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Ch3 粉末材料制备、成形与固结 2、分类??? A）固相烧结：指没有液相参加的烧结。??? B）液相烧结：凡有液相参加的烧结。 3、烧结驱动力及本质： 1）烧结驱动力??? ① 体系的表面能：在表面能作用下，烧结收缩是一个自动进行过程。粉末越细，表面积越大，则表面能越高，其活性越高（表面原子比内部活性大），即烧结驱动力越大，在烧结时，为使 Ch3 粉末材料制备、成形与固结 表面能量降低（表面能量内部原子能量），达到稳定状态，则产生能量释放，引起粉末物质迁移而使粉末体接触面积增加，产生烧结收缩作用，这就是不用外力而通过烧结产生密度与强度增加的原因。 ② 体系的缺陷能：在制粉过程由于各种原因，粉末中产生各种缺陷 （空位畸变等），缺陷浓度越高，则缺陷 能越高，活性越高，则烧结驱动力越大。 Ch3 粉末材料制备、成形与固结 2）烧结本质：体系表面能及缺陷能降低的过程 4、固相烧结机理与过程 （1） 烧结机理：??? ① 扩散过程：粒子（空位）借助于浓度梯度进行的传质。?a 表面扩散：属表面迁移机制（烧结体基本尺寸不发生变化），指沿颗粒表面进行的扩散。 b 界面扩散：属表面迁移机制，指沿沿晶粒表面进行的扩散。 Ch3 粉末材料制备、成形与固结 c 体积扩散：属体积迁移机制（烧结体基本尺寸发生变化），指沿沿晶粒内部进行的扩散（动画）② 蒸发—凝聚过程：属表面迁移机制。??? 颗粒之间存在不同的表面由率，因此各部分蒸气压不同（P凸P平P凹)，各部分表面自由能不同（Q凸Q平Q凹），故物质从蒸气压高(凸面，表面)的地方蒸发而凝聚到蒸气压低的地方（凹面，颈部界面），引起物质迁移，使颈部不断长大 Ch3 粉末材料制备、成形与固结 ③ 塑性流动过程：属体积迁移机制。??? 常温下粉末表面能不可能使粉末发生变形(剪切变形或流动)，但高温时，粉末物质的塑性和液体性质大大增加，表面能大于粉末临界切应力，使粉末发生剪切变形或流动而发生凝结作用。固相烧结，高温下为塑性流动的流体而非牛顿型流体。（2） 烧结的基本过程：??? ① 初期烧结颈形成阶段：主要为表面扩散与界面扩散，蒸发—凝聚过程（点接触变晶粒结合） Ch3 粉末材料制备、成形与固结 ② 中间烧结颈长大解阶段：主要为界面扩散、塑性流动与体积扩散（形成连续孔隙网络，晶粒长大且孔隙不断减小）。 ③ 最终烧结阶段：主要为塑性流动与体积扩散（孔隙孤立、球化、收缩且不断消失） 5、液相烧结机制及过程（动画） ⑴　液相反应的烧结机理 Ch3 粉末材料制备、成形与固结 ① 粘性流动过程：液相含量高时，液相具有牛顿型液体的流动性质。第1步，物质在高温下形成粘性流体，颗粒中心互相逼近，增加接触面积，发生颗粒间粘合作用，形成封闭气孔。第2步，封闭气孔的粘性压紧（在玻璃相包围压力下，由于粘性流动而密实化）。?? ② 溶解沉析过程：细小粉末，小颗粒溶解于液相，再通过液相扩散在大颗粒上沉淀析出，导致大颗粒的长大与球化。?? ③ 同“固相烧结机理”。 Ch3 粉末材料制备、成形与固结 ⑵ 液相烧结的过程：?? ① 液相形成及颗粒重排阶段：坯体中气体通过扩散逸出，在液相毛细管力作用下，颗粒粘性流动而重排，得到更紧密堆积。（粘性流动过程）?? ② 溶解与沉析阶段：液相扩散机制，加快物质迁移速度?? ③ 固相形成刚性骨架阶段：由于固相颗粒移动、重排、溶解、沉淀，使固相结合成骨架。这样，在固相烧结中的许多过程在此阶段起作用（相邻粒子向接能点颈部扩散、塑性流动，并发生晶粒长大，使产品致密化） Ch3 粉末材料制备、成形与固结 6、影响烧结的因素： ?? ⑴ 烧结气氛??? ① 烧结气氛的影响：???? a 防止烧结体与周围环境发生有害反应（如烧结金属通入N2）???? b 烧结中去除吸附气孔和有害杂质（烧成透明的Al2O3瓷通入H2 或O2）???? c 维持或调整烧结材料中有用成分（烧MgO陶瓷通入MgO气氛） Ch3 粉末材料制备、成形与固结 ② 烧结气氛的类型与选择：???? （a）吸热性气体：碳氢化合物与空气按2.4:1混合反应，用于碳钢烧结。 （b）放热性气体：碳氢化合物：空气=6:1混合反应（不完全反应），用于烧结青铜。???? （c）分解氨：氨气加热分解为N2与H2的混合气体，用于烧结不锈钢。???? （d）氢气：烧结磁性材料等，（还原气氛）???? （e）真空：无气氛，烧结活性及难熔的金属等 Ch3 粉末材料制备、成形与固结 （f）氧气：氧化气氛(?g）氮气：保护气氛 ⑵ 烧结压力??? ① 加压烧结对烧结的影响：???? a 提高烧结速度与烧结成品致密度