第l六章烧结microsoft word 文档

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1、第六章烧结原理第6.1节烧结机理一、定义及分类1定义：在T熔温度之下，物料通过增大接触面、颗粒重排、形成晶界、排除气孔，达到致密和增大强度的过程。宏观：致密提高，强度增加微观：晶界形成，晶体长大，气孔变小2分类：固相烧结：没有液相参加（或液相很少2%-5%）液相烧结：有液相参加，液相量达10-30%热压烧结：烧结有特殊机理，提高烧结推动力二、烧结动力学（推动力）1曲面压差2颈部浓度差△C对于一个不受应力（无附加压差）的晶体，空位浓度与有关，和形成空位所需的能量有关若质点（离子）直径为，可近似地令空位体积为颈部曲面特性所引起的毛细管力（数值），则形成一个空位时，毛细管力所做的功（体积功

2、）故在颈部表面形成一个空位所需的能量为相应空位浓度为：93气相传质>>导致：凸气相凹凝聚蒸发颈部在空位浓度差推动下，空位即从颈部不断地向颗粒其它部位扩散，而固体质点则向颈部逆向扩散，颈部空位源的作用，与成正比，由扩散机理进行的烧结过程可知：烧结推动力也为表面能作用的结果三、烧结的几种机理1、体积扩散机理颗粒凸部向凹部传质，使颈部长大，形成晶界，相当于颈部空位向凸部扩散，凹空位>凸空位气孔周围的空位源，向晶体其它部位（主要是表面、晶界）扩散，这些部位质点反向迁移到气孔间隙2、蒸发—凝聚机理（气相沉积）>凸部质点进行蒸发，然后通过气相传质到凹部（颈部）凝聚，使颈部长大3、溶解—沉淀机理（

3、液相烧结）在液相中的颗粒>，造成小颗粒溶解，溶解后通过熔体在大颗粒和两颗粒的颈部沉淀（形成晶界，颈部长大）4、粘滞流机理A在液相烧结时，液相量达到一定数量时，物料出现类似液相的粘滞流动现象，导致颗粒重排（液相烧结初期，在液相中的颗粒）B热压烧结当外力P大于此时颗粒临界强度时，能使物料发生晶面（颗粒）滑动，增大接触面9第6.2节烧结动力学一、烧结中传质途径1)从颗粒表面向颈部的表面扩散；2)从粒界向颈部的界面扩散；3)从颗粒表面向颈部的体积扩散；4)从粒界向颈部的体积扩散；5)从颗粒内部位错向颈部的扩散；6)从颗粒表面向颈部的蒸发-冷凝；7)从颗粒表面向颈部或从小颗粒向大颗粒的溶解-沉

4、淀二、烧结模型烧结是从粉状集合体转变成致密集合体的过程，故颗粒的形状和大小直接影响着颗粒间的堆积状态，以及相互的接触情况。并最终影响烧结。为了便于定量研究，须建立合理化的模型。模型：采用等径球体接触方式烧结模型烧结一般都会引起宏观尺寸的缩小和致密度的增加，常用收缩和密度值来衡量烧结程度。由b图可见：收缩是由于颈部长大和双球间的距离缩短引起的。设：烧结前两球间中心距离为L，烧后收缩值为ΔL对图b则有：由于烧结初期很小，cos=1故得9可见勾股定理：则：三、固体烧结动力学1、烧结初期：双球模型基本前提：通过颈部表面空位扩散速度等于颈部体积长大速度（1）为空位扩散系数，为扩散面积，为颈部表

5、面曲率半径，颈部表面与平面间空位浓度差，设扩散距离也为9代入（1）式后，积分求解化简后得：（）颈部增长率：）收缩率：卿格尔Kingery推导出三种不同传质途径下（体、晶界和表面）的一般式：扩散机理：nq体扩散4-53-2.5表面扩散73-3.22晶界扩散6-7讨论：（1）对作图，可求出斜率例如：烧结初期对数与时间作图，测出的斜率为2/5，此结果与式（2）相符。(2)温度不高低于T泰曼温度下保温是没有意义的（低温收缩大，小时达到烧结）（3）粒度的影响烧结速度92烧结中期（气孔排除，晶界长大）颈部长大，颗粒重排（1）模型正十四面体或正十二面体（颗粒包围的气孔呈现圆筒状）设正十二面体共24

6、条边，共有管状气孔24个，分属3个正十二面体所有，而一个正十二面体有8个管状气孔气孔的半径为，十二面体的边长为对一个十二面体来说，气孔体积为：整个十二面体体积为：则坯体的气孔为：（2）前提：气孔的排除速度应等于其面上的扩散流量（一个接触面由两个单面合成，两个十二面体共用）单位时间内每一个面上总流量为：借用中心筒传热公式，（放射状扩散，表面冷却，中心部分加热的圆筒形导体）类比：令：（r为气孔的半径）考虑到分支扩散对圆筒（单位体积内所含空位数）则：9将（2）式代入（1）中=0所需的时间（常数），t为任意在一定温度时，与成线性，随时间t延长3烧结末期（气孔排除）（末期气孔封闭，互相独立，包

7、围于四个颗粒间）（1）模型正十四面体气孔集中于角顶呈球状，为四个多面体共有，故有二十四个气孔，每个正十四面体占有个气孔（2）前提：借用同心球壳热扩散公式将代入上式积分后（十四面体）（仅适用于）第6.3节晶体长大动力学晶体的长大始于烧结中期，是烧结末期的主要过程之一，表现为晶界的移动。1、晶界移动的推动力9(凸)（凹）则A方质点有自发移向B方的趋势2晶粒的等温生长（模型多面体）所有晶界移动的结果均趋向于夹角为120的直晶界，如果边数大于6的颗粒（截面），因呈