第七章 熱壓燒結(jié)2

1、 材料合成與制備材料合成與制備17.1熱壓燒結(jié)的發(fā)展熱壓燒結(jié)的發(fā)展l 1826 1826年索波列夫斯基首次利用常溫壓力燒結(jié)的方法得到年索波列夫斯基首次利用常溫壓力燒結(jié)的方法得到了白金。而熱壓技術(shù)已經(jīng)有了白金。而熱壓技術(shù)已經(jīng)有7070年的歷史，熱壓是粉末冶金年的歷史，熱壓是粉末冶金發(fā)展和應(yīng)用較早的一種熱成形技術(shù)。發(fā)展和應(yīng)用較早的一種熱成形技術(shù)。l 1912 1912年，德國發(fā)表了用熱壓將鎢粉和碳化鎢粉制造致密年，德國發(fā)表了用熱壓將鎢粉和碳化鎢粉制造致密件的專利。件的專利。l 1926 192619271927年，德國將熱壓技術(shù)用于制造硬質(zhì)合金。年，德國將熱壓技術(shù)用于制造硬質(zhì)合金。l 從從1930

2、1930年起，熱壓更快地發(fā)展起來，主要應(yīng)用于大型硬年起，熱壓更快地發(fā)展起來，主要應(yīng)用于大型硬質(zhì)合金制品、難熔化合物和現(xiàn)代陶瓷等方面。質(zhì)合金制品、難熔化合物和現(xiàn)代陶瓷等方面。 材料合成與制備材料合成與制備2施加外壓力的燒結(jié)，施加外壓力的燒結(jié)，簡稱加壓燒結(jié)簡稱加壓燒結(jié)(applied pressure(applied pressure) or or (pressureassisted (pressureassisted sintering)sintering)不施加外壓力的燒結(jié)，不施加外壓力的燒結(jié)，簡稱不加壓燒結(jié)簡稱不加壓燒結(jié)( (pressurelesspressureless sinterin

3、g) sintering)不加不加壓燒結(jié)壓燒結(jié)加加壓燒結(jié)壓燒結(jié)燒結(jié)過程可以分為兩大類燒結(jié)過程可以分為兩大類：對松散粉末或粉末壓坯同對松散粉末或粉末壓坯同時施以高溫和外壓，則是時施以高溫和外壓，則是所謂的所謂的加壓燒結(jié)加壓燒結(jié) 材料合成與制備材料合成與制備3熱壓熱壓是指在對置于限定形狀的石墨模具中的松散粉末或?qū)κ侵冈趯χ糜谙薅ㄐ螤畹氖＞咧械乃缮⒎勰┗驅(qū)Ψ勰号骷訜岬耐瑫r對其施加單袖壓力的燒結(jié)過程。粉末壓坯加熱的同時對其施加單袖壓力的燒結(jié)過程。熱壓的優(yōu)點(diǎn)熱壓的優(yōu)點(diǎn)：u 熱壓時，由于粉料處于熱塑性狀態(tài)，形變阻力小，易于熱壓時，由于粉料處于熱塑性狀態(tài)，形變阻力小，易于塑性流動和致密化，因此，所需的

4、成型壓力僅為冷壓法的塑性流動和致密化，因此，所需的成型壓力僅為冷壓法的1/101/10，可以成型大尺寸的，可以成型大尺寸的A1A12 2O O3 3、BeOBeO、BNBN和和TiBTiB2 2等產(chǎn)品。等產(chǎn)品。u 由于同時加溫、加壓，有助于粉末顆粒的接觸和擴(kuò)散、由于同時加溫、加壓，有助于粉末顆粒的接觸和擴(kuò)散、流動等傳質(zhì)過程，降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時間，因而抑制流動等傳質(zhì)過程，降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時間，因而抑制了晶粒的長大。了晶粒的長大。 材料合成與制備材料合成與制備4u 熱壓法容易獲得接近理論密度、氣孔率接近于零的燒結(jié)熱壓法容易獲得接近理論密度、氣孔率接近于零的燒結(jié)體，容易得到細(xì)晶粒的組織，

5、容易實(shí)現(xiàn)晶體的取向效應(yīng)和體，容易得到細(xì)晶粒的組織，容易實(shí)現(xiàn)晶體的取向效應(yīng)和控制臺有高蒸氣壓成分納系統(tǒng)的組成變化，因而容易得到控制臺有高蒸氣壓成分納系統(tǒng)的組成變化，因而容易得到具有良好機(jī)械性能、電學(xué)性能的產(chǎn)品。具有良好機(jī)械性能、電學(xué)性能的產(chǎn)品。u 能生產(chǎn)形狀較復(fù)雜、尺寸較精確的產(chǎn)品。能生產(chǎn)形狀較復(fù)雜、尺寸較精確的產(chǎn)品。熱壓的優(yōu)點(diǎn)熱壓的優(yōu)點(diǎn)： 熱壓法的缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低、成本高。熱壓法的缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低、成本高。 材料合成與制備材料合成與制備51固體粉末燒結(jié)的過程和特點(diǎn)固體粉末燒結(jié)的過程和特點(diǎn)l在熱力學(xué)上，所謂燒結(jié)是指在熱力學(xué)上，所謂燒結(jié)是指系統(tǒng)總能量減少系統(tǒng)總能量減少的過程。的過程。l 坯體燒結(jié)后在宏

6、觀上的變化是：坯體燒結(jié)后在宏觀上的變化是：體積收縮體積收縮，致密度致密度提高提高，強(qiáng)度增加強(qiáng)度增加l因此燒結(jié)程度可以用因此燒結(jié)程度可以用坯體收縮率坯體收縮率、氣孔率氣孔率或或體積密度體積密度與與理論密度理論密度之比等來表征之比等來表征。 材料合成與制備材料合成與制備6 一般燒結(jié)過程，總伴隨著氣孔率的降低，顆?？偙硪话銦Y(jié)過程，總伴隨著氣孔率的降低，顆?？偙砻娣e減少，表面自由能減少及與其相聯(lián)系的晶粒長大面積減少，表面自由能減少及與其相聯(lián)系的晶粒長大等變化，可根據(jù)其變化特點(diǎn)來劃分燒結(jié)階段。等變化，可根據(jù)其變化特點(diǎn)來劃分燒結(jié)階段。燒結(jié)初期燒結(jié)初期燒結(jié)中期燒結(jié)中期燒結(jié)后期燒結(jié)后期 材料合成與制備材料合

7、成與制備7燒結(jié)初期 隨著燒結(jié)溫度的提高和時間的延長，開始產(chǎn)生顆粒間的鍵合和隨著燒結(jié)溫度的提高和時間的延長，開始產(chǎn)生顆粒間的鍵合和重排過程，這時粒子因重排而相互靠攏，大空隙逐漸消失，氣孔的重排過程，這時粒子因重排而相互靠攏，大空隙逐漸消失，氣孔的總體積迅速減少，但顆粒間仍以點(diǎn)接觸為主，總表面積并沒減小?？傮w積迅速減少，但顆粒間仍以點(diǎn)接觸為主，總表面積并沒減小。 粉料在外部壓力作用下，形成一定形狀的、粉料在外部壓力作用下，形成一定形狀的、具有一定機(jī)械強(qiáng)度的多孔坯體。燒結(jié)前成型體中具有一定機(jī)械強(qiáng)度的多孔坯體。燒結(jié)前成型體中顆粒間接觸有的波此以點(diǎn)接觸，有的則相互分開顆粒間接觸有的波此以點(diǎn)接觸，有的則相

8、互分開，保留著較多的空隙，如圖，保留著較多的空隙，如圖7.1(a)7.1(a)。圖圖7.1 7.1 不同燒結(jié)階段晶粒排列過程示意圖不同燒結(jié)階段晶粒排列過程示意圖 材料合成與制備材料合成與制備8燒結(jié)中期 開始有明顯的傳質(zhì)過程。開始有明顯的傳質(zhì)過程。顆粒間由點(diǎn)接觸逐漸擴(kuò)大為顆粒間由點(diǎn)接觸逐漸擴(kuò)大為面接觸面接觸，粒界面積增加，固，粒界面積增加，固- -氣表面積相應(yīng)減少，但氣孔仍氣表面積相應(yīng)減少，但氣孔仍然是聯(lián)通的，此階段晶界移動比較容易。在表面能減少的然是聯(lián)通的，此階段晶界移動比較容易。在表面能減少的推動力下，相對密度迅速增大，粉粒重排、晶界滑移引起推動力下，相對密度迅速增大，粉粒重排、晶界滑移引起

9、的局部碎裂或塑性流動傳質(zhì)，物質(zhì)通過不同的擴(kuò)散途徑向的局部碎裂或塑性流動傳質(zhì)，物質(zhì)通過不同的擴(kuò)散途徑向顆粒間的頸部和氣孔部位填空，使頸部漸漸長大，并逐步顆粒間的頸部和氣孔部位填空，使頸部漸漸長大，并逐步減少氣孔所占的體積，細(xì)小的顆粒之間開始逐漸形成晶界，減少氣孔所占的體積，細(xì)小的顆粒之間開始逐漸形成晶界，并不斷擴(kuò)大晶界的面積，使坯體變得致密化，如圖并不斷擴(kuò)大晶界的面積，使坯體變得致密化，如圖7.1(b) 7.1(b) (c)(c)。 材料合成與制備材料合成與制備9 隨著傳質(zhì)的繼續(xù)，粒界進(jìn)一步發(fā)育擴(kuò)大，氣孔則逐隨著傳質(zhì)的繼續(xù)，粒界進(jìn)一步發(fā)育擴(kuò)大，氣孔則逐漸縮小和變形，最終轉(zhuǎn)變成孤立的閉氣孔。與此同

10、時顆漸縮小和變形，最終轉(zhuǎn)變成孤立的閉氣孔。與此同時顆粒粒界開始移動，粒子長大，氣孔逐漸遷移到粒界上消粒粒界開始移動，粒子長大，氣孔逐漸遷移到粒界上消失，但深入晶粒內(nèi)部的氣孔則排除比較難。燒結(jié)體致密失，但深入晶粒內(nèi)部的氣孔則排除比較難。燒結(jié)體致密度提高，坯體可以達(dá)到理論密度的度提高，坯體可以達(dá)到理論密度的95%95%左右。左右。燒結(jié)后期 材料合成與制備材料合成與制備102固體粉末燒結(jié)的本征熱力學(xué)驅(qū)動力固體粉末燒結(jié)的本征熱力學(xué)驅(qū)動力 致密的晶體如果以細(xì)分的大量顆粒形態(tài)存在，這個顆致密的晶體如果以細(xì)分的大量顆粒形態(tài)存在，這個顆粒系統(tǒng)就必然處于一個高能狀態(tài)因?yàn)樗菊鞯鼐哂邪l(fā)達(dá)粒系統(tǒng)就必然處于一個高能狀

11、態(tài)因?yàn)樗菊鞯鼐哂邪l(fā)達(dá)的顆粒表面，與同質(zhì)量的未細(xì)分晶體相比具有的顆粒表面，與同質(zhì)量的未細(xì)分晶體相比具有過剩的表面過剩的表面能。能。 燒結(jié)的主要目的是把顆粒系統(tǒng)燒結(jié)成為一個致密的晶燒結(jié)的主要目的是把顆粒系統(tǒng)燒結(jié)成為一個致密的晶體，是向低能狀態(tài)過渡。因此燒結(jié)前，顆粒系統(tǒng)具有的過體，是向低能狀態(tài)過渡。因此燒結(jié)前，顆粒系統(tǒng)具有的過剩的表面能越高這個過渡過程就越容易，它的燒結(jié)活性剩的表面能越高這個過渡過程就越容易，它的燒結(jié)活性就越大。就越大。 材料合成與制備材料合成與制備11（1 1）本征過剩表面能驅(qū)動力）本征過剩表面能驅(qū)動力 可以用下述簡單方法估計(jì)本征過剩表面能驅(qū)動力數(shù)量可以用下述簡單方法估計(jì)本征過剩

12、表面能驅(qū)動力數(shù)量級。假定燒結(jié)前粉末系統(tǒng)的表面能為級。假定燒結(jié)前粉末系統(tǒng)的表面能為Ep燒結(jié)成一個致燒結(jié)成一個致密的立方體后的表面能為密的立方體后的表面能為Ed，忽略形成晶界能量的消耗，忽略形成晶界能量的消耗，則本征驅(qū)動力為：則本征驅(qū)動力為： 材料合成與制備材料合成與制備12 代入晶體材料的摩爾質(zhì)量代入晶體材料的摩爾質(zhì)量Wm(g/mol)，固，固-氣表面能氣表面能sv(J/m2)，粉末比表面，粉末比表面Sp(cm2/g)，致密固體密度，致密固體密度d(g/cm3)，則有：則有：3/26dWSWEmpmSV由于由于pmSW3/26dWm，則可近似為，則可近似為pmsvSW 材料合成與制備材料合成與制

13、備13表表7-1 典型粉末的本征驅(qū)動力典型粉末的本征驅(qū)動力E及計(jì)算參考數(shù)值及計(jì)算參考數(shù)值粉末粉末粒度粒度/m比表面積比表面積km2g-1固體密度固體密度kgmol-1摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量kgkgcm-1sv/Jmol-1 本征本征驅(qū)動力驅(qū)動力Cu1505102 8.9 63.55 1.6 5.1 Ni104103 8.9 58.69 1.9 4.510 W0.3104 19.3 183.86 2.9 5.3102 Al2O30.2105 4.0 102.0 1.5 1.5103 l 粉末粒度越粗，比表面越小，本征表面能驅(qū)動力就越小；粉末粒度越粗，比表面越小，本征表面能驅(qū)動力就越??；l 而粒度越細(xì)，

14、比表面越大，本征表面能驅(qū)動力就越大。而粒度越細(xì)，比表面越大，本征表面能驅(qū)動力就越大。這也是實(shí)際燒結(jié)中細(xì)粉比粗粉易于燒結(jié)的原因 材料合成與制備材料合成與制備14 在不同種粉末之間比較顆粒系統(tǒng)的燒結(jié)活性時，不要忘記單在不同種粉末之間比較顆粒系統(tǒng)的燒結(jié)活性時，不要忘記單個顆粒的燒結(jié)活性即粉末晶體的自擴(kuò)散性綜合考慮這兩個因個顆粒的燒結(jié)活性即粉末晶體的自擴(kuò)散性綜合考慮這兩個因素來確定燒結(jié)活性，有一個判據(jù)是值得注意的。素來確定燒結(jié)活性，有一個判據(jù)是值得注意的。Burke指出，要想在適當(dāng)?shù)臒Y(jié)時間內(nèi)獲得燒結(jié)體的充分致密化，指出，要想在適當(dāng)?shù)臒Y(jié)時間內(nèi)獲得燒結(jié)體的充分致密化，粉末顆粒系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足下式關(guān)系：粉末

15、顆粒系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足下式關(guān)系：123aDV式中式中 Dv體積擴(kuò)散系數(shù)，體積擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s；2a粉末粒度，粉末粒度，m。 材料合成與制備材料合成與制備15例如例如，Dv的數(shù)量級為的數(shù)量級為10-12cm2/s，則粉末粒度要在，則粉末粒度要在lm左右。左右。如果如果Dv太低，則某些共價鍵材枓太低，則某些共價鍵材枓(如如Si的的Dv為為10-14cm2/s）若要充分地?zé)Y(jié)致密化就要求使用粒度若要充分地?zé)Y(jié)致密化就要求使用粒度0.5m左右的粉末。左右的粉末。一般金屬粉末的一般金屬粉末的Dv比陶瓷粉末的比陶瓷粉末的Dv大，因而金屬粉末的粒大，因而金屬粉末的粒度可以粗些而陶瓷則須細(xì)粉末才能獲得好的燒結(jié)結(jié)

16、果，度可以粗些而陶瓷則須細(xì)粉末才能獲得好的燒結(jié)結(jié)果，這與燒結(jié)經(jīng)驗(yàn)是完全吻合的。這與燒結(jié)經(jīng)驗(yàn)是完全吻合的。 材料合成與制備材料合成與制備16（2 2）本征）本征LaplaceLaplace應(yīng)力應(yīng)力 除了松散燒結(jié)除了松散燒結(jié)( (也稱重力燒結(jié)）之外，粉末總是在也稱重力燒結(jié)）之外，粉末總是在被壓制成某種形狀的壓坯后再進(jìn)行燒結(jié)的；這樣的顆粒被壓制成某種形狀的壓坯后再進(jìn)行燒結(jié)的；這樣的顆粒系統(tǒng)就有另外兩個本征的特點(diǎn)：顆粒之間的接觸相顆粒系統(tǒng)就有另外兩個本征的特點(diǎn)：顆粒之間的接觸相顆粒之間存在著之間存在著“空隙空隙”或稱孔洞；系統(tǒng)表面的減少。自由或稱孔洞；系統(tǒng)表面的減少。自由能的降低主要是通過孔洞的收縮來

17、實(shí)現(xiàn)的。能的降低主要是通過孔洞的收縮來實(shí)現(xiàn)的。 材料合成與制備材料合成與制備17 燒結(jié)開始時，孔洞的形狀并不是球形，面是由尖角燒結(jié)開始時，孔洞的形狀并不是球形，面是由尖角形圓滑菱形近球形蓮浙向球形過渡，如圖形圓滑菱形近球形蓮浙向球形過渡，如圖7-27-2所示。所示。 此時，孔洞的收縮必然伴隨著顆粒捶觸區(qū)的擴(kuò)展。這此時，孔洞的收縮必然伴隨著顆粒捶觸區(qū)的擴(kuò)展。這個接觸區(qū)最先被稱作金屬顆粒之間的個接觸區(qū)最先被稱作金屬顆粒之間的“橋橋”旋即被旋即被KuczynskiKuczynski，定義為頸，定義為頸(neck)(neck)。圖圖7.2 7.2 不加壓固相燒結(jié)空洞形狀變化示意不加壓固相燒結(jié)空洞形狀變

18、化示意 材料合成與制備材料合成與制備18 顆粒之間接觸的直接結(jié)果是頸部出現(xiàn)了曲率半徑；顆粒之間接觸的直接結(jié)果是頸部出現(xiàn)了曲率半徑；LaplaceLaplace和和YoungYoung以彎曲液體表面為例，給出了表面的曲以彎曲液體表面為例，給出了表面的曲率半徑、表面張力和表面所受的應(yīng)力差值。率半徑、表面張力和表面所受的應(yīng)力差值。2111RR式中式中R1與與R2表面上相互垂直的兩個曲線的表面上相互垂直的兩個曲線的曲率半徑，稱為主曲率半徑。曲率半徑，稱為主曲率半徑。 材料合成與制備材料合成與制備19 對于一個球形孔洞，對于一個球形孔洞，R1=R2，則變?yōu)?，則變?yōu)镚ibbs的解釋。的解釋。 對于不加壓團(tuán)

19、相燒結(jié)的顆粒系統(tǒng)，由顆粒接觸形成對于不加壓團(tuán)相燒結(jié)的顆粒系統(tǒng)，由顆粒接觸形成的曲率半徑對的曲率半徑對Laplace應(yīng)力有重要影響應(yīng)力有重要影響.顆粒接觸形成顆粒接觸形成的頸如圖的頸如圖8.3所示。所示。圖7.3 兩球形顆粒接觸頸部主曲率半徑示意 材料合成與制備材料合成與制備20 圖圖7.3中，中，x表示接觸面積的半徑，表示接觸面積的半徑，表示頸部的曲率表示頸部的曲率半徑，即式中的半徑，即式中的R1與與R2，則顆粒接觸的本征，則顆粒接觸的本征Laplace應(yīng)應(yīng)力為：力為：11x式中負(fù)號表示式中負(fù)號表示從孔洞內(nèi)計(jì)算，正號表示從孔洞內(nèi)計(jì)算，正號表示x x在顆在顆粒內(nèi)計(jì)算半徑值粒內(nèi)計(jì)算半徑值。 材料合

20、成與制備材料合成與制備21 一般可以把這類加壓燒結(jié)分成兩大階段來認(rèn)識。一般可以把這類加壓燒結(jié)分成兩大階段來認(rèn)識。AshbyAshby把這把這兩個階段分為孔隙連通階段相孤立孔洞階段。圖兩個階段分為孔隙連通階段相孤立孔洞階段。圖8.58.5是這兩個階是這兩個階段的示意圖。段的示意圖。 材料合成與制備材料合成與制備22 材料合成與制備材料合成與制備23 在加壓燒結(jié)致密化的第一階段在加壓燒結(jié)致密化的第一階段( (也可稱為燒結(jié)初期），也可稱為燒結(jié)初期），應(yīng)力的施加首先使顆粒接觸區(qū)發(fā)生塑性屈服。而后在增加應(yīng)力的施加首先使顆粒接觸區(qū)發(fā)生塑性屈服。而后在增加了的接觸區(qū)形成冪指數(shù)蠕變區(qū)，各類蠕變機(jī)制導(dǎo)致物質(zhì)遷了

21、的接觸區(qū)形成冪指數(shù)蠕變區(qū)，各類蠕變機(jī)制導(dǎo)致物質(zhì)遷移。同時，原于或空位不可避免地發(fā)生體積擴(kuò)散相晶界擴(kuò)移。同時，原于或空位不可避免地發(fā)生體積擴(kuò)散相晶界擴(kuò)散。晶界中的位錯也可能沿晶界攀移，導(dǎo)致晶界滑動。散。晶界中的位錯也可能沿晶界攀移，導(dǎo)致晶界滑動。第第一階段的主要特征是孔洞仍然連通一階段的主要特征是孔洞仍然連通。 材料合成與制備材料合成與制備24 在加壓燒結(jié)第二階段在加壓燒結(jié)第二階段( (也可稱為燒結(jié)末期也可稱為燒結(jié)末期) )，上述機(jī)制，上述機(jī)制仍然存在只不過孔洞成為孤立的閉孔，位于晶界相交處。仍然存在只不過孔洞成為孤立的閉孔，位于晶界相交處。同時，并不排除在晶粒內(nèi)部孤立存在的微孔。同時，并不排除

22、在晶粒內(nèi)部孤立存在的微孔。 在第一階段發(fā)生的塑性屈服是一個快過程，而蠕變是在第一階段發(fā)生的塑性屈服是一個快過程，而蠕變是一個慢過程。通常的壓力燒結(jié)的應(yīng)力水平還不足以使材料一個慢過程。通常的壓力燒結(jié)的應(yīng)力水平還不足以使材料全部屈服發(fā)生塑性流動。因而研究壓力燒結(jié)的蠕變致密化全部屈服發(fā)生塑性流動。因而研究壓力燒結(jié)的蠕變致密化規(guī)律是重要的。規(guī)律是重要的。 材料合成與制備材料合成與制備257.2.3熱壓燒結(jié)的適用范圍熱壓燒結(jié)的適用范圍 熱壓燒結(jié)與常壓燒結(jié)相比，燒結(jié)溫度要低得多，而且熱壓燒結(jié)與常壓燒結(jié)相比，燒結(jié)溫度要低得多，而且燒結(jié)體中氣孔率低，密度高。由于在較低溫度下燒結(jié)，就燒結(jié)體中氣孔率低，密度高。由

23、于在較低溫度下燒結(jié)，就抑制了晶粒的生長，所得的燒結(jié)體晶粒較細(xì)，并具有較高抑制了晶粒的生長，所得的燒結(jié)體晶粒較細(xì)，并具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。熱壓燒結(jié)廣泛地用于在普通無壓條件下難致的機(jī)械強(qiáng)度。熱壓燒結(jié)廣泛地用于在普通無壓條件下難致密化的材料的制備及納米陶瓷的制備。密化的材料的制備及納米陶瓷的制備。例例： 納米納米ZrOZrO2 2（3Y3Y）粉體采用溶膠）粉體采用溶膠- -凝膠法制備，經(jīng)凝膠法制備，經(jīng)550550溫度煅燒溫度煅燒2h2h，獲得粒徑約，獲得粒徑約40nm40nm的的ZrOZrO= =（3Y3Y）粉體。）粉體。將粉體置于氧化鋁磨具中，加載將粉體置于氧化鋁磨具中，加載23MPa23MPa的外

24、壓后，以的外壓后，以20/min20/min的速度升溫到的速度升溫到13001300，保溫，保溫1h1h后以后以10/min10/min的速的速度降至室溫，獲得的致密的納米度降至室溫，獲得的致密的納米Y-TZPY-TZP陶瓷，晶粒尺寸約陶瓷，晶粒尺寸約為為90nm90nm。 材料合成與制備材料合成與制備26 在現(xiàn)代材料工業(yè)中，用粉體原料燒結(jié)成型的產(chǎn)業(yè)有兩在現(xiàn)代材料工業(yè)中，用粉體原料燒結(jié)成型的產(chǎn)業(yè)有兩類，一個是粉末冶金產(chǎn)業(yè)，一個是特種陶瓷產(chǎn)業(yè)。類，一個是粉末冶金產(chǎn)業(yè)，一個是特種陶瓷產(chǎn)業(yè)。 所使用的燒結(jié)工藝方法主要有兩種，一種是冷壓成型所使用的燒結(jié)工藝方法主要有兩種，一種是冷壓成型然后燒結(jié)：另一種

25、是熱壓燒結(jié)。然后燒結(jié)：另一種是熱壓燒結(jié)。 實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明，采用真空熱壓燒結(jié)可以使產(chǎn)品無氧化、低，采用真空熱壓燒結(jié)可以使產(chǎn)品無氧化、低孔隙、少雜質(zhì)、提高合金化程度，從而提高產(chǎn)品的綜合性孔隙、少雜質(zhì)、提高合金化程度，從而提高產(chǎn)品的綜合性能能 材料合成與制備材料合成與制備277.3熱壓燒結(jié)工藝熱壓燒結(jié)工藝7.3.1 熱壓燒結(jié)生產(chǎn)工藝種類熱壓燒結(jié)生產(chǎn)工藝種類真空熱壓真空熱壓 氣氛熱壓氣氛熱壓震動熱壓震動熱壓均衡熱壓均衡熱壓熱等靜壓熱等靜壓反應(yīng)熱壓反應(yīng)熱壓超高壓燒結(jié)超高壓燒結(jié) 材料合成與制備材料合成與制備28真空和氣氛熱壓真空和氣氛熱壓1 對于空氣中很難燒結(jié)的制品對于空氣中很難燒結(jié)的制品( (如透光體

26、或非氧化物如透光體或非氧化物) )，為防止其氧化等，研究了氣氛燒結(jié)方法。即在爐膛內(nèi)通為防止其氧化等，研究了氣氛燒結(jié)方法。即在爐膛內(nèi)通入一定氣體，形成所要求的氣氛，在此氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。入一定氣體，形成所要求的氣氛，在此氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。而真空熱壓則是將爐膛內(nèi)抽成真空。而真空熱壓則是將爐膛內(nèi)抽成真空。 先進(jìn)陶瓷中引人注目的先進(jìn)陶瓷中引人注目的SiSi3 3N N4 4、SiCSiC等非氧化物，由等非氧化物，由于在高溫下易被氧化，因而在氮及惰性氣體中進(jìn)行燒結(jié)。于在高溫下易被氧化，因而在氮及惰性氣體中進(jìn)行燒結(jié)。對于在常壓下易于氣化的材料，可使其在稍高壓力下燒對于在常壓下易于氣化的材料，可使其在稍高壓力下

27、燒結(jié)。結(jié)。 材料合成與制備材料合成與制備292熱等靜壓法熱等靜壓法(hot isostatic pressing)熱等靜壓熱等靜壓 是指對裝于包套之中的松散粉末加熱的同時是指對裝于包套之中的松散粉末加熱的同時對其施加各向同性的等靜壓力的燒結(jié)過程。對其施加各向同性的等靜壓力的燒結(jié)過程。 熱等靜壓的壓力傳遞介質(zhì)為熱等靜壓的壓力傳遞介質(zhì)為惰性氣體惰性氣體。熱等靜壓工藝。熱等靜壓工藝是將粉末壓坯或裝入包套的粉料故人高壓容器中，使是將粉末壓坯或裝入包套的粉料故人高壓容器中，使粉料經(jīng)受高溫和均衡壓力的作用，被燒結(jié)成致密件。粉料經(jīng)受高溫和均衡壓力的作用，被燒結(jié)成致密件。 材料合成與制備材料合成與制備30 熱

28、等靜壓強(qiáng)化了壓制和饒結(jié)過程降低燒結(jié)溫度，消熱等靜壓強(qiáng)化了壓制和饒結(jié)過程降低燒結(jié)溫度，消除空隙，避免晶粒長大，可獲得高的密度和強(qiáng)度。同熱除空隙，避免晶粒長大，可獲得高的密度和強(qiáng)度。同熱壓法比較，熱等靜壓溫度低，制品密度提高。壓法比較，熱等靜壓溫度低，制品密度提高。 材料合成與制備材料合成與制備313反應(yīng)熱壓燒結(jié)反應(yīng)熱壓燒結(jié) 這是針對高溫下在粉料中可能發(fā)生的某種化學(xué)反應(yīng)過這是針對高溫下在粉料中可能發(fā)生的某種化學(xué)反應(yīng)過程。因勢利導(dǎo)，加以利用的一種熱壓燒結(jié)工藝。也就是指程。因勢利導(dǎo)，加以利用的一種熱壓燒結(jié)工藝。也就是指在燒結(jié)傳質(zhì)過程中，除利用表面自由能下降和機(jī)械作用力在燒結(jié)傳質(zhì)過程中，除利用表面自由能

29、下降和機(jī)械作用力推動外，再加上一種化學(xué)反應(yīng)能作為推動力或激活能。以推動外，再加上一種化學(xué)反應(yīng)能作為推動力或激活能。以降低燒結(jié)溫度，亦即降低了燒結(jié)難度以獲得致密陶瓷。降低燒結(jié)溫度，亦即降低了燒結(jié)難度以獲得致密陶瓷。 材料合成與制備材料合成與制備32 從化學(xué)反應(yīng)的角度看，可分為相變熱壓燒結(jié)、分解從化學(xué)反應(yīng)的角度看，可分為相變熱壓燒結(jié)、分解熱壓燒結(jié)，以及分解合成熱壓燒結(jié)三種類型。從能量及熱壓燒結(jié)，以及分解合成熱壓燒結(jié)三種類型。從能量及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的過程看，在多晶轉(zhuǎn)變或煅燒分解過程中，通結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的過程看，在多晶轉(zhuǎn)變或煅燒分解過程中，通常都有明顯的熱效應(yīng)，質(zhì)點(diǎn)都處于一種高能、介穩(wěn)和接常都有明顯的熱效應(yīng)，質(zhì)點(diǎn)

30、都處于一種高能、介穩(wěn)和接收調(diào)整的超可塑狀態(tài)。此時，促使質(zhì)點(diǎn)足夠的機(jī)械應(yīng)力，收調(diào)整的超可塑狀態(tài)。此時，促使質(zhì)點(diǎn)足夠的機(jī)械應(yīng)力，以誘導(dǎo)、觸發(fā)、促進(jìn)其轉(zhuǎn)變，質(zhì)點(diǎn)便可能順利地從一種以誘導(dǎo)、觸發(fā)、促進(jìn)其轉(zhuǎn)變，質(zhì)點(diǎn)便可能順利地從一種高能介穩(wěn)狀態(tài)，轉(zhuǎn)變到另一種低能穩(wěn)定狀態(tài)，可降低工高能介穩(wěn)狀態(tài)，轉(zhuǎn)變到另一種低能穩(wěn)定狀態(tài)，可降低工藝難度、完成陶瓷的致密燒結(jié)。其特點(diǎn)是藝難度、完成陶瓷的致密燒結(jié)。其特點(diǎn)是熱能、機(jī)械能、熱能、機(jī)械能、化學(xué)能化學(xué)能三者缺一不可，緊密配合促使轉(zhuǎn)變完成。三者缺一不可，緊密配合促使轉(zhuǎn)變完成。 材料合成與制備材料合成與制備337.3.2 熱壓燒結(jié)生產(chǎn)設(shè)備熱壓燒結(jié)生產(chǎn)設(shè)備 熱壓機(jī)的結(jié)構(gòu)是按加熱

31、和加壓方法所采用的氣氛熱壓機(jī)的結(jié)構(gòu)是按加熱和加壓方法所采用的氣氛以及其他因素來劃分的。以及其他因素來劃分的。在熱壓過程中通常利用電加熱。最普通的方法有：在熱壓過程中通常利用電加熱。最普通的方法有：對壓模或燒成料通電直接加熱；對壓?；驘闪贤娭苯蛹訜幔粚耗７旁陔姞t中對其進(jìn)行間模加熱；將壓模放在電爐中對其進(jìn)行間模加熱；對導(dǎo)電壓模進(jìn)行直接感應(yīng)加熱；對導(dǎo)電壓模進(jìn)行直接感應(yīng)加熱；把非導(dǎo)電壓模放在導(dǎo)電管中進(jìn)行感應(yīng)加熱把非導(dǎo)電壓模放在導(dǎo)電管中進(jìn)行感應(yīng)加熱 材料合成與制備材料合成與制備34圖圖7.6 7.6 各種加熱方式熱壓示意圖各種加熱方式熱壓示意圖a-a-在電阻爐中間接加熱；在電阻爐中間接加熱；b-b

32、-陽模直接通電流加熱；陽模直接通電流加熱；c-c-陰模通電直接加熱；陰模通電直接加熱；d-d-導(dǎo)電（石墨）陰模感導(dǎo)電（石墨）陰模感應(yīng)加熱；應(yīng)加熱；e-e-粉料在不導(dǎo)粉料在不導(dǎo)電（陶瓷）壓模中感應(yīng)電（陶瓷）壓模中感應(yīng)加熱加熱1-1-加熱裝置；加熱裝置；2-2-陰模；陰模；3-3-制品；制品；4 4、5-5-陽模；陽模；6-6-絕緣；絕緣；7 7、8-8-石墨的或銅石墨的或銅的（水冷）導(dǎo)體此外，的（水冷）導(dǎo)體此外，也可以采用超聲波先進(jìn)也可以采用超聲波先進(jìn)技術(shù)技術(shù)( (見圖見圖8.78.7）。）。 材料合成與制備材料合成與制備35表表7-67-6列出了單相加壓的熱壓模具材料列出了單相加壓的熱壓模具材

33、料7 材料合成與制備材料合成與制備367.3.3熱壓燒結(jié)的過程、工藝參數(shù)及控制過程熱壓燒結(jié)的過程、工藝參數(shù)及控制過程工藝制度工藝制度影響熱壓燒結(jié)的因素影響熱壓燒結(jié)的因素12 材料合成與制備材料合成與制備37工藝制度工藝制度1工藝制度主要包括下述四個方面：工藝制度主要包括下述四個方面：u 最高燒結(jié)溫度最高燒結(jié)溫度u 保溫時間保溫時間u 降溫方式降溫方式u 氣氛的控制氣氛的控制 這些制度的確定除和原料成分，加工粉碎情況，成型這些制度的確定除和原料成分，加工粉碎情況，成型式，化學(xué)反應(yīng)過程等有關(guān)外，還與熱壓爐結(jié)構(gòu)，加熱型式，化學(xué)反應(yīng)過程等有關(guān)外，還與熱壓爐結(jié)構(gòu)，加熱型裝爐方式等都有關(guān)系。裝爐方式等都有

34、關(guān)系。 材料合成與制備材料合成與制備38（1 1）升溫過程）升溫過程 從室溫升至最高燒結(jié)溫度的這段時間，叫做從室溫升至最高燒結(jié)溫度的這段時間，叫做升溫期升溫期。 在滿足產(chǎn)品性能要求的情況下，升溫速度應(yīng)該盡可能快在滿足產(chǎn)品性能要求的情況下，升溫速度應(yīng)該盡可能快些。在這一時期必須考慮下列幾個問題。些。在這一時期必須考慮下列幾個問題。 從燒結(jié)過程考慮，對下述幾種情況應(yīng)有足夠的重視：從燒結(jié)過程考慮，對下述幾種情況應(yīng)有足夠的重視： (a)(a)如坯體中有氣體析出時，升溫速度要慢。例如吸附如坯體中有氣體析出時，升溫速度要慢。例如吸附水的揮發(fā)，有機(jī)粘合劑的燃燒，這都將在低溫區(qū)完成，故水的揮發(fā)，有機(jī)粘合劑的燃

35、燒，這都將在低溫區(qū)完成，故直至直至400400500500之前，升溫速度不宜過快。此外，結(jié)晶水之前，升溫速度不宜過快。此外，結(jié)晶水的釋放，鹽酸后氫氧化物的分解，都有不同程度的氣體析的釋放，鹽酸后氫氧化物的分解，都有不同程度的氣體析出。這時的升溫速度也要放慢，具體的溫度，可在有關(guān)的出。這時的升溫速度也要放慢，具體的溫度，可在有關(guān)的差熱分析和失重?cái)?shù)據(jù)中找到。差熱分析和失重?cái)?shù)據(jù)中找到。 材料合成與制備材料合成與制備39(b)(b)坯體成分中存在多晶轉(zhuǎn)變時，應(yīng)密切注意。如系數(shù)熱坯體成分中存在多晶轉(zhuǎn)變時，應(yīng)密切注意。如系數(shù)熱反應(yīng)，則應(yīng)減緩供熱，以免出現(xiàn)熱突變，加劇體效應(yīng)而引反應(yīng)，則應(yīng)減緩供熱，以免出現(xiàn)熱

36、突變，加劇體效應(yīng)而引起工作開裂；如系吸熱反應(yīng)，則可適當(dāng)加強(qiáng)供熱，并注意起工作開裂；如系吸熱反應(yīng)，則可適當(dāng)加強(qiáng)供熱，并注意其溫度不一定上升，待轉(zhuǎn)變完后則應(yīng)減緩供熱，勿使升溫其溫度不一定上升，待轉(zhuǎn)變完后則應(yīng)減緩供熱，勿使升溫過快過快. .。相變溫度亦可在綜合熱分析數(shù)據(jù)中找到。相變溫度亦可在綜合熱分析數(shù)據(jù)中找到。(c)(c)有液相出現(xiàn)時升溫要謹(jǐn)慎。由于液相具有濕潤性，可有液相出現(xiàn)時升溫要謹(jǐn)慎。由于液相具有濕潤性，可在加強(qiáng)粉粒之間的接觸，有利于熱的傳遞和減緩溫度梯度，在加強(qiáng)粉粒之間的接觸，有利于熱的傳遞和減緩溫度梯度，且由于液相的無定形性，可以緩沖相變的定向漲縮，有利且由于液相的無定形性，可以緩沖相變

37、的定向漲縮，有利于提高升溫速度。但如升溫過猛，局部液相過多，由于來于提高升溫速度。但如升溫過猛，局部液相過多，由于來不及將固相溶入其中而使粘度加大時，則有可能由于自重不及將固相溶入其中而使粘度加大時，則有可能由于自重后內(nèi)應(yīng)力的作用而使瓷件變形、坍塌，故升溫速度又不能后內(nèi)應(yīng)力的作用而使瓷件變形、坍塌，故升溫速度又不能太快。特別是當(dāng)液相由低共溶方式提供時，溫度稍許升高太快。特別是當(dāng)液相由低共溶方式提供時，溫度稍許升高將使液相含量大為增加，或濕度顯著下降。只有當(dāng)固相物將使液相含量大為增加，或濕度顯著下降。只有當(dāng)固相物質(zhì)逐步溶入或新的化合物形成，使粘度上升或消耗液相時，質(zhì)逐步溶入或新的化合物形成，使粘

38、度上升或消耗液相時，才能繼續(xù)升溫。才能繼續(xù)升溫。 材料合成與制備材料合成與制備40(d)(d)此外，不同電子陶瓷還可能有其特殊的升溫方式，如此外，不同電子陶瓷還可能有其特殊的升溫方式，如中間保溫、突躍升溫等。中間保溫、突躍升溫等。BaTiOBaTiO3 3或或PbTiOPbTiO3 3為基本成分的正為基本成分的正溫度系數(shù)熱敏電阻瓷即為一例。如果在溫度系數(shù)熱敏電阻瓷即為一例。如果在700700800800，突躍，突躍升溫至升溫至1100110012001200，往往可以獲得優(yōu)異的阻，往往可以獲得優(yōu)異的阻溫特性。溫特性。 材料合成與制備材料合成與制備41（2 2）最高燒結(jié)溫度與保溫時間）最高燒結(jié)溫

39、度與保溫時間 最高燒結(jié)溫度與保溫時間兩者之間有一定的相互制約最高燒結(jié)溫度與保溫時間兩者之間有一定的相互制約特性，可以一定程度地相互補(bǔ)償。通常最高燒結(jié)溫度與保特性，可以一定程度地相互補(bǔ)償。通常最高燒結(jié)溫度與保溫時間之間是可以相互調(diào)節(jié)的，以達(dá)到一次晶粒發(fā)展成熟，溫時間之間是可以相互調(diào)節(jié)的，以達(dá)到一次晶粒發(fā)展成熟，晶界明顯、交角近晶界明顯、交角近120120，沒有過分二次晶粒長大，收縮，沒有過分二次晶粒長大，收縮均勻、氣孔小，燒結(jié)件緊致而又耗能量少為目的。均勻、氣孔小，燒結(jié)件緊致而又耗能量少為目的。（a a）最高燒結(jié)溫度的確定）最高燒結(jié)溫度的確定 在生產(chǎn)或研究工作中，某一具體瓷料最高燒結(jié)溫度的確定，

40、在生產(chǎn)或研究工作中，某一具體瓷料最高燒結(jié)溫度的確定，當(dāng)然可在其有段相圖中找到有關(guān)的數(shù)值，但這只能作為參考。當(dāng)然可在其有段相圖中找到有關(guān)的數(shù)值，但這只能作為參考。更主要的還是要靠綜合熱分析等具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來決定。因?yàn)椋饕倪€是要靠綜合熱分析等具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來決定。因?yàn)?，在相圖總所反應(yīng)的往往只是主要成分而不是所有成分，而且粉在相圖總所反應(yīng)的往往只是主要成分而不是所有成分，而且粉粒的粗細(xì)與配比，成型壓力與坯密度，添加劑的類型與用量，粒的粗細(xì)與配比，成型壓力與坯密度，添加劑的類型與用量，其分布與混合情況等，都與最高燒結(jié)溫度密切相關(guān)，這些在相其分布與混合情況等，都與最高燒結(jié)溫度密切相關(guān)，這些在相圖中是無

41、法全面反映的。圖中是無法全面反映的。 材料合成與制備材料合成與制備42（b b）最高燒結(jié)溫度與保溫時間的關(guān)系）最高燒結(jié)溫度與保溫時間的關(guān)系 對于絕大多數(shù)先進(jìn)的陶瓷，在燒結(jié)后期的再結(jié)晶過程，對于絕大多數(shù)先進(jìn)的陶瓷，在燒結(jié)后期的再結(jié)晶過程，主要都受制于擴(kuò)散傳質(zhì)結(jié)構(gòu)，對于一般小型先進(jìn)陶瓷件，主要都受制于擴(kuò)散傳質(zhì)結(jié)構(gòu)，對于一般小型先進(jìn)陶瓷件，以及一般燒成溫區(qū)較寬的瓷件，可先定下保溫時間（以及一般燒成溫區(qū)較寬的瓷件，可先定下保溫時間（1313或更長）再選定最高燒結(jié)溫度，因?yàn)楸貢r間過短，則不或更長）再選定最高燒結(jié)溫度，因?yàn)楸貢r間過短，則不易準(zhǔn)確控制，難使溫度均勻。保溫時間過長使晶粒長大，易準(zhǔn)確控制，難

42、使溫度均勻。保溫時間過長使晶粒長大，又將浪費(fèi)熱能。不過對于燒成溫區(qū)特別窄的瓷料，則寧可又將浪費(fèi)熱能。不過對于燒成溫區(qū)特別窄的瓷料，則寧可最高燒結(jié)溫度選的低一些，保溫時間選的長些，以免溫度最高燒結(jié)溫度選的低一些，保溫時間選的長些，以免溫度的偶然上偏出現(xiàn)過燒廢品。的偶然上偏出現(xiàn)過燒廢品。 材料合成與制備材料合成與制備43（c c）粉料粒度與最高燒結(jié)溫度的關(guān)系）粉料粒度與最高燒結(jié)溫度的關(guān)系 一般來說，粉料粒度越細(xì)活性愈高，越容易燒結(jié)，一般來說，粉料粒度越細(xì)活性愈高，越容易燒結(jié)，這對燒結(jié)初期來說是顯而易見的，但并不見得細(xì)粒工這對燒結(jié)初期來說是顯而易見的，但并不見得細(xì)粒工件的最終密度，就必須比粗粒工具的

43、大，這還得看燒件的最終密度，就必須比粗粒工具的大，這還得看燒結(jié)溫度喝保溫時間是怎樣安排的，粗粒坯體必須要高結(jié)溫度喝保溫時間是怎樣安排的，粗粒坯體必須要高溫?zé)Y(jié)，細(xì)粒坯體必須采用較低的溫度，才能獲得致溫?zé)Y(jié)，細(xì)粒坯體必須采用較低的溫度，才能獲得致密陶瓷。密陶瓷。 材料合成與制備材料合成與制備44（3 3）降溫方式）降溫方式所謂降溫方式，是指瓷件燒好后的冷卻速度及其有所謂降溫方式，是指瓷件燒好后的冷卻速度及其有關(guān)溫度。關(guān)溫度。一般采用隨爐冷卻。一般采用隨爐冷卻。 材料合成與制備材料合成與制備452影響熱壓燒結(jié)的因素影響熱壓燒結(jié)的因素 燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度、時間時間和和物料粒度物料粒度是三個直接影響熱壓

44、燒結(jié)是三個直接影響熱壓燒結(jié)的因素。因?yàn)殡S著溫度升高，物料蒸汽壓增高，擴(kuò)散系數(shù)的因素。因?yàn)殡S著溫度升高，物料蒸汽壓增高，擴(kuò)散系數(shù)增大，黏度降低，從而促進(jìn)了蒸發(fā)增大，黏度降低，從而促進(jìn)了蒸發(fā)- -凝聚，離子和空位擴(kuò)凝聚，離子和空位擴(kuò)散以及顆粒重排和粘性塑性流動過程，使燒結(jié)加速。這對散以及顆粒重排和粘性塑性流動過程，使燒結(jié)加速。這對于黏性流動和溶解于黏性流動和溶解- -沉淀過程的燒結(jié)影響尤為明顯。延長沉淀過程的燒結(jié)影響尤為明顯。延長燒結(jié)時間一般都會不同程度地促進(jìn)燒結(jié)，但對黏性流動機(jī)燒結(jié)時間一般都會不同程度地促進(jìn)燒結(jié)，但對黏性流動機(jī)理的燒結(jié)較為明顯，而對體積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散機(jī)理影響較理的燒結(jié)較為明顯，而

45、對體積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散機(jī)理影響較小。小。 材料合成與制備材料合成與制備46 然而在燒結(jié)后期，不合理地延長燒結(jié)時間，有時會然而在燒結(jié)后期，不合理地延長燒結(jié)時間，有時會加劇二次再結(jié)晶作用，反而得不到充分致密的制品。減小加劇二次再結(jié)晶作用，反而得不到充分致密的制品。減小物料顆粒度則總表面能增大因而會有效加速燒結(jié)。但，在物料顆粒度則總表面能增大因而會有效加速燒結(jié)。但，在實(shí)際燒結(jié)過程中，除了上述這些直接因素外，尚有許多間實(shí)際燒結(jié)過程中，除了上述這些直接因素外，尚有許多間接因素。例如通過控制物料的晶體結(jié)構(gòu)、晶界、粒界、顆接因素。例如通過控制物料的晶體結(jié)構(gòu)、晶界、粒界、顆粒堆積狀況和燒結(jié)氣氛以及引入微量添加物

46、等，以改變燒粒堆積狀況和燒結(jié)氣氛以及引入微量添加物等，以改變燒結(jié)條件和物料活性，同樣可以有效地影響燒結(jié)速度。結(jié)條件和物料活性，同樣可以有效地影響燒結(jié)速度。 材料合成與制備材料合成與制備47（1 1）溫度和保溫時間的影響）溫度和保溫時間的影響 溫度和保溫時間是燒結(jié)的重要外因條件，提高燒結(jié)溫度溫度和保溫時間是燒結(jié)的重要外因條件，提高燒結(jié)溫度和延長保溫時間有利于燒結(jié)的進(jìn)行。燒結(jié)過程是隨著溫度和延長保溫時間有利于燒結(jié)的進(jìn)行。燒結(jié)過程是隨著溫度提高試樣的氣孔率降低，致密度和強(qiáng)度不斷提高的過程。提高試樣的氣孔率降低，致密度和強(qiáng)度不斷提高的過程。 在晶體中晶格能愈大，離子結(jié)合也愈牢固，離子的擴(kuò)散在晶體中晶格

47、能愈大，離子結(jié)合也愈牢固，離子的擴(kuò)散也愈困難，所需燒結(jié)溫度也就愈高。各種晶體鍵合情況不也愈困難，所需燒結(jié)溫度也就愈高。各種晶體鍵合情況不同，因此燒結(jié)溫度也相差很大，即使對同一種晶體燒結(jié)溫同，因此燒結(jié)溫度也相差很大，即使對同一種晶體燒結(jié)溫度也不是度也不是個固定不變的值。個固定不變的值。 提高燒結(jié)溫度無論對固相擴(kuò)散或?qū)θ芙馓岣邿Y(jié)溫度無論對固相擴(kuò)散或?qū)θ芙? -沉淀等傳質(zhì)都沉淀等傳質(zhì)都是有利的。但是單純提高燒結(jié)溫度不僅浪費(fèi)燃料，很不經(jīng)是有利的。但是單純提高燒結(jié)溫度不僅浪費(fèi)燃料，很不經(jīng)濟(jì)，而且還會促使二次結(jié)晶而使制品性能惡化。在有液相濟(jì)，而且還會促使二次結(jié)晶而使制品性能惡化。在有液相的燒結(jié)中，溫度過

48、高使液相量增加，粘度下降，使制品變的燒結(jié)中，溫度過高使液相量增加，粘度下降，使制品變形。因此不同制品的燒結(jié)溫度必須仔細(xì)試驗(yàn)來確定形。因此不同制品的燒結(jié)溫度必須仔細(xì)試驗(yàn)來確定。 材料合成與制備材料合成與制備48 由燒結(jié)機(jī)理可知，只有體積擴(kuò)散導(dǎo)致坯體致密化，表由燒結(jié)機(jī)理可知，只有體積擴(kuò)散導(dǎo)致坯體致密化，表面擴(kuò)散只能改變氣孔形狀而不能引起顆粒中心距的逼近，面擴(kuò)散只能改變氣孔形狀而不能引起顆粒中心距的逼近，因此不出現(xiàn)致密化過程，圖因此不出現(xiàn)致密化過程，圖7.107.10表示表面擴(kuò)散、體積擴(kuò)散表示表面擴(kuò)散、體積擴(kuò)散與溫度的關(guān)系。與溫度的關(guān)系。7 材料合成與制備材料合成與制備49 在燒結(jié)高溫階段主要以體積

49、擴(kuò)散為主，而在低溫階段在燒結(jié)高溫階段主要以體積擴(kuò)散為主，而在低溫階段以表面擴(kuò)散為主。如果材料的燒結(jié)在低溫時間較長，不僅以表面擴(kuò)散為主。如果材料的燒結(jié)在低溫時間較長，不僅不引起致密化反而會因表面改變了氣孔的形狀而給制品性不引起致密化反而會因表面改變了氣孔的形狀而給制品性能帶來了損害。因此從理論上分析應(yīng)盡可能快地從低溫升能帶來了損害。因此從理論上分析應(yīng)盡可能快地從低溫升到高溫以創(chuàng)造體積擴(kuò)散的條件。到高溫以創(chuàng)造體積擴(kuò)散的條件。 材料合成與制備材料合成與制備50 外壓對燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：生坯成型壓力外壓對燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：生坯成型壓力和燒結(jié)時的外加壓力（熱壓）。和燒結(jié)時的外加壓力（熱壓）。 從燒結(jié)和固相反應(yīng)機(jī)理容易理解，成型壓力增大，坯體從燒結(jié)和固相反應(yīng)機(jī)理容易理解，成型壓力增大，坯體中顆粒堆積就較緊密，接觸面積增大，燒結(jié)被加速。與此相中顆粒堆積就較緊密，接觸面積增大，燒結(jié)被加速。與此相比，熱壓的作用是更為重要的。比，熱壓的作用是更為重要的。 對熱壓燒結(jié)機(jī)理尚有不同看法，但從粘性、塑性流動機(jī)對熱壓燒結(jié)機(jī)理尚有不同看法，但從粘性、塑性流動機(jī)理出發(fā)是不難理解的。因燒結(jié)后期坯體中閉氣孔的氣體壓力理出發(fā)是不難理解的。因燒結(jié)后期坯體中閉氣孔的氣體壓力增大，抵消了表面張力的作用，此時，閉氣孔只能通過晶體增大，抵消了表面張力的作用，此時，閉氣孔只能通過晶體內(nèi)部擴(kuò)散來填充，而體積