《材料科學(xué)基礎(chǔ)》9燒結(jié)

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》9燒結(jié).燒結(jié)推動力是什么？它可憑哪些方式推動物質(zhì)的遷移，各適用于何種燒結(jié)機理?.燒結(jié)過程是怎樣產(chǎn)生的，各階段的特征是什么？.下列過程中哪一個能使燒結(jié)體強度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮？試說明之。（a）蒸發(fā)冷凝；（b）體積擴散；（c）粘性流動；（d）表面擴散；（e）溶解沉淀.某氧化物粉末的表面能是lOOOerg/cn?,燒結(jié)后晶界能是550erg/cm2今用粒徑為1pm的粉料（假定為立方體）壓成Icn?的壓塊進(jìn)行燒結(jié)，試計算燒結(jié)時的推動力。.試就（a）推動力來源；（b）推動力大?。唬╟）在陶瓷系統(tǒng)的重要性來區(qū)別初次再結(jié)晶，晶粒長大和二次再全結(jié)晶。.有人試圖用延長燒結(jié)時間來提高產(chǎn)品致密度，你以為此法是否可行，為什么了？.假如直徑為5Vm的氣封閉在表而張力為280達(dá)因/厘米的玻璃內(nèi)，氣孔內(nèi)氮氣壓力是0.8大氣壓，當(dāng)氣體壓力與表面張力產(chǎn)生的負(fù)壓平衡時，氣孔尺寸是多少？.在1500℃,MgO正常的晶粒長大期間.觀察到晶體在1小時內(nèi)從直徑從1pm長大到10建1,在此條件下，要得到直徑20pm的晶粒，需燒結(jié)多長時間？如已知晶界擴散活化能為60KCal/moL試計算在1600C下4小時后晶粒的大小，為抑制晶粒長大，加入少量雜質(zhì)，在1600℃下保溫4小時，晶粒大小又是多少？.假定NiCr2O4的表面能為600erg/cm2,由半徑0.5|im的NiO和Cr2O3粉末合成尖晶石。在1200C和1400C時Ni2+和cr3+離子的擴散系數(shù)分別為：用2+在NiO中Di473=lxl0-11；Di673=3xlO-locm2/s；C產(chǎn)在Cr2O3中D1473=7xl0-11；Di673=10-10cm2/s,求在1200C和1400C燒結(jié)時，開始1秒的線收縮率是多少？（假定擴散粒子的半徑為0.59?）.材料的許多性能如強度、光學(xué)性能等要求其晶粒尺寸微小且分布均勻，工藝上應(yīng)如何控制燒結(jié)過程以達(dá)到此目的？試分析二次再結(jié)晶過程對材料性能有何種效應(yīng)？.特種燒結(jié)和常規(guī)燒結(jié)有什么區(qū)別？試舉例說明。.（a）燒結(jié)MgO時加入少量FeO,在氫氣氛和氧分壓低時都不能促進(jìn)燒結(jié)，只有在氧分壓高的氣氛下才促進(jìn)燒結(jié)；（b）燒結(jié)AI2O3時，氫氣易促進(jìn)致密化而氮氣妨礙致密化。試分析其原因。.某磁性氧化物材料被認(rèn)為是遵循正常晶粒長大方程。當(dāng)顆粒尺寸增大超出巾m的平均尺寸時，則磁性和強度等性質(zhì)就變壞，未燒結(jié)前的原始顆粒大小為。燒結(jié)30分鐘使晶粒尺寸長大為原來的3倍。因大坯件翹曲，生產(chǎn)車間主任打算增加燒結(jié)時間。你想推薦的最長時間是多少？.解：燒結(jié)的推動力從廣義上講是化學(xué)位移梯度，具體的是系統(tǒng)的表面能主要以流動傳質(zhì)，擴散傳質(zhì)，氣象傳質(zhì)，溶解-沉淀方式推動物質(zhì)遷移。其中：固相燒結(jié)中傳質(zhì)機理：(1)流動傳質(zhì)(2)擴散傳質(zhì)(2)氣相傳質(zhì)液相燒結(jié)中的傳質(zhì)機理(1)流動傳質(zhì)(2)溶解-沉淀,解:燒結(jié)過程是經(jīng)過成型的固體粉狀顆粒在加熱到低于熔點溫度的溫度下，產(chǎn)生顆粒粘結(jié)；通過物質(zhì)傳遞，使成型題逐漸變成具有一定幾何形狀和性能的整體的過程。燒結(jié)初期：顆粒僅發(fā)生重排和鍵和，顆粒和空隙形狀變化很小，頸部相對變化x/r<0.3,線收縮率小于0.06o燒結(jié)中期:(1)燒結(jié)中期，頸部進(jìn)一步擴大，顆粒變形較大,氣孔由不規(guī)則的形狀逐漸變成由三個顆粒包圍的，近似圓柱形的氣孔，且氣孔是聯(lián)通的。(2)晶界開始移動，顆粒正常長大。與氣孔接觸的顆粒表面為空位源,質(zhì)點擴散以體積擴散和晶界擴散為主而擴散到氣孔表面，空位返鄉(xiāng)擴散而消失。(3)坯體氣孔率降為5%左右,收縮達(dá)90%o燒結(jié)末期：⑴進(jìn)入燒結(jié)末期，氣孔封閉，相互孤立，理想情況為四個顆粒包圍，近似球狀。(2)晶粒明顯長大，只有擴散機理是重要的，質(zhì)點通過晶界擴散和體積擴散,進(jìn)入晶界間近似球狀的氣孔中。(3)收縮率達(dá)90?100%,密度達(dá)理論值的95%以上。.解：a,d能使燒結(jié)體強度增大，而不會產(chǎn)生胚體宏觀上的收縮。應(yīng)為這兩種物質(zhì)傳遞僅涉及胚體表面形狀的變化，而并沒有涉及到胚體內(nèi)部氣孔體積的變化。這樣，陪體表面顆粒間接觸面積增大，粘附力增加，從而使燒結(jié)體強度增大，但不產(chǎn)生胚體宏觀上的收縮。.解：粉料立方體lmm=l()-4cmlcm3壓塊中有1/(10")3=]oi2個顆粒最初表面能=6*(10")2*io00erg/cm3*l()i2個/cm3=6*l()7erg/cm3最后晶界能=1/2*6*(IO”)2*550erg/cm3*1012^/cm3=1.65*107erg/cm3推動力D=6*107erg/cm3-1.65*l()7erg/cm3=5.35*107erg/cm35解初次再結(jié)晶晶粒長大二次再結(jié)晶推動力來源基質(zhì)塑性變形而儲存于基質(zhì)中的能量晶界過剩的界面能推動力大小小0.5?lcal/g較大很大在陶瓷系統(tǒng)中重要性影響不大關(guān)鍵盡量避免.解:延長燒結(jié)時間一般都為不同程度地促使燒結(jié)完成，但對粘性流動機理的燒結(jié)較為明顯,而對體積擴散和表面擴散機理影響較小。對體積擴散和表面擴散,低溫下以表面擴散為主,高溫下以體積擴散為主，而表面擴散并不改變?yōu)閴捏w的致密度，因此，可適當(dāng)延長高溫?zé)Y(jié)時間。另外，在燒結(jié)后期，不合理的延長燒結(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。.解:△P=g(l/n+l/r2)△P=0.8大氣壓g=280達(dá)因/厘米ri=5pm求r2.解:略.解：線收縮率：色』竺巨鼠4 ［亞KTJ—NiO=-CT2O31200c對NiO和Cr2O3粉末淇DI乙。/竺則可求出K1473,同理,可求出K1673,代入上式，即可求出乙。1式中g(shù)=600erg/cm2,6=0.59AT=1473K,1673K,r=0.5pm.解:(1)晶粒的大小取決于起始晶粒的大小，燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間(2)防止二次再結(jié)晶引起的晶粒異常長大.解：二次再結(jié)晶發(fā)生后，由于個別晶粒異常長大，氣孔進(jìn)入晶粒內(nèi)部，成為孤立閉氣孔,不易排除，使燒結(jié)速率降低甚至停止，胚體不再致密；加之大晶粒的晶界上有應(yīng)力存在,使其內(nèi)部易出現(xiàn)隱裂紋，繼續(xù)燒結(jié)時胚體易膨脹而開裂，使燒結(jié)體的機械，電學(xué)性能下降。.解：常規(guī)燒結(jié)過程主要是基于顆粒間的接觸與鍵合，以及在表面張力推動下物質(zhì)的傳遞過程。其總體的推動力由系統(tǒng)表面能提供。這就決定了其致密化是有一定限度的。常規(guī)條件下坯體密度很難達(dá)到理論密度值。對于特種燒結(jié)，它是為了適應(yīng)特種材料對性能的要求而產(chǎn)生的。這些燒結(jié)過程除了常規(guī)燒結(jié)中由系統(tǒng)表面能提供的驅(qū)動力之外，還由特殊工藝條件增加了系統(tǒng)燒結(jié)的驅(qū)動力,因此提高了坯體的燒結(jié)速率，大大增加了坯體的致密化程度。例如熱壓燒結(jié)，它是加壓成型與加壓燒結(jié)同時進(jìn)行的一種燒結(jié)工藝。由于同時加溫加壓，有利于粉末顆粒的接觸、擴散和流動等傳質(zhì)過程,降低了燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間，抑制了晶粒的長大。其容易獲得接近理論密度、氣孔率接近零的燒結(jié)體。.解：(1)對FeO,易形成負(fù)離子過剩型非化學(xué)計量化合物，其缺陷反應(yīng)式為:1.”乙1..或-c)2(g)。&+%+2”?乙另外，在MgO的燒結(jié)中是正離子起擴散起控制作用的燒結(jié)過程，因而氧氣氛和氧分壓較高是有利的。(2)燒結(jié)氧化鋁A12O3時，由于氫原子半徑很小,擴散系數(shù)較大，易于擴