烧结基础知识说课讲解.ppt

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1、第九章烧结1主要内容1、烧结推动力及模型2、固相烧结和液相烧结过程中的四种基本传质产生的原因、条件、特点和动力学方程。3、烧结过程中晶粒生长与二次再结晶的控制。4、影响烧结的因素。2第一节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。3一、烧结的定义及指标定义1:压制成型后的粉状物料在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积

2、收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固整体的致密化过程。物理性质变化：V、气孔率、强度、致密度……缺点：只描述宏观变化，未揭示本质。4定义2:在表面张力作用下的扩散蠕变。优点：揭示了本质。缺点：未描述宏观物理性质变化。5烧结的指标烧结收缩率强度实际密度/理论密度吸水率气孔率等6二、烧结分类按照烧结时是否出现液相，可将烧结分为两类：固相烧结液相烧结烧结温度下基本上无液相出现的烧结，如高纯氧化物之间的烧结过程。有液相参与下的烧结，如多组分物系在烧结温度下常有液相出现。近年来，在研制特种结构材料和功能材料的同时，产生了一些新型烧结方法。如热压烧结，放电等离子

3、体烧结，微波烧结等。7图1热压炉8图2放电等离子体烧结炉（SPS）9图3气压烧结炉（GPS）10图4微波烧结炉11烧结材料性质结构化学组成、矿物组成显微结构晶粒尺寸分布气孔尺寸分布晶界体积分数改变目的：粉状物料变成致密体。陶瓷、耐火材料、粉沫冶金、超高温材料……现代无机材料如：功能瓷：热、声、光、电、磁、生物特性。结构瓷：耐磨、弯曲、湿度、韧性……应用12如何改变材料性质：1、断裂强度晶粒尺寸G强度2、气孔强度(应力集中点)；透明度(散射)；铁电性和磁性。13收缩a收缩b收缩无气孔的多晶体c说明：a:颗粒聚焦b:开口堆积体中颗粒中心逼近c:封闭堆积体中颗粒中心

4、逼近烧结现象示意图烧结现象14烧结过程中性质的变化15三、烧结过程推动力粉状物料的表面自由焓>多晶烧结体的晶界自由焓粉体颗料尺寸很小，比表面积大，具有较高的表面能，即使在加压成型体中，颗料间接面积也很小，总表面积很大而处于较高能量状态。根据最低能量原理，它将自发地向最低能量状态变化，使系统的表面能减少。烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是推动烧结进行的基本动力。16结论：由于烧结推动力与相变和化学反应的能量相比，很小，因而不能自发进行，必须加热!!*烧结能否自发进行？17例：Al2O3:两者差别较大，易烧结；共价化合物如Si3N4、SiC、AlN难烧结。*烧结难

5、易程度的判断：愈小愈易烧结，反之难烧结。18*推动力与颗粒细度的关系：颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差，结论：粉料愈细，由曲率而引起的烧结推动力愈大!!19四、烧结模型1945年以前：粉体压块1945年后，G.C.Kuczynski(库津斯基)提出：双球模型中心距不变中心距缩短20对象：单一粉体的烧结。主要传质方式：气相传质（蒸发－凝聚）扩散传质流动传质溶解和沉淀第二节烧结机理21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）蒸发，然后通过气相传递到低能阶的凹处(如颈部）凝结，使颗粒

6、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。（一）气相传质（蒸发－凝聚传质）22存在范围：在高温下蒸汽压较大的系统。硅酸盐材料不多见。rx根据开尔文公式：传质原因：曲率差别产生P条件：液相易挥发，颗粒足够小，r<10m定量关系：P～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，表面凹凸不平的固体颗粒，其凸处呈正压，凹处呈负压，故存在着使物质自凸处向凹处迁移。23（二）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。对象：多数固体材料，液相不易挥发，其蒸汽压低

7、。*表面张力是如何成为这种扩散的动力？1、表面张力引起应力分布的不均匀由于颈部有一个曲率为ρ的凹形曲面，就使得颈部在张力的作用下并使在该曲面之内有一个负的附加压强（σρ为张应力）。这必然引起两颗粒接触处有一个压应力（σx）。分别表示为和。24为了定量分析应力，将颈部单独取出放大，颈部应力模型见下图。(见书图3-3-5)25说明：颈部应力主要由(张应力)理想状况实际状况颗粒尺寸、形状、堆积方式不同，颈部形状不规则接触点局部产生剪应力晶界滑移，颗粒重排密度，气孔率(但颗粒形状不变，气孔不可能完全消除。)颈部应力26有应力存在时空位形