几何形状控制。孔隙与晶界之间的两种作用形式：孔隙可能在晶粒长大时被运动着的晶界所平直化；晶界可能从孔隙处中断。占据在晶粒的棱边的孔隙会使烧结块致密化，占据在晶粒内部的孔隙会成为闭孔隙，没有致密化的发生。因此为了增大烧结块的最终密度，可采取控制温度、加入第二相杂质（氧化物颗粒）、使用更均匀的粉末颗粒等措施。在粉末为加压烧结的致密化过程中，体积扩散和晶界扩散器主导作用，促进烧结过程需要高温来提高空位或与原子的扩散系数。在致密化的后期要防止晶粒长大（加入少量耐高温的、细的碳化物或氧化物等添加剂）和晶界减少甚至可积极制造晶界。3．最终烧结阶段在体积扩散机构作用下发生孔隙的孤立、球化和收缩。晶粒的长大晶界的迁移被孔隙中断，然后继续迁移把孔隙包容在晶粒内部导致孔隙的孤立。晶界被孔隙中断后，孔隙的倾向于球化。被包容在晶粒内部后，孔隙必须由空位扩散到晶界地区以进行收缩，这是一个缓慢的过程。孔隙的收缩和消失是致密化的主要过程，孔隙内封闭的气体会抑制其收缩和消失。体积扩散物质迁移机构对孔隙收缩是需要的。在烧结最终阶段，孔隙消失的速率取决于孔隙密度、孔隙半径、体积扩散、晶粒大小以及应力的作用。4．烧结体显微组织的变化（1）. 孔隙的变化接触点粘结，烧结颈长大开孔隙被填满最后只剩下隔断的闭孔隙。之后小的闭孔隙消失，大的闭孔隙长大并球化，最后球形的大的闭孔隙稳定存在。（2）. 再结晶与晶粒粗化在压制成型的过程中，粉末颗粒受到一定的加工变形，存在形变储存能，因此在高温保温的过程中会发生再结晶和晶粒粗化的过程。再结晶的核心产生于形变较大的粉末颗粒接触的地方，因此粉末越细，再结晶形核越多，再结晶和晶粒长大之后的晶粒越小。晶粒长大需要在保温足够长的时间下消耗形变的基体，当基体全部被再结晶晶粒占据时且还有形变储存能时，大晶粒吞并小晶粒继续长大直至平衡。孔隙第二相杂质和晶界沟对晶界的迁移起钉扎作用，抑制晶粒的长大。因此只有在烧结后期孔隙变得非常少时才发生晶粒长大。四．混合粉末的烧结1. 多元系固相烧结：均匀固溶体；混合粉末；烧结过程中固溶体分解。下面讨论混合粉末的烧结。就是使用金属粉末的混合物代替与合金粉末进行烧结。与合金化类似，混合粉末烧结需要保证成分的均匀化。因此混合粉末要细来减少原子在颗粒间的扩