无机材料科学基础-8-相变过程-烧结.ppt

2009年9月 田长安 合肥学院 2009年9月 无机材料科学基础 2009年9月 田长安 合肥学院 无机材料科学基础Fundamental of Inorgatic Materials 第八章 相变过程 8.1.1 按状态分类 8.1 相变的类型 8.1.2 按热力学分类 8.1.3 按相变机理分类 8.1.4 按质点迁移特征分类 8.2 成核-生长相变 8.2.1 晶核生成 8.2.2 晶体生长 8.2.3 成核-生长相变的总速率 8.2.4 整个析晶过程讨论 8.2.5 影响析晶能力的因素 第七章 烧 结 序言 第一节 烧结过程及机理 第二节 固相烧结 第三节 再结晶和晶粒长大 第四节 特种烧结简介 第五节 影响烧结的因素 第七章 烧结 图1 热压炉 图2 放电等离子体烧结炉（SPS） 图3 气压烧结炉（GPS） 图4 微波烧结炉 7.1.1 烧结过程 7.1 烧结过程及机理 a)烧结前 b)烧结后 铁粉烧结的SEM照片 7.1.2 烧结推动力 7.1.3 烧结机理 被水膜包裹的两固体球的粘附 7.2 固相烧结 7.2.1 烧结初期 7.2.2 烧结中期 7.2.3 烧结后期 7.3 再结晶和晶粒长大 7.3.1 晶粒长大 7.3.2 二次再结晶 7.4 特种烧结简介 (1) 热压烧结(HPS) hot pressing sintering (2) 热等静压烧结(HIP) hot isostatic pressing (3) 无包套热等静压烧结cadless hot isostatic pressing (4) 电火花烧结 (5) 反应烧结 (1) 原始粉料的粒度和活性 7.5 影响烧结的因素 (2) 烧结温度和保温时间 (3) 外加剂的作用 (4) 气氛的影响 (5) 压力的影响 本章复习 表7-2 热等静压与热压法相比 将粉料成型和预烧封孔后，通入压力1~10MPa的气体进行烧结，获得无孔致密件。其优点是： ①设备成本降低 ②取消包套和剥套工序 ③生产率高，可批量生产 ④可生产异型制品 适用于具有液相烧结，施压气体对制品无害的陶瓷、粉末冶金材料的烧结。 又称电活化压力烧结，是利用粉末间火花放电产生的高温和同时施加压力的烧结方法。 经历放电活化和热塑形变致密化两个阶段。放电活化阶段，粉料在两个电极板中间放电而发热，同时施加轻压，使粉料进入热塑性状态。热塑性阶段施加高压。 电火花烧结时间短，可在几秒或几分钟内完成。已应用于硬质合金、碳化物、氧化物、金刚石制品等的生产。 或反应成型，是通过多孔坯件同气相或液相发生化学反应，使坯件重量增加，孔隙减小，并烧结成具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。 ①反应烧结时质量增加 ②烧结坯件不收缩 如通过气相反应烧结制备氮化硅(Si3N4)陶瓷和氮氧化硅(Si2ON2)陶瓷。通过液相反应烧结制备碳化硅陶瓷。 细颗粒由于表面能高，活性也高，增加了烧结推动力，缩短了原子扩散距离，提高了颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。 从防止二次再结晶考虑，起始粒径必须细而均匀，如果有大颗粒存在，则容易发生晶粒异常长大而不利于烧结。 一般氧化物原始粉料适宜粒度为0.05~0.5?m。 不同制备工艺获得的粉料活性不一样。 烧结温度是影响烧结的重要因素。随温度升高，物料蒸汽压增大，扩散系数增大，粘度降低，从而促进了蒸发-冷凝和固相扩散等传质过程，加速了烧结。 但温度过高也是不利的，易造成二次结晶、制品变形、性能下降。 延长烧结时间一般都会不同程度地促使烧结完成和材料致密度的提高。但在烧结后期，不合理的延长烧结时间，有时会加剧二次再结晶，反而得不到致密的制品。 烧结机理表明，只有体积扩散导致坯体致密化，烧结低温阶段以表面扩散为主，只改变气孔形状而不引起颗粒中心距的逼近，因而低温长时间保温一般难达到致密。 高温短时间烧结是制造致密陶瓷材料的好方法。 实践证明，少量外加剂(烧结助剂)常会明显改变烧结速度，促进烧结，其机理可能有： ①与烧结物形成固溶体 ②与烧结物形成液相 ③抑制晶粒长大 ④阻止晶型转变 外加剂只有加入量适当才能促进烧结，如果选择不当，则会抑制烧结。 气氛常有氧化、还原、中性和真空几种，气氛对烧结的影响十分复杂。 ②氧化物的烧结若由阴离子扩散控制，在还原气氛中有利。若由阳离子扩散控制，则在氧化气氛中有利。 ④透明陶瓷一般在氢气氛或真空下烧成。 ①同一气氛对于不同物料的烧结效果迥异，需具体对待，有时需在不同烧结阶段控制不同气氛。 ③由于H原子半径小，易扩散，氢气氛烧结有利于闭气孔的消除。 粉料成型时需加压，除使其具有