燒結(jié)理論簡介

1、School of Materials Science & Engineering 第第1414章章燒燒 結(jié)結(jié)SinteringSinteringSchool of Materials Science & Engineering School of Materials Science & Engineering 燒結(jié)燒結(jié)材料性質(zhì)材料性質(zhì) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化學(xué)組成、礦物組成化學(xué)組成、礦物組成顯微結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)晶粒尺寸分布晶粒尺寸分布?xì)饪壮叽绶植細(xì)饪壮叽绶植季Ы珞w積分?jǐn)?shù)晶界體積分?jǐn)?shù)改變改變目的目的：粉狀物料變成致密體。：粉狀物料變成致密體。陶瓷、耐火材料、粉沫冶金、超高溫材料陶瓷、耐

2、火材料、粉沫冶金、超高溫材料現(xiàn)代無機(jī)材料現(xiàn)代無機(jī)材料 如：功能瓷：熱、聲、光、電、磁、生物特性。如：功能瓷：熱、聲、光、電、磁、生物特性。 結(jié)構(gòu)瓷：耐磨、彎曲、強(qiáng)度、韌性結(jié)構(gòu)瓷：耐磨、彎曲、強(qiáng)度、韌性應(yīng)用應(yīng)用School of Materials Science & Engineering 如何改變材料性質(zhì)：如何改變材料性質(zhì)： 1、)f(G21- 斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度晶粒尺寸晶粒尺寸G 強(qiáng)度強(qiáng)度 2、氣孔、氣孔 強(qiáng)度強(qiáng)度(應(yīng)力集中點(diǎn)應(yīng)力集中點(diǎn))； 透明度透明度(散射散射)； 鐵電性和磁性。鐵電性和磁性。School of Materials Science & Engineerin

3、g School of Materials Science & Engineering 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1、燒結(jié)推動(dòng)力及模型、燒結(jié)推動(dòng)力及模型 2、固相燒結(jié)和液相燒結(jié)過程中的、固相燒結(jié)和液相燒結(jié)過程中的四種基本傳質(zhì)四種基本傳質(zhì) 產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因、條件、特點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)方程條件、特點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)方程。 3、燒結(jié)過程中、燒結(jié)過程中晶粒生長與二次再結(jié)晶的控制晶粒生長與二次再結(jié)晶的控制。 4、影響燒結(jié)的因素。、影響燒結(jié)的因素。School of Materials Science & Engineering 收縮收縮a收縮收縮b收縮收縮無氣孔的無氣孔的多晶體多晶體c說明：說明：a: 顆粒

4、聚焦顆粒聚焦b: 開口堆積體中顆開口堆積體中顆 粒中心逼近粒中心逼近c(diǎn): 封閉堆積體中顆封閉堆積體中顆 粒中心逼近粒中心逼近燒結(jié)現(xiàn)象示意圖燒結(jié)現(xiàn)象示意圖14141 1 概述概述School of Materials Science & Engineering 6/1 12/2 a)燒結(jié)前燒結(jié)前 b)燒結(jié)后燒結(jié)后 圖圖 鐵粉燒結(jié)的鐵粉燒結(jié)的SEM照片照片School of Materials Science & Engineering 燒結(jié)過程中性質(zhì)的變化：燒結(jié)過程中性質(zhì)的變化：School of Materials Science & Engineering 一、燒結(jié)的

5、定義及分類一、燒結(jié)的定義及分類物理性質(zhì)物理性質(zhì)變化：變化：V 、氣孔率、氣孔率 、強(qiáng)度、強(qiáng)度 、致密度、致密度 定義定義1：一種或多種粉末經(jīng)成型，在加熱到一定溫：一種或多種粉末經(jīng)成型，在加熱到一定溫 度后開始收縮，度后開始收縮，在低于熔點(diǎn)溫度下變成致密、堅(jiān)硬的燒結(jié)體。在低于熔點(diǎn)溫度下變成致密、堅(jiān)硬的燒結(jié)體。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：只描述宏觀變化，未揭示本質(zhì)。：只描述宏觀變化，未揭示本質(zhì)。定義定義2：由于分子或原子的吸引，通過加熱使粉體產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，：由于分子或原子的吸引，通過加熱使粉體產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，經(jīng)過物質(zhì)遷移使粉末產(chǎn)生強(qiáng)度并致密化和再結(jié)晶的過程。經(jīng)過物質(zhì)遷移使粉末產(chǎn)生強(qiáng)度并致密化和再結(jié)晶的過程。衡量燒結(jié)的

6、衡量燒結(jié)的指標(biāo)指標(biāo)： 收縮率、氣孔率、吸水率、相對密度收縮率、氣孔率、吸水率、相對密度School of Materials Science & Engineering o 按照燒結(jié)時(shí)是否出現(xiàn)液相，可將燒結(jié)分為兩類：按照燒結(jié)時(shí)是否出現(xiàn)液相，可將燒結(jié)分為兩類： 固相燒結(jié)固相燒結(jié)液相燒結(jié)液相燒結(jié)燒結(jié)溫度下基本上無液相出燒結(jié)溫度下基本上無液相出現(xiàn)的燒結(jié)，如高純氧化物之現(xiàn)的燒結(jié)，如高純氧化物之間的燒結(jié)過程。間的燒結(jié)過程。有液相參與下的燒結(jié)，如多組有液相參與下的燒結(jié)，如多組分物系在燒結(jié)溫度下常有液相分物系在燒結(jié)溫度下常有液相出現(xiàn)。出現(xiàn)。近年來，在研制特種結(jié)構(gòu)材料和功能材料的同時(shí)，產(chǎn)近年來，在研制

7、特種結(jié)構(gòu)材料和功能材料的同時(shí)，產(chǎn)生了一些新型燒結(jié)方法。如熱壓燒結(jié)，放電等離子體生了一些新型燒結(jié)方法。如熱壓燒結(jié)，放電等離子體燒結(jié)，微波燒結(jié)等。燒結(jié)，微波燒結(jié)等。School of Materials Science & Engineering 圖圖1 熱壓爐熱壓爐School of Materials Science & Engineering o圖圖2 放電等離子體燒結(jié)爐（放電等離子體燒結(jié)爐（SPS）School of Materials Science & Engineering o圖圖3 氣壓燒結(jié)爐（氣壓燒結(jié)爐（GPS）School of Materials Sc

8、ience & Engineering o圖圖4 微波燒結(jié)爐微波燒結(jié)爐School of Materials Science & Engineering School of Materials Science & Engineering School of Materials Science & Engineering 二、與燒結(jié)有關(guān)的一些概念二、與燒結(jié)有關(guān)的一些概念 1、燒結(jié)與燒成、燒結(jié)與燒成燒成：在一定的溫度范圍內(nèi)燒制成致密體的過程。燒成：在一定的溫度范圍內(nèi)燒制成致密體的過程。燒結(jié)：粉料經(jīng)加熱而致密化的簡單物理過程。燒結(jié)：粉料經(jīng)加熱而致密化的簡單物理過程。

9、2、燒結(jié)與熔融、燒結(jié)與熔融 燒結(jié)：至少一組元為固態(tài)燒結(jié)：至少一組元為固態(tài) 熔融熔融 ：固體熔化成熔體固體熔化成熔體 3、燒結(jié)與固相反應(yīng)、燒結(jié)與固相反應(yīng) 相同點(diǎn)：相同點(diǎn)： 反應(yīng)進(jìn)行溫度均低于熔點(diǎn)反應(yīng)進(jìn)行溫度均低于熔點(diǎn) 不同點(diǎn)：是否為化學(xué)反應(yīng)不同點(diǎn)：是否為化學(xué)反應(yīng)School of Materials Science & Engineering 三、燒結(jié)過程推動(dòng)力三、燒結(jié)過程推動(dòng)力 粉狀物料的表面能粉狀物料的表面能 多晶燒結(jié)體的晶界能多晶燒結(jié)體的晶界能 * 燒結(jié)能否自發(fā)進(jìn)行？燒結(jié)能否自發(fā)進(jìn)行？ molGm/mol200G -/g1 G 1幾萬卡幾萬卡一般化學(xué)反應(yīng)一般化學(xué)反應(yīng)卡卡石英石英卡卡

10、材料燒結(jié)材料燒結(jié) 結(jié)論結(jié)論：由于燒結(jié)推動(dòng)力與相變和化學(xué)反應(yīng)的能量相比，：由于燒結(jié)推動(dòng)力與相變和化學(xué)反應(yīng)的能量相比， 很小，因而不能自發(fā)進(jìn)行很小，因而不能自發(fā)進(jìn)行，必須加熱必須加熱!School of Materials Science & Engineering SVGB 表表面面能能晶晶界界能能SV GB例例： Al2O3 : 兩者差別較大，易燒結(jié)；兩者差別較大，易燒結(jié)； 共價(jià)化合物如共價(jià)化合物如Si3N4、SiC、AlN 難燒結(jié)。難燒結(jié)。*燒結(jié)難易程度的判斷：燒結(jié)難易程度的判斷：愈小愈易燒結(jié)，反之難燒結(jié)。愈小愈易燒結(jié)，反之難燒結(jié)。School of Materials Scienc

11、e & Engineering *推動(dòng)力與顆粒細(xì)度的關(guān)系：推動(dòng)力與顆粒細(xì)度的關(guān)系： 顆粒堆積后，有很多細(xì)小氣孔彎曲表面由于表面顆粒堆積后，有很多細(xì)小氣孔彎曲表面由于表面張力而產(chǎn)生壓力差，張力而產(chǎn)生壓力差，/r2P 當(dāng)當(dāng)為為球球形形： )1r1(P 21r 當(dāng)當(dāng)非非球球形形： 結(jié)論結(jié)論：粉料愈細(xì)，由曲率而引起的燒結(jié)推動(dòng)力愈大：粉料愈細(xì)，由曲率而引起的燒結(jié)推動(dòng)力愈大!School of Materials Science & Engineering 四、燒結(jié)模型四、燒結(jié)模型 1945年以前：年以前：粉體壓塊粉體壓塊 1945年后，年后，G.C.Kuczynski (庫津斯基庫津斯基

12、)提出：提出：雙球模型雙球模型 中中心心距距不不變變中中心心距距縮縮短短rxVrxArx2/2/4322 rxVrxArx4/2/4/4322 rxVrxArx2/2/432 School of Materials Science & Engineering 14142 2 固態(tài)燒結(jié)固態(tài)燒結(jié) 對對 象：象： 單一粉體的燒結(jié)。單一粉體的燒結(jié)。主要傳質(zhì)方式：主要傳質(zhì)方式：蒸發(fā)凝聚蒸發(fā)凝聚擴(kuò)擴(kuò) 散散School of Materials Science & Engineering 一、蒸發(fā)凝聚傳質(zhì)一、蒸發(fā)凝聚傳質(zhì) rxP 表面張力能使凹、凸表面處的蒸氣壓表面張力能使凹、凸表面處的蒸氣

13、壓P分別低于和高于平分別低于和高于平面表面處的蒸氣壓面表面處的蒸氣壓Po，并可以用開爾文本公式表達(dá)：，并可以用開爾文本公式表達(dá)：對于球形表面對于球形表面 （1）dRTrMPP2ln0對于非球形表面對于非球形表面 （2）)11(ln210rrdRTMPP表面凹凸不平的固體顆粒，其凸處呈正壓，凹處呈負(fù)表面凹凸不平的固體顆粒，其凸處呈正壓，凹處呈負(fù)壓，故存在著使物質(zhì)自凸處向凹處遷移。壓，故存在著使物質(zhì)自凸處向凹處遷移。School of Materials Science & Engineering 存在范圍存在范圍：在高溫下蒸汽壓較大的系統(tǒng)：在高溫下蒸汽壓較大的系統(tǒng)(NaCl KCl Be

14、O PbO)。 硅酸鹽材料不多見。硅酸鹽材料不多見。傳質(zhì)原因傳質(zhì)原因：曲率差別產(chǎn)生：曲率差別產(chǎn)生 P條件條件：顆粒足夠小，：顆粒足夠小，r 10 m定量關(guān)系定量關(guān)系： P School of Materials Science & Engineering 根據(jù)根據(jù)燒結(jié)的模型燒結(jié)的模型(雙球模型雙球模型中心距不變中心距不變) 蒸發(fā)凝聚機(jī)理蒸發(fā)凝聚機(jī)理(凝聚速率頸部體積增加凝聚速率頸部體積增加) 球形顆粒接觸面積頸部生長速率關(guān)系式球形顆粒接觸面積頸部生長速率關(guān)系式31323/122/32/302/3.)23(tdTRPMrx 討論討論：1、x/r t1/3 ，證明初期，證明初期x/r 增大

15、很快，增大很快， 但時(shí)間延長，很快停止。但時(shí)間延長，很快停止。 說明說明：此類傳質(zhì)不能靠延長時(shí)間達(dá)到燒結(jié)。：此類傳質(zhì)不能靠延長時(shí)間達(dá)到燒結(jié)。trx2、溫度、溫度 T 增加，有利于燒結(jié)。增加，有利于燒結(jié)。3、顆粒、顆粒粒度粒度 ，愈小燒結(jié)速率愈大。，愈小燒結(jié)速率愈大。4、特點(diǎn)：燒結(jié)時(shí)頸部擴(kuò)大，氣孔形狀改變，但雙球、特點(diǎn)：燒結(jié)時(shí)頸部擴(kuò)大，氣孔形狀改變，但雙球 之間中心距不變，因此之間中心距不變，因此坯體不發(fā)生收縮，密度不變坯體不發(fā)生收縮，密度不變。School of Materials Science & Engineering 二、擴(kuò)散傳質(zhì)二、擴(kuò)散傳質(zhì) 對象對象：多數(shù)固體材料，由于其蒸汽

16、壓低。：多數(shù)固體材料，由于其蒸汽壓低。 (一一)、頸部應(yīng)力模型、頸部應(yīng)力模型(見書圖見書圖146) School of Materials Science & Engineering )1x1( ,x說明：頸部應(yīng)力主要由說明：頸部應(yīng)力主要由可以忽略不計(jì)?？梢院雎圆挥?jì)。產(chǎn)生，產(chǎn)生，xF F(張應(yīng)力張應(yīng)力)2 理理想想狀狀況況靜壓力靜壓力2 實(shí)實(shí)際際狀狀況況顆粒尺寸、形狀、堆積方式不同，顆粒尺寸、形狀、堆積方式不同， 頸頸部形狀不規(guī)則部形狀不規(guī)則接觸點(diǎn)局部產(chǎn)生剪應(yīng)力接觸點(diǎn)局部產(chǎn)生剪應(yīng)力晶界滑移，顆粒重排晶界滑移，顆粒重排 堆積密度堆積密度 ，氣孔率，氣孔率 ，坯體收縮，坯體收縮(但顆粒形狀

17、不變，氣孔不可能完全消但顆粒形狀不變，氣孔不可能完全消除。除。)頸部應(yīng)力頸部應(yīng)力School of Materials Science & Engineering (二二)、顆粒中心靠近機(jī)理、顆粒中心靠近機(jī)理 中心距縮短中心距縮短，必有物質(zhì)向氣孔遷移，氣孔作為，必有物質(zhì)向氣孔遷移，氣孔作為空位源?？瘴辉?。 空位消失的部位空位消失的部位： 自由表面、晶界、位錯(cuò)。自由表面、晶界、位錯(cuò)。 考查考查空位濃度變化空位濃度變化。 School of Materials Science & Engineering 2 有應(yīng)力存在時(shí)空位形成所需的有應(yīng)力存在時(shí)空位形成所需的附加功附加功 ./ t

18、E(有張應(yīng)力時(shí)有張應(yīng)力時(shí)) ./ cE(有壓應(yīng)力時(shí)有壓應(yīng)力時(shí))空位形成能空位形成能：無應(yīng)力時(shí)：無應(yīng)力時(shí)： EV .EE )(VV ：接接觸觸點(diǎn)點(diǎn)壓壓應(yīng)應(yīng)力力區(qū)區(qū) .EE )(VV ：頸頸表表面面張張應(yīng)應(yīng)力力區(qū)區(qū)結(jié)論結(jié)論：張應(yīng)力區(qū)空位形成能：張應(yīng)力區(qū)空位形成能無應(yīng)力區(qū)無應(yīng)力區(qū)C0Cc 1C 2C 從式可見，在一定溫度下從式可見，在一定溫度下空位濃度差是與表面張空位濃度差是與表面張力成比例力成比例的，因此由擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行的燒結(jié)過程，的，因此由擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行的燒結(jié)過程，其推動(dòng)力也是其推動(dòng)力也是表面張力表面張力。.C 推動(dòng)力推動(dòng)力曲率曲率頸部擴(kuò)大頸部擴(kuò)大 School of Materials Scien

19、ce & Engineering 3、擴(kuò)散途徑、擴(kuò)散途徑 ( 結(jié)論結(jié)論： CtC0Cc 1C 2C )空位擴(kuò)散空位擴(kuò)散：優(yōu)先優(yōu)先由頸表面由頸表面接觸點(diǎn)；接觸點(diǎn)； 其次其次由頸表面由頸表面內(nèi)部擴(kuò)散內(nèi)部擴(kuò)散原子擴(kuò)散原子擴(kuò)散：與空位擴(kuò)散：與空位擴(kuò)散方向方向相反，相反，擴(kuò)散終點(diǎn)：頸部擴(kuò)散終點(diǎn)：頸部。擴(kuò)散途徑擴(kuò)散途徑：(參見參見P264，圖，圖148) 表面擴(kuò)散表面擴(kuò)散 界面擴(kuò)散界面擴(kuò)散 體積擴(kuò)散體積擴(kuò)散School of Materials Science & Engineering School of Materials Science & Engineering Schoo

20、l of Materials Science & Engineering School of Materials Science & Engineering (三三)、擴(kuò)散傳質(zhì)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系、擴(kuò)散傳質(zhì)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系 1、初期：、初期：表面擴(kuò)散顯著表面擴(kuò)散顯著。 (因?yàn)楸砻鏀U(kuò)散溫度因?yàn)楸砻鏀U(kuò)散溫度D021KtD 21logtlogD 作圖，斜率作圖，斜率由由(2)、實(shí)際、實(shí)際：直線斜率為：直線斜率為1/21/3， 且更接近于且更接近于1/3。 原因原因：晶界移動(dòng)晶界移動(dòng)時(shí)時(shí)遇到雜質(zhì)或遇到雜質(zhì)或 氣孔氣孔而限制了晶粒的生長。而限制了晶粒的生長。界面界面通過通過夾雜夾雜物時(shí)物時(shí)形狀形狀變

21、化變化School of Materials Science & Engineering 3、晶界移動(dòng)、晶界移動(dòng) 氣孔位于氣孔位于晶界晶界上上移動(dòng)移動(dòng)？阻礙阻礙？影響因素影響因素： 晶界曲率；晶界曲率； 氣孔直徑、數(shù)量；氣孔直徑、數(shù)量； 氣孔作為空位源向晶界擴(kuò)散的速度氣孔作為空位源向晶界擴(kuò)散的速度 氣孔內(nèi)氣體壓力大?。粴饪變?nèi)氣體壓力大??； 包裹氣孔的晶粒數(shù)。包裹氣孔的晶粒數(shù)。School of Materials Science & Engineering School of Materials Science & Engineering (A) Vb=0 (B) Vb

22、 = Vp (C) Vb Vp_晶界移動(dòng)方向晶界移動(dòng)方向氣孔移動(dòng)方向氣孔移動(dòng)方向Vb晶界移動(dòng)速度；晶界移動(dòng)速度；Vp氣孔移動(dòng)速度氣孔移動(dòng)速度。氣孔通過氣孔通過空位傳遞空位傳遞而匯集或消失。而匯集或消失。實(shí)現(xiàn)燒結(jié)體的致密化。實(shí)現(xiàn)燒結(jié)體的致密化。于燒結(jié)體致密于燒結(jié)體致密化不利?；焕?。初期初期中、后期中、后期后期后期School of Materials Science & Engineering 后期：后期：當(dāng)當(dāng)Vp=Vb時(shí)，時(shí)，A：要嚴(yán)格要嚴(yán)格控制溫度?？刂茰囟?。通過體積擴(kuò)散排除通過體積擴(kuò)散排除除除氣孔留在晶粒內(nèi)而難排氣孔留在晶粒內(nèi)而難排晶界移動(dòng)速率太快晶界移動(dòng)速率太快過高，或出現(xiàn)異常

23、生長過高，或出現(xiàn)異常生長若若)( )( TB：在晶界上產(chǎn)生在晶界上產(chǎn)生少量液相少量液相， 可抑制晶粒長大?？梢种凭ЯｉL大。原因原因：界面移動(dòng)推動(dòng)力降低，：界面移動(dòng)推動(dòng)力降低， 擴(kuò)散距離增加。擴(kuò)散距離增加。School of Materials Science & Engineering 4、討論討論：坯體理論密度與實(shí)際密度存在差異的原因？：坯體理論密度與實(shí)際密度存在差異的原因？ 晶粒長大是否無止境？晶粒長大是否無止境？(1) 存在因素存在因素：氣孔不能完全排除。：氣孔不能完全排除。隨燒結(jié)進(jìn)行，隨燒結(jié)進(jìn)行，T升高，氣孔逐漸縮小，升高，氣孔逐漸縮小，氣孔內(nèi)壓增大，當(dāng)?shù)扔跉饪變?nèi)壓增大，當(dāng)?shù)扔?/p>

24、2 /r時(shí)，燒結(jié)停止。時(shí)，燒結(jié)停止。但溫度繼續(xù)升高，引起膨脹，對燒結(jié)不利。但溫度繼續(xù)升高，引起膨脹，對燒結(jié)不利。(2) 采取措施采取措施氣氛燒結(jié)、真空燒結(jié)、熱壓燒結(jié)等。氣氛燒結(jié)、真空燒結(jié)、熱壓燒結(jié)等。School of Materials Science & Engineering 討論：討論： a、(3) 晶粒生長極限尺寸晶粒生長極限尺寸fdDl d夾雜夾雜物或氣孔的平均直徑物或氣孔的平均直徑f夾雜物或氣孔的體積分?jǐn)?shù)夾雜物或氣孔的體積分?jǐn)?shù)Dl晶粒正常生長時(shí)的極限尺寸晶粒正常生長時(shí)的極限尺寸 lD d一一定定時(shí)時(shí)，f原因原因：相遇幾率：相遇幾率 小。小。b、 初期初期：f 很大，很大，

25、d小，小，D0 Dl，所以晶粒不會(huì)，所以晶粒不會(huì)長大；長大； 中期中期： f 下降下降，d 增大增大， Dl增大。增大。 當(dāng)當(dāng)D0 Dl，晶粒開始均勻生長。，晶粒開始均勻生長。 后期：后期：一般一般f=10%時(shí)，晶粒停止生長。時(shí)，晶粒停止生長。 普通燒結(jié)中坯體終點(diǎn)密度低于理論密度的原因。普通燒結(jié)中坯體終點(diǎn)密度低于理論密度的原因。School of Materials Science & Engineering 二、二次再結(jié)晶二、二次再結(jié)晶二次再結(jié)晶是坯體中少數(shù)大晶粒尺寸的二次再結(jié)晶是坯體中少數(shù)大晶粒尺寸的異常增加，其結(jié)果是個(gè)別晶粒的尺寸增異常增加，其結(jié)果是個(gè)別晶粒的尺寸增加，這是區(qū)別于

26、正常的晶粒長大的。加，這是區(qū)別于正常的晶粒長大的。概念概念：School of Materials Science & Engineering School of Materials Science & Engineering 晶粒異常長大的根源：晶粒異常長大的根源：造成二次再結(jié)晶的原因造成二次再結(jié)晶的原因主要主要是是原始物料粒度原始物料粒度不均勻及燒結(jié)溫度偏高不均勻及燒結(jié)溫度偏高School of Materials Science & Engineering 控制溫度控制溫度(抑制晶界移動(dòng)速率抑制晶界移動(dòng)速率)；起始粉料粒度起始粉料粒度分布均勻分布均勻；加入少量加入

27、少量晶界移動(dòng)抑制劑晶界移動(dòng)抑制劑（MgO加入到加入到Al2O3）。 晶粒生長公式為：晶粒生長公式為：Kt303GG 采取措施：采取措施：School of Materials Science & Engineering School of Materials Science & Engineering 三、晶界在燒結(jié)中的應(yīng)用三、晶界在燒結(jié)中的應(yīng)用晶界上溶質(zhì)的偏聚可以延晶界上溶質(zhì)的偏聚可以延緩晶界的移動(dòng)。緩晶界的移動(dòng)。晶界對擴(kuò)散傳質(zhì)燒結(jié)過程晶界對擴(kuò)散傳質(zhì)燒結(jié)過程是有利的。是有利的。School of Materials Science & Engineering 1414

28、5 5 影響燒結(jié)的因素影響燒結(jié)的因素一、原始粉料粒度一、原始粉料粒度(細(xì)而均勻細(xì)而均勻)School of Materials Science & Engineering School of Materials Science & Engineering 1、外加劑與燒結(jié)主體形成、外加劑與燒結(jié)主體形成固溶體固溶體 兩者離子產(chǎn)生的晶格畸變程度越大，越有利兩者離子產(chǎn)生的晶格畸變程度越大，越有利于燒結(jié)。于燒結(jié)。 例例：Al2O3中加入中加入3Cr2O3可在可在1860燒結(jié)；燒結(jié)； 當(dāng)加入當(dāng)加入12TiO2只需在約只需在約1600就能致密化。就能致密化。 二、外加劑（適量）的作用二、外

29、加劑（適量）的作用School of Materials Science & Engineering School of Materials Science & Engineering 2、外加劑與燒結(jié)主體形成、外加劑與燒結(jié)主體形成液相液相燒結(jié)時(shí)若有適當(dāng)?shù)囊合?，（燒結(jié)時(shí)若有適當(dāng)?shù)囊合啵?）往往會(huì)大大促進(jìn)顆粒重排）往往會(huì)大大促進(jìn)顆粒重排和傳質(zhì)過程；（和傳質(zhì)過程；（2）能在較低溫度下產(chǎn)生液相，以促進(jìn)燒）能在較低溫度下產(chǎn)生液相，以促進(jìn)燒結(jié)。液相的出現(xiàn)，可能是添加物本身熔點(diǎn)較低；也可能結(jié)。液相的出現(xiàn)，可能是添加物本身熔點(diǎn)較低；也可能與燒結(jié)物形成多元低共熔物。與燒結(jié)物形成多元低共熔物。

30、 例例：制：制95Al2O3材料，加入材料，加入CaO、SiO2， 當(dāng)當(dāng)CaO:SiO2=1時(shí)，產(chǎn)生液相在時(shí)，產(chǎn)生液相在1540即可燒結(jié)。即可燒結(jié)。 制備制備MgO瓷時(shí)，加入瓷時(shí)，加入V2O5或或CuO,促使液相的生成。促使液相的生成。 School of Materials Science & Engineering 3、外加劑與燒結(jié)主體形成、外加劑與燒結(jié)主體形成化合物（化合物（抑制晶界移動(dòng)抑制晶界移動(dòng)） School of Materials Science & Engineering 4、外加劑、外加劑阻止多晶轉(zhuǎn)變阻止多晶轉(zhuǎn)變 例：例：ZrO2中加入中加入5CaO，抑制晶型轉(zhuǎn)變，使之致密化。，抑制晶型轉(zhuǎn)變，使之致密化。5、外加劑、外加劑(適量適量)起起擴(kuò)大燒結(jié)范圍擴(kuò)大燒結(jié)范圍的作用的作用 例例：在鋯鈦酸鉛材料中加入在鋯鈦酸鉛材料中加入適量適量La2O3和和Nb2O5， 可使燒結(jié)范圍由可使燒結(jié)范圍由2040 增加到增加到80。School of Materials Science & Engineering 三、燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間三、燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間lgD高溫高溫低溫低溫1/TDSDV擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系結(jié)論：結(jié)論：高溫短時(shí)間高溫短時(shí)間燒結(jié)是燒結(jié)是 制造致密陶瓷材料