《无机材料科学基础》第9章烧结.ppt

第九章要点 相关定义 烧结推动力、种类、传质方式及机理 晶粒生长和二次再结晶的方式、推动力 影响烧结的因素 第九章 烧结 9.1概述 9.1.1 烧结定义： ? 1、传统定义：（宏观定义） 一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体的过程 2、微观定义： 　　　　由于固态中分子（或原子）的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，经过物质迁移使粉末产生强度并导致致密化和再结晶的过程 3、烧结程度表征 （１）、气孔率　（２）烧结体密度 　（３）电阻 　（４）强度 （5）晶粒尺寸 　（6）吸水率 （7）坯体收缩率 (8)相对密度 9.4烧结模型 1、孤立双球模型、颗粒与平板模型 ρ=χ2/2rπ ρ=χ2/4rπ ρ=χ2/2r A=π2χ3/r A=π2χ3/2r A=πχ3/r V=πχ4/2r V=πχ4/4r V=πχ4/2r (9—3a) (9—3b) (9—3c) 2、适用：烧结初期 9.2固态烧结 定义：粉体团块在固体状态下进行的烧结 传质方式：蒸发－凝聚传质、扩散传质、塑性流变传质 ９．２．１蒸发――凝聚传质 1、定义：在高温过程中，由于表面曲率不同，　导致不同部位存在蒸汽压差，在蒸汽压差作用下进行的气相传质 2、传质模型及颈部生长公式 烧结初始阶段颈部的形成-------颗粒的粘附作用 （1）微观本质：固体表面力 （2）大小：取决于物质的表面能和接触面积 9.2.2扩散传质 1、晶界滑移作用力------局部剪应力---颗粒重排 从两球形颗粒接触颈部取一弯曲基元ABCD,ρ和x为两个主曲率半径 设：ρ的主曲率半径为正、x主曲率半径为负，且夹角均为θ 曲颈基元上的表面张力可由表面张力的定义计算 3、扩散传质途径 4、扩散分期 （1）初期：表面扩散显著，空隙表面光滑和气孔球形化，坯体收缩小（1%） （3）后期 结构特征：气孔完全孤立，晶粒明显长大，体积收缩接近完全（90—100%） 可按同心球壳的扩散作近似处理，扩散流量 9.3液相参与的烧结 9.3.1特点和类型 1、定义：凡有液相参与的烧结过程称为液相烧结 2、推动力；表面能 3、特点：传质速度快、烧结温度低，致密化速率高，烧结与液相量及性质 有关 4、类型 9.3.2 流动传质 1、粘性流动 （1）定义：在液相烧结时，由于高温下粘性液体出现牛顿型流动而产生的传质称为粘性流动传质 （2）特征：定向物质迁移量与作用力（如表面张力）大小成正比，服从粘性流动关系 式中： ---剪切应力 -----流动速度梯度 F （3）弗伦克尔粘性流动烧结模型 高温下的粘性流动分为 ①??? 相邻颗粒接触面积增大，颗粒粘结至空隙封闭 ②封闭气孔粘性压紧，残留闭气空逐渐缩小 Ⅰ粘性流动初期: 颈部增长公式： 收缩： Ⅱ粘性流动后期 麦肯基利用近似法得出 2、塑性流动传质 （1）定义：在应力足以使晶体产生位错条件下，质点通过整排原子的运动或晶面的滑移实现物质传递的过程 9.3.3 溶解---沉淀传质 1，发生条件 ①显著液相量 ②固相在液相内有显著的溶解性 ③液相润湿固相 2、进行方式 首先：出现足够的液相，在毛细管力作用下发生颗粒重排 第二：被薄液膜分开的颗粒间搭桥，接触点处发生塑性形变和蠕变，颗粒进一步重排 第三：通过溶解-沉淀传质，出现晶粒长大和形状变化，同时颗粒不断重排 最后：如固液不完全润湿，形成固体骨架的再结晶和晶粒长大 （1）颗粒重排 ①线收缩与时间的关系 ②致密化效果取决于： 液相量，固-液润湿性 （2）溶解-沉淀传质 设每个球的溶解量为h，颈部半径为x,则 9.4晶粒生长与二次再结晶 初次再结晶 定义：在已发生塑形形变的基质中出现新生 的无应变晶粒的成核与长 推动力：塑性应变能 步骤：成核+长大 晶体长大需要一个诱导期t0,相当于不稳定的晶胚 长大为稳定的晶核所需时间 成核速率： T升高，t0减小 ∵