《材料工程基础》课件——第六章 第二节 粉末体的烧结.pptxVIP

第二节 粉末体烧结; 一、概 述 烧结过程是一门古老的工艺。现在，烧结过程在许多工业部门得到广泛应用，如陶瓷、耐火材料、粉末冶金、超高温材料等生产过程中都含有烧结过程。烧结的目的是把粉状材料转变为致密体。 研究物质在烧结过程中的各种物理化学变化。对指导生产、控制产品质量，研制新型材料显得特别重要。 ; 1、烧结的定义 ;2、烧结分类 ;3、烧结温度和熔点的关系 ;二、烧结原理 ;a)烧结前 b)烧结后 铁粉烧结的SEM照片;2、烧结推动力 ;表面张力能使凹、凸表面处的蒸气压P分别低于和高于平面表面处的蒸气压Po，并可以用开尔文公式表达：; 如果固体在高温下有较高蒸气压，则可以通过气相导致物质从凸表面向凹表面处传递。此外若以固体表面的空位浓度C或固体溶解度L分别代替式2中的蒸气压P，则对于空位浓度和溶解度也都有类似于式 2的关系，并能推动物质的扩散传递。;3、烧结时物质的传递; (1) 颗粒的粘附作用 例子： 把两根新拉制的玻璃纤维相互叠放在一起，然后沿纤维长度方向轻轻地相互拉过，即可发现其运动是粘滞的，两根玻璃纤维会互相粘附一段时间，直到玻璃纤维弯曲时才被拉开，这说明两根玻璃纤维在接触处产生了粘附作用。; 由此可见，粘附是固体表面的普遍性质，它起因于固体表面力。当两个表面靠近到表面力场作用范围时。即发生键合而粘附。粘附力的大小直接取决于物质的表面能和接触面积，故粉状物料间的粘附作用特别显著。 水膜的例子,见下图 ;被水膜包裹的两固体球的粘附 ; (2) 物质的传递 在烧结过程中物质传递的途径是多样的，相应的机理也各不相同。但如上所述，它们都是以表面张力作为动力的。 有流动传质 、扩散传质 、气相传质 、溶解—沉淀传质。 ; b． 扩散传质 扩散传质是指质点(或空位)借助于浓度梯度推动而迁移的传质过程。; C．气相传质 由于颗粒表面各处的曲率不同，按开尔文公式可知，各处相应的蒸气压大小也不同。故质点容易从高能阶的凸处（如表面）???发，然后通过气相传递到低能阶的凹处(如颈部）凝结，使颗粒的接触面增大，颗粒和空隙形状改变而使成型体变成具有一定几何形状和性能的烧结体。这一过程也称蒸发-冷凝。 ; d．溶解—沉淀 在有液相参与的烧结中，若液相能润湿和溶解固相，由于小颗粒的表面能较大其溶解度也就比大颗粒的大。其间存在下列关系： 这种通过液相传质的机理称溶解—沉淀机理。 ;结果与讨论;4、 再结晶和晶粒长大 ;烧结温度对AlN晶粒尺寸的影响;晶粒长大 ;小晶粒生长为大晶粒．使界面面积减小，界面自由能降低，晶粒尺寸由1μm变化到lcm，相应的能量变化为0.1-5 Cal/g。 ;烧结后期晶粒长大示意图 ; ;推动力;由于晶粒长大使气孔扩大示意图;二次再结晶产生原因; 但是，并不是在任何情况下二次再结晶过程都是有害的。 在现代新材料的开发中常利用二次再结过程来生产一些特种材料。如铁氧体硬磁材料BaFel2O19的烧结中，控制大晶粒为二次再结晶的晶核，利用二次再结晶形成择优取向，使磁磷畴取向一致，从而得到高磁导率的硬磁材料。 ;5、 影响烧结的因素 ; 延长烧结时间一般都会不同程度地促使烧结完成，但对粘性流动机理的烧结较为明显，而对体积扩散和表面扩散机理影响较小。然而在烧结后期，不合理地延长烧结时间，有时会加剧二次再结晶作用，反而得不到充分致密的制品。 减少物料颗粒度则总表面能增大因而会有效加速烧结，这对于扩散和蒸发一冷凝机理更为突出。 ;（1）气氛的影响 实际生产中常可以发现，有些物料的烧结过程对气体介质十分敏感。气氛不仅影响物料本身的烧结，也会影响各添加物的效果。为此常需进行相应的气氛控制。 气氛对烧结的影响是复杂的。同一种气体介质对于不同物料的烧结，往往表现出不同的甚至相反的效果，然而就作用机理而言，不外乎是物理的和化学的两方面的作用。 ; 值得指出，有关氧化、还原气氛对烧结影响的实验资料，常会出现差异和矛盾。这通常是因为实验条件不同，控制烧结速度的扩散质点种类不同所引起。当烧结由正离子扩散控制时，氧化气氛有利于正离子空位形成；对负离子扩散控制时，还原气氛或较低的氧分压将导致O2－离子空位产生并促进烧结。 但是气氛的作用有