第6章_第二节_粉末体烧结.ppt

第二节 粉末体烧结 粉末成形存在的问题？ 坯体经干燥或预烧结后仍是粉末颗粒之间的机械咬和，强度低，不能直接应用。 解决办法？ 高温烧结技术 ---- 使粉末颗粒间增加粘结面，降低表面能，形成稳定和所需强度的块体材料。 烧结：指在高温作用下，坯体发生一系列物理化学变化，由松散状态逐渐致密化，且机械强度大大提高的过程。 在烧结中的物理化学变化包括： a. 有机物的挥发、坯体内应力的消除、气孔率的减少； b. 原子的扩散、粘性流动和塑性流动； c. 二次再结晶过程和晶粒长大； d. 生成液相时还可能发生固相的溶解与析出。 烧结的驱动力：一般为体系的表面能和缺陷能 粉料越细则其比表面积越大，即表面能越高；物质的缺陷浓度越高，其缺陷能也越高。烧结实际上是体系表面能和缺陷能降低的过程，因此原料越细，烧结驱动力往往越大。 烧结原动力：烧结颈部与粉末颗粒其它部位之间存在化学位差，有三种表现形式。 烧结原动力表现形式： 概念：是利用粉末间火花放电所产生的等离子活化颗粒，同时在外力作下用进行的一种特殊烧结方法。 等离子在烧结方面的应用有以下特点： ① 烧结速率快； ② 烧结体具有较小的晶粒尺寸； ③ 可烧成难烧结的材料，并且可获得较高烧结密度； ④ 烧结材料的最终收缩和收缩率大； ⑤ 烧结得到的材料具有较高的室温力学性能。 课后作业 1. 名词解释：侧压力、外摩擦力、等静压成形、挤压成型、注射成型、注浆成形 2. 在压力作用下粉末的运动行为可分为哪几个阶段？ 3. 模压成形包括哪些基本工艺步骤？ 4. 烧结的原动力是什么？有哪些表现形式？ 5. 常见的烧结工艺有哪一些？ * 6.2 粉末体烧结 烧结原理 烧结工艺 一.烧结原理 概述 烧结分类： 固相烧结 液相烧结 烧结 单元系烧结 多元系烧结 烧结 一.烧结原理 烧结的本质： 1949年，库钦斯基用实验证实烧结时的物质迁移机制主要为体积扩散。 1. 烧结驱动力 a. 表面张力造成的一种机械力，它垂直作用于烧结颈曲面上使烧结颈向外扩大，最终形成孔隙网。 b. 过剩空位浓度梯度,引起烧结颈表面下微小区域内的空位向粉末颗粒内扩散，造成原子在相反方向上的迁移，使颈部得以长大。 c. 烧结颈表面与克里表面间存在的蒸汽压之差，导致物质向烧结颈迁移。 一.烧结原理 烧结过程的传质机理很复杂，目前大体上有四种说法 粘塑性流动过程 扩散过程，包括体积、 表面和界面的扩散 溶解-沉析过程 蒸发-凝结过程 2. 烧结时的物质迁移 表面迁移 --- 由物质在颗粒表面流动引起，表面扩散和蒸发-凝聚是主要的表面迁移机制；烧结体的基本尺寸不发生变化，密度保持原来的大小。 体积迁移 --- 包括体积扩散、塑性流动以及非晶物质的粘性流动；引起烧结体基本尺寸的变化；主要发生在烧结的后期。 烧结时物质的迁移机制：表面迁移、体积迁移 初期烧结颈形成阶段：通过形核、长大等原子迁移过程，颗粒间的原始接触点或面转变成晶粒结合，形成烧结颈。 中间烧结颈长大阶段：原子向颗粒粘结面的大量迁移使烧结颈扩大，颗粒间距缩小，孔隙的结构变得光滑，形成连续的孔隙网络。 最终烧结阶段：是一个缓慢的过程，借助于体积扩散机制将发生孔隙的孤立、球化及收缩。 3. 烧结的基本过程 材料的烧结过程TEM图像 烧结气氛－由于粉末坯体烧结时往往具有较高的比表面积和温度，因此需要通入适当的气体防止有害反应的发生。 压力－为了加速瓷料的烧结，提高瓷件的致密度，在给瓷料加高温的同时施加外力，以增加烧结驱动力。 添加剂与活化烧结－采用化学或物理的措施，使烧结温度降低，加速烧结过程，或使烧结体密度和性能得以提高的方法称活化烧结。 4. 影响烧结的因素 依靠外在条件变化活化烧结过程 提高粉末本身活性 a. 烧结温度升高收缩率增大 b. 烧结时间延长收缩率增大 c. 粉末粒度越细收缩率越高 d. 压制压力越高烧结体密度越高 e. 压制压力越高烧结体密度增大的幅度越小 f. 粉末越细致密化速率越快 烧结过程的实验规律 二、烧结工艺 烧结工艺 无压烧结 加压烧结 反应烧结 微波烧结 电火花等离子烧结 固相烧结 液相烧结 热压烧结 热等静压烧结 烧结-热等静压 1. 无压烧结 --- 指在大气压或真空状态下，将压制的坯体置于烧结炉中，按一定的烧结制度进行加热的普通烧结，是相对于加压烧结而言的。 烧结过程要经历三个阶段：升温阶段，保温阶段和冷却阶段。 液相烧结—凡有液相参加的烧结. 固相烧结—传质机理主要是蒸发-凝聚和扩散传质。 2. 加压烧结 --- 加压和加热同时并用，以达到消除孔隙的目的，从而大幅度提高粉末制品的性能。常用的加压烧结工艺有热压、热等静压及烧结-热等静压。 热压 --- 将粉末装