无机材料科学基础第十章-烧结 ppt课件.ppt

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1、第十章固态烧结§10-1烧结的基本特征（一．烧结的特点；二．烧结过程推动力；三．烧结模型；）§10-2烧结机制与动力学方程（一．蒸发-凝聚传质；二．扩散传质；三．流动传质；四．溶解-沉淀传质）§10-3烧结过程中晶粒生长与异常生长（一．晶粒长大；二．晶粒异常长大；三．晶界在烧结中的作用）§10-4影响烧结的因素§10-5特种烧结技术1第十章烧结烧结是粉末冶金、陶瓷、耐火材料、超高温材料等学科的一个重要工序。烧结的目的是把粉状物料转变为致密体。烧结体是一种多晶材料，由晶体、玻璃体和气孔组成，烧结过程与材

2、料中的晶粒尺寸和分布、气孔尺寸和分布及晶界体积分数等有密切关系。烧结过程直接影响材料的性能。如：材料的断裂强度(σ)与晶粒尺寸(G)的关系有：σ=f(G-1/2)即材料中晶粒尺寸小有利于强度提高。§10-1烧结的基本特征一．烧结的特点1．烧结——一种或多种固体粉末经过成型，在一定温度下开始收缩，排除气孔致密化，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体的过程称为烧结。22．烧结所包含的主要物理过程：坯体中有很多孔隙，气孔率达35~60%，颗粒间点接触或没有接触（图10-1）；随着温度升高，颗粒间接触面积增

3、大→颗粒聚集→颗粒中心靠近（图10-1a、b）；逐渐形成晶界→气孔变形，晶粒变形→气孔收缩，坯体收缩，气体排除；连通气孔→孤立的封闭气孔，并缩小，直至绝大部分气体被排除。bac无气孔的多晶体图10-1烧结现象示意图3烧结是一个物理过程，没有化学反应发生。随着烧结过程的完成，坯体表现为体积收缩、气孔率下降、致密、强度增加、电阻率减小等。如图10-2所示。性质温度气孔率密度电阻晶粒尺寸强度图10-2烧结温度对材料性质的影响43．衡量烧结程度的几个指标（1）用坯体的收缩率ΔL/L表示；（2）用坯体的气孔率（

4、气孔体积/总体积）表示；（3）用坯体的相对密度（实际密度/理论密度）表示，相对密度→1，表明烧结好；近年来，关于烧结的概念又有进一步认识，强调粉末颗粒表面的粘结和粉末内部物质的传递和迁移。4．烧结的分类（1）从参加烧结的物质状态分：固相烧结与液相烧结；（2）从参加烧结的物质有无化学反应发生分：物理烧结（烧结过程可能伴随着化学反应，但烧结不依赖于这些反应）；化学烧结（烧结过程伴随着化学反应过程）；（3）从烧结时工艺条件分：普通烧结与特种烧结。55．与烧结有关的一些概念（1）烧结与烧成烧成——包括物料的预

5、热、脱水、分解、多相反应、熔融、溶解、烧结等多种物理和化学变化；烧结——仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程，是烧成过程的一部分。（2）烧结与熔融相同点：都是由高温下质点迁移的结果。不同点：熔融通过质点迁移其间距增大，并且全部组元都处于液态；烧结通过质点迁移达到密实，并且烧结是在远低于物质熔点温度下进行的，过程中至少有一个组元是固态；Tamman提出烧结温度TS与熔融温度TM间的规律：硅酸盐TS=0.8-0.9TM6（3）烧结与固相反应相同点：二个过程开始进行的温度都远低于熔融温度，在Tamman温度

6、开始，并且过程自始至终至少有一相是固态；不同点：固相反应是一化学反应过程，至少有二组元参加，并发生化学反应最后形成化合物；烧结是一物理过程，可以是单组元或二组元，组元间不发生化学反应。从结晶化学观点看，烧结中微观晶相并未变化，仅是晶相显微组织上排列致密和结晶程度更加完善。实际生产中，不可能是纯物质烧结，当有杂质存在时，则烧结会伴随固相反应和局部熔融。7二．烧结过程推动力粉料在制备过程中，粉末颗粒表面储存机械能——以表面能形式。实验证明，物料在粉磨过程中，内能增加。粉体具有较高的活性，处于能量不稳定状态

7、，能量降低是一种自发趋势。粉料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，这种表面能的降低就是烧结的推动力。例：二个小液滴，半径r，表面积s，体积V；2V=2×4/3πr3；2s=2×4πr2；表面能=8πr2合并成一个大液滴，r1；s1；V1；V1=2V=8/3πr3=4/3πr13；s1=4πr12=6.35πr2；表面能=6.35πr2二个液滴合并后的能量降低=8πr2-6.35πr2=1.65πr28对于固体粉末体系，质点迁移困难，烧结只靠表面能降低的能量难以进行（一般粒度为1um的粉末，烧结时

8、表面能降低约8J/g，而一般化学反应前后能量变化约200KJ/mol，所以烧结推动力是很小的）。需对粉体加以高温（即给补充一部分能量），烧结才能进行。判断烧结进行的难易程度，用晶界能GB与表面能SV的比值（GB/SV）衡量。GB/SV比值越小，越易烧结；比值大难烧结。9粉体颗粒粒度与烧结推动力的关系：在粉末体系中，颗粒间有很多细小气孔，其弯曲表面上由于表面张力的作用而产生的压力差为：对于非球形曲面，可用二个主曲率半径r1和r2表示，由上式可见