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第三节 烧结与陶瓷显微结构的形成 从晶粒长大、气孔和晶界三个方面讨论： （一）晶粒长大 定义：材料热处理时，无应变或几乎无应变的材料中平均晶粒连续增长的过程。 推动力：基质塑性变形所增加的能量提供了使晶界移动和晶粒长大的足够能量。 晶粒长大不是小晶粒相互粘结，而是晶界移动的结果；晶粒生长取决于晶界移动的速率。 气孔向前运动的方式有： 依赖于表面扩散把前表面的物质迁移到后表面； 依赖于物质通过晶格的扩散； 依赖于物质的气相传递。 （二）气孔 气孔是陶瓷显微结构的重要组成部分。有些陶瓷要求存在气孔，但对气孔尺寸和分布都有较严格的要求；而另一些陶瓷材料则要求气孔越少越好。如何控制？主要有： 1、减少原始气孔率，加速烧结过程中气孔的填充速率。 加速晶格扩散和晶界扩散是提高对气孔填充速率的关键。如提高升温速率。 2、减缓晶界迁移速率vb，保持vb=vp ，即晶界和气孔不分离。 如加添加剂。 3、防止不正常晶粒长大（又称二次再结晶）。 （三）晶界 晶界的性质及对材料性能的影响。 晶界本身就是陶瓷显微结构的组成部分，常常对材料性能起关键作用。 晶界在烧结中的应用： **塑性流动传质： 如果表面张力足以使晶体产生位错，这时质点通过整排原子的运动或晶面的滑移来实现物质传递，这种过程称塑性流动。可见塑性流动是位错运动的结果。与粘性流动不同，塑性流动只有当作用力超过固体屈服点时才能产生，其流动服从宾汉(Bingham)型物体的流动规律即， 式中，τ是被烧结晶体的极限剪切力。 （3-3-9） 机理：在有液相参与的烧结中，两颗粒间的液相利用表面张力把它们拉近拉紧，于是在两颗粒接触处受到很大的压力，从而显著提高这部分固体在液相中的溶解度。受压部分在液相中溶解使液相变得饱和，然后在非受压部位沉淀下来，直至晶体长大和获得致密的烧结体，即“溶解-沉淀”过程。 （四）溶解和沉淀 液相多 固相在液相内有显著的可溶性 液体润湿固相 2、推动力：表面能 ? 颗粒之间形成的毛细管力。 实验结果：0.1～1?m的颗粒中间充满硅酸盐液相，其?P = 1.23～12.3MPa。 ? 毛细管力造成的烧结推动力很大!! 1、条件： 第三节 烧结过程动力学 一、烧结初期的动力学研究 1、烧结模型：相接触的等径双球 （1）中心距不变的双球模型 颈部体积 （2）中心距缩小的双球模型 颈部体积 注意： 对于中心距缩短的双球模型，中间的两球交叉部分发球颈部，这是和中心距不变模型区别之处。 ? 球形颗粒接触面积颈部生长速率（颈部增长率关系式 讨论：1、x/r ～t1/3 ，证明初期x/r 增大很快， 但时间延长，很快停止。 说明：此类传质不能靠延长时间达到烧结。 t 2、温度 T 增加，有利于烧结。 3、颗粒粒度 ? ，愈小烧结速率愈大。 4、特点：烧结时颈部扩大，气孔形状改变，但双球之间中心距不变，因此坯体不发生收缩，密度不变。 2、各种传质机理的烧结初期动力学公式 （1）气相传质-蒸发凝聚的动力学公式 根据烧结的模型(双球模型中心距不变) 蒸发－凝聚机理(凝聚速率＝颈部体积增加) （2）扩散传质的动力学公式 初期：表面扩散显著。 (因为表面扩散温度体积扩散温度) 例：Al2O3 T体积＝900℃；T表面＝330℃ 特点：气孔率大，收缩约1％。 原因：表面扩散对空隙的消失和烧结体收缩 无明显影响。 根据从 颈部?晶粒内部的空位扩散速度 ＝颈部V增长的速度 和 颈部生长速率 （3-3-22） 换成体积收缩或线收缩：(中心距逼近速率) 讨论： t Al2O3 1300℃ 原因： 措施：保温，但时间不宜过长。 （3-3-23） （3）流动传质的动力学公式 颈部增长公式： 由颗粒中心距逼近而引起的收缩： 适 用 初 期 （3-3-27） （3-3-28） （4）具有活泼液相烧结的动力学研究 情况比单纯的固相烧结复杂得多。可有四种情况发生： ①液相出现后，在表面张力的作用下，使颗粒重