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1、会计学1材料科学基础材料科学基础(jch)烧结烧结第一页，共69页。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。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(chn pn zh lin)(chn pn zh lin)，研
2、制新型材料显得特别重要。，研制新型材料显得特别重要。第一节第一节 概概 述述 第1页/共69页第二页，共69页。一、烧结定义及分类一、烧结定义及分类1 1、烧结的定义、烧结的定义烧烧结结成成型型(chngxng)(chngxng)的的粉粉末末坯坯体体，经经加加热热收收缩缩，在在低低于于熔熔点点温温度度下下变变成成致致密密、坚坚硬硬的的烧烧结结体的过程。体的过程。烧结过程为物理过程。烧结过程为物理过程。第2页/共69页第三页，共69页。通常用烧结收缩率、强度、相对密度、气通常用烧结收缩率、强度、相对密度、气孔率等物理指标来衡量物料孔率等物理指标来衡量物料(w lio)(w lio)烧结质烧结质量
3、的好坏。量的好坏。第3页/共69页第四页，共69页。2 2、烧结的分类、烧结的分类1 1）常规烧结（是否出现液相）常规烧结（是否出现液相）固相烧结：在烧结温度下基本上无液相出现的烧结。固相烧结：在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如：高纯氧化物之间的烧结过程液相烧结：有液相参与下的烧结。液相烧结：有液相参与下的烧结。如如：多多组组分分物物系系在在烧烧结结温温度度下下常常有有液液相相出出现，现，45%(yn wi)x ，有：，有：所以，作用在颈部的应力所以，作用在颈部的应力(yngl)(yngl)主要由主要由 产生，产生，是张应力是张应力(yngl)(yngl)应力应
4、力(yngl)(yngl)分布：分布：无应力区：球体内部无应力区：球体内部压应力区：两球接触的中心部位的压应力区：两球接触的中心部位的 2 2张应力区：颈部的张应力区：颈部的 2 2、颈部空位浓度分析颈部空位浓度分析1 1）无应力区（晶体内部）的空位浓度：）无应力区（晶体内部）的空位浓度：第21页/共69页第二十二页，共69页。2 2）应力区的空位）应力区的空位(kn wi)(kn wi)浓度：浓度：所以所以(suy)(suy)，在接触点或颈部区域形成一个空位所做的功为：，在接触点或颈部区域形成一个空位所做的功为：在不同在不同(b tn)(b tn)部位形成一个空位所作的功大小为：部位形成一个
5、空位所作的功大小为：则，压应力区空位浓度为：则，压应力区空位浓度为：张应力区空位浓度为：张应力区空位浓度为：受张应力时，形成体积为受张应力时，形成体积为空位所做的附加功为：空位所做的附加功为：受压应力时，形成体积为受压应力时，形成体积为空位所做的附加功为：空位所做的附加功为：第22页/共69页第二十三页，共69页。3 3）空位）空位(kn wi)(kn wi)浓度差浓度差颈表面颈表面(biomin)(biomin)与接触中心之间：与接触中心之间：颈表面颈表面(biomin)(biomin)与颗粒内部之间：与颗粒内部之间：讨论：讨论：a a）只有存在浓度差，才能使质点迁移）只有存在浓度差，才能使
6、质点迁移b b）c ct t c c0 0 c cn n ，表明：，表明：颈表面张应力区空位浓度大于晶体内部颈表面张应力区空位浓度大于晶体内部 受压应力的颗粒接触中心空位浓度最低受压应力的颗粒接触中心空位浓度最低c c）1 1c c 2 2c c，表明：表明：由晶界（接触点）向颈部扩散比晶体内部向颈部扩散由晶界（接触点）向颈部扩散比晶体内部向颈部扩散能力强。能力强。第23页/共69页第二十四页，共69页。3 3、扩散、扩散(kusn)(kusn)传传质途径质途径表面表面(biomin)(biomin)扩散、界面扩散、体积扩散扩散、界面扩散、体积扩散编号编号线路线路物质来源物质来源物质沉淀物质沉
7、淀难易程度难易程度难易程度难易程度1表面扩散表面扩散表面表面颈颈最容易最容易最容易最容易2晶格扩散晶格扩散表面表面颈颈较难较难较难较难3气相转移气相转移表面表面颈颈4晶界扩散晶界扩散晶界晶界颈颈容易容易容易容易5晶格扩散晶格扩散晶界晶界颈颈最难最难最难最难6晶格扩散晶格扩散位错位错颈颈第24页/共69页第二十五页，共69页。4 4、扩散传质、扩散传质(chun(chun zh)zh)过程过程扩散传质过程按烧结温度扩散传质过程按烧结温度(wnd)(wnd)及扩散进行的程度可分为：及扩散进行的程度可分为：烧结初期、中期烧结初期、中期(zhngq)(zhngq)、后期、后期（1 1）初期）初期特点：
8、特点：表面扩散作用较显著；坯体的气孔率大，收缩在表面扩散作用较显著；坯体的气孔率大，收缩在1 1左右左右在空位浓度差作用下，颈部生长速率与空位扩散速率有关：在空位浓度差作用下，颈部生长速率与空位扩散速率有关：扩散传质时，颗粒中心矩缩短，收缩率为：扩散传质时，颗粒中心矩缩短，收缩率为：扩散传质初期扩散传质初期动力学方程动力学方程推导细节见书本推导细节见书本第25页/共69页第二十六页，共69页。1 1）烧结）烧结(shoji)(shoji)时间时间t t从工艺角度考虑，在烧结从工艺角度考虑，在烧结(shoji)(shoji)时需要时需要控制的主要因素有：控制的主要因素有：2 2）颗粒）颗粒(kl
9、)(kl)半半径径r r大颗粒：大颗粒：很长很长t t也不能充分烧结，也不能充分烧结，x/r0.1x/r 凹面界面能凹面界面能 物质从凸界面向凹界面迁徙；物质从凸界面向凹界面迁徙；晶界向凸面曲率中心移动晶界向凸面曲率中心移动第42页/共69页第四十三页，共69页。2 2、晶界移动、晶界移动(ydng)(ydng)的速率的速率 晶粒生长速率晶粒生长速率小晶粒生长为大晶粒面积小晶粒生长为大晶粒面积(min j)(min j)，界面自由能，界面自由能。如如：晶晶粒粒尺尺寸寸由由1 1 m1cmm1cm，相相应应的的能能量量变变化化约约为为0.420.4221J/g21J/g晶粒长大的推动力：晶界过剩
10、晶粒长大的推动力：晶界过剩(gushng)(gushng)的界面能的界面能A A、B B晶粒之间由于曲率不同（正负、大小）而产生的压力差为：晶粒之间由于曲率不同（正负、大小）而产生的压力差为：由热力学可知，系统只做膨胀功时：由热力学可知，系统只做膨胀功时：当温度不变时：当温度不变时：第43页/共69页第四十四页，共69页。晶粒界面移动速率晶粒界面移动速率(sl)(sl)还与原子跃过晶粒界面的速率还与原子跃过晶粒界面的速率(sl)(sl)有有关：关：原子原子(yunz)(yunz)由由 A B A B 跳跃频率：跳跃频率：原子原子(yunz)(yunz)由由 B A B A 跳跃频率：跳跃频率：
11、则，粒界移动速率：则，粒界移动速率：温度愈高，曲率半径愈小，晶界向其曲率中心移动的速率愈快。温度愈高，曲率半径愈小，晶界向其曲率中心移动的速率愈快。原子振动频率v=E/h=kT/h=RT/Nh第44页/共69页第四十五页，共69页。第45页/共69页第四十六页，共69页。3 3、晶粒长大、晶粒长大(chn d)(chn d)的几的几何学原则何学原则（1 1）晶界上有界面能的作用；）晶界上有界面能的作用；（2 2）晶粒边界若都具有）晶粒边界若都具有(jyu)(jyu)基本相同的表面张力，则界面间交角成基本相同的表面张力，则界面间交角成 120120，晶粒呈正六边形；实际多晶体系中，晶粒间界面能不
12、等，晶界具有，晶粒呈正六边形；实际多晶体系中，晶粒间界面能不等，晶界具有(jyu)(jyu)一定曲率，表面张力将使晶界移向其曲率中心；即小于一定曲率，表面张力将使晶界移向其曲率中心；即小于 6 6条边的晶粒缩小（或消失），大于条边的晶粒缩小（或消失），大于 6 6条边的晶粒长大。条边的晶粒长大。（3 3）在晶界上的第二相夹杂物（杂质或气泡），如不形成液相，则将阻碍晶界移动。）在晶界上的第二相夹杂物（杂质或气泡），如不形成液相，则将阻碍晶界移动。第46页/共69页第四十七页，共69页。4 4、晶粒长大、晶粒长大(chn d)(chn d)平均平均速率速率晶粒长大晶粒长大(chn d)(chn d
13、)定律为：定律为：晶粒长大的平均晶粒长大的平均(pngjn)(pngjn)速率与晶粒的直径成反比。速率与晶粒的直径成反比。积分得：积分得：D D-时间时间 t t 时的晶粒直径；时的晶粒直径；D D0 0-时间时间 t=0 t=0 时的晶粒平均时的晶粒平均尺寸；尺寸；K K-与温度有关常数与温度有关常数当到达晶粒生长后期时当到达晶粒生长后期时：D DD D00则：则：D D K K t t1/21/2lgD lgD lgtlgt作图，得直线斜率为作图，得直线斜率为1/21/2第47页/共69页第四十八页，共69页。5 5、晶粒生长、晶粒生长(shngzhng)(shngzhng)影响因素影响因
14、素（1 1）夹杂物（杂质）夹杂物（杂质(zzh)(zzh)、气孔等）的阻碍作用、气孔等）的阻碍作用图图9-20 9-20 界界面面(jimin)(jimin)通通过过夹夹杂杂物时形状的变化物时形状的变化晶晶界界移移动动遇遇到到夹夹杂杂物物时时，晶晶界界为为了了通通过过夹夹杂杂物物，界界面面能能被被降降低低；通通过过障障碍碍后后，弥弥补补界界面面又又要要付付出出能能量量，使使界界面面前前进进的的能能量量减减弱弱，界界面面变变得得平平直直，晶晶粒生长逐渐停止。粒生长逐渐停止。第48页/共69页第四十九页，共69页。晶粒正常晶粒正常(zhngchng)(zhngchng)长大时，如果晶界受到第二相杂
15、质的阻碍，其移动可能出现三种情况：长大时，如果晶界受到第二相杂质的阻碍，其移动可能出现三种情况：1 1）晶界能量较小，晶界移动被杂质或气孔所阻挡，）晶界能量较小，晶界移动被杂质或气孔所阻挡，Vb=0Vb=0，晶粒正常长大停止。（烧结初期），晶粒正常长大停止。（烧结初期）2 2）晶界具有一定的能量，晶界带动杂质或气孔继续移动，）晶界具有一定的能量，晶界带动杂质或气孔继续移动，Vb=VPVb=VP。气孔利用晶界的快速通道进行聚集。气孔利用晶界的快速通道进行聚集(jj)(jj)和排除，坯体不断致密。和排除，坯体不断致密。第49页/共69页第五十页，共69页。因此，在烧结中晶界的移动因此，在烧结中晶界
16、的移动(ydng)(ydng)速率控制是十分重要的。速率控制是十分重要的。3 3）晶界能量大，晶界越过杂质或气孔，把气孔包裹在晶粒）晶界能量大，晶界越过杂质或气孔，把气孔包裹在晶粒内部，内部，Vb VPVb VP。气孔被包入晶体内不，再不能利用晶界这。气孔被包入晶体内不，再不能利用晶界这样的快速通道而排除样的快速通道而排除(pich)(pich)，只能通过体积扩散来排除，只能通过体积扩散来排除(pich)(pich)，是十分困难的，坯体很难致密化。，是十分困难的，坯体很难致密化。第50页/共69页第五十一页，共69页。（2 2）晶界上液相的影响）晶界上液相的影响(yngxing)(yngxin
17、g)晶界上少量晶界上少量(sholing)(sholing)液相，抑制晶粒长大液相，抑制晶粒长大如：如：9595Al2O3Al2O3中加入中加入(jir)(jir)少量石英、粘土。少量石英、粘土。但是当坯体中有大量液相：促进晶粒生长和出现二次再结晶但是当坯体中有大量液相：促进晶粒生长和出现二次再结晶（3 3）晶粒生长极限尺寸）晶粒生长极限尺寸d d：夹杂物或气孔的平均直径夹杂物或气孔的平均直径；f f：夹杂物或气孔的体积分数夹杂物或气孔的体积分数烧结初期：烧结初期：气孔小而多，气孔小而多，dd，ff，DDl l，DD0 0总大于总大于DDl l，晶粒不长大；，晶粒不长大；烧结中期：烧结中期：小
18、气孔聚集排除，小气孔聚集排除，d d ，f f ，DDl l，当，当DDl l D D0 0 时，晶粒开始均匀时，晶粒开始均匀长大；长大；烧结后期：烧结后期：一般假定在烧结后期，气孔的尺寸为晶粒初期的一般假定在烧结后期，气孔的尺寸为晶粒初期的1/101/10，则有，则有 f f d/Dd/Dl l=d/10d=d/10d 0.10.1，即烧结达到气孔的体积分数为，即烧结达到气孔的体积分数为1010时，晶粒长大就停止了。时，晶粒长大就停止了。晶粒正常生长过程中，由于夹杂物对晶界移动的牵制，晶粒正常生长过程中，由于夹杂物对晶界移动的牵制，使晶粒大小不能超过某一极限尺寸：使晶粒大小不能超过某一极限尺
19、寸：第51页/共69页第五十二页，共69页。三、二次再结晶三、二次再结晶2 2、推动力：表面、推动力：表面(biomin)(biomin)能能3 3、晶粒生长、晶粒生长(shngzhng)(shngzhng)与二次与二次再结晶的区别再结晶的区别晶粒生长晶粒生长晶粒生长晶粒生长二次再结晶二次再结晶二次再结晶二次再结晶晶粒尺寸均匀生长晶粒尺寸均匀生长晶粒尺寸均匀生长晶粒尺寸均匀生长个别晶粒异常长大个别晶粒异常长大个别晶粒异常长大个别晶粒异常长大界面处于平衡状态，无应力界面处于平衡状态，无应力界面处于平衡状态，无应力界面处于平衡状态，无应力大晶粒界面上有应力存在大晶粒界面上有应力存在大晶粒界面上有应
20、力存在大晶粒界面上有应力存在不存在晶体生长核心不存在晶体生长核心不存在晶体生长核心不存在晶体生长核心大晶粒是二次再结晶的核心大晶粒是二次再结晶的核心大晶粒是二次再结晶的核心大晶粒是二次再结晶的核心气孔都维持在晶界上或晶界交汇处气孔都维持在晶界上或晶界交汇处气孔都维持在晶界上或晶界交汇处气孔都维持在晶界上或晶界交汇处气孔被包裹在晶粒内部气孔被包裹在晶粒内部气孔被包裹在晶粒内部气孔被包裹在晶粒内部1 1、概念：指曲率半径较大的大晶粒在消耗细晶粒时，不断长大形成、概念：指曲率半径较大的大晶粒在消耗细晶粒时，不断长大形成少数少数(shosh)(shosh)巨大晶粒的过程。巨大晶粒的过程。第52页/共6
21、9页第五十三页，共69页。4 4、二次再结晶的影响、二次再结晶的影响(yngxing)(yngxing)因素因素（1 1）晶粒晶界数（原始）晶粒晶界数（原始(yunsh)(yunsh)颗粒的均匀度）颗粒的均匀度）原始颗粒原始颗粒(kl)(kl)尺寸均匀：尺寸均匀：原始颗粒尺寸不均匀：原始颗粒尺寸不均匀：晶粒均匀生长到极限尺寸停止，烧结体中晶界数为晶粒均匀生长到极限尺寸停止，烧结体中晶界数为3 38 8个个烧结体中有晶界数大于烧结体中有晶界数大于1010 的大晶粒，的大晶粒，结晶核心。结晶核心。大大晶晶粒粒直直径径d dg g 基基质质晶晶粒粒直直径径d dmm，长长大大驱动力随驱动力随dd而而
22、（2 2）起始物料颗粒的大小）起始物料颗粒的大小粗粗的的起起始始颗颗粒粒的的二二次次再再结结晶晶的的程程度要小，如右图所示。度要小，如右图所示。（3 3）工艺因素）工艺因素 原原始始粒粒度度不不均均匀匀、温温度度偏偏高高、烧烧结结速速率率太太快快、坯坯体体成成型型压压力力不不均均匀匀及及存在局部不均匀液相等。存在局部不均匀液相等。第53页/共69页第五十四页，共69页。5 5、控制、控制(kngzh)(kngzh)二次再结晶的方法二次再结晶的方法1 1）引入适当）引入适当(shdng)(shdng)的添加剂的添加剂添加剂能抑制晶界迁移，加速气孔的排除添加剂能抑制晶界迁移，加速气孔的排除(pic
23、h)(pich)。如：如：MgOMgO加入到加入到Al2O3Al2O3中中采用晶界迁移抑制剂时，晶粒生长公式为：采用晶界迁移抑制剂时，晶粒生长公式为：2 2）控制温度等，工艺因素）控制温度等，工艺因素6 6、二次再结晶的危害、二次再结晶的危害由由于于大大晶晶粒粒受受到到周周围围晶晶界界应应力力作作用用或或本本身身缺缺陷陷，使使晶晶粒粒内内出现隐裂纹，导致材料的性能恶化。出现隐裂纹，导致材料的性能恶化。但但是是，并并不不是是在在任任何何情情况况下下二二次次再再结结晶晶过过程程都都是是有有害害的的。例如可以使颗粒长大并取向，增加材料某些性能。例如可以使颗粒长大并取向，增加材料某些性能。第54页/共
24、69页第五十五页，共69页。四、晶界在烧结四、晶界在烧结(shoji)(shoji)中的作用中的作用晶界：在多晶体中不同晶界：在多晶体中不同(b tn)(b tn)晶粒之间的交界面，宽度约晶粒之间的交界面，宽度约260nm260nm晶界上原子排列疏松晶界上原子排列疏松(sh sn)(sh sn)混乱混乱1 1）晶界是气孔（空位源）通向烧结体外的主要扩散通道；）晶界是气孔（空位源）通向烧结体外的主要扩散通道；2 2）在离子晶体中，晶界是阴离子快速扩散的通道；）在离子晶体中，晶界是阴离子快速扩散的通道；3 3）晶界上溶质的偏聚可以延缓晶界的移动，加速坯体致密化；）晶界上溶质的偏聚可以延缓晶界的移动
25、，加速坯体致密化；4 4）晶界对扩散传质烧结过程是有利的。）晶界对扩散传质烧结过程是有利的。在在烧烧结结传传质质和和晶晶粒粒生生长长过过程程中中，晶晶界界对对坯坯体体致致密密化化起起着着十十分分重重要要的的作用：作用：第55页/共69页第五十六页，共69页。第四节第四节 影响烧结影响烧结(shoji)(shoji)的因素的因素一、烧结温度和时间一、烧结温度和时间(shjin)(shjin)的影响的影响 1 1、烧结、烧结(shoji)(shoji)温度温度2 2、烧结、烧结时间时间T T，P P蒸蒸，DD扩扩，促进烧结促进烧结温度过高：温度过高：1 1）浪费燃料，不经济；）浪费燃料，不经济；2
26、 2）促使二次再结晶，使制品性能恶化；）促使二次再结晶，使制品性能恶化；3 3）液相量增多，）液相量增多，急剧下降，使制品变形。急剧下降，使制品变形。延长延长t t，会不同程度的促进烧结的完成；会不同程度的促进烧结的完成；但但是是，在在烧烧结结后后期期，不不合合理理的的延延长长t t，会会加加剧剧二二次次再再结结晶晶的的作用，得不到致密的制品。作用，得不到致密的制品。第56页/共69页第五十七页，共69页。3 3、烧结、烧结(shoji)(shoji)温度与保温时间的关系温度与保温时间的关系烧结低温阶段：以表面扩散为主，只改变气孔形状，不致密烧结低温阶段：以表面扩散为主，只改变气孔形状，不致密
27、(zhm)(zhm)化化烧结高温阶段：以体积扩散为主，导致坯体致密烧结高温阶段：以体积扩散为主，导致坯体致密(zhm)(zhm)化化如如在在低低温温阶阶段段保保温温t t过过长长，不不仅仅不不引引起起致致密密(zhm)(zhm)化化，反反而而因因表表面面扩扩散散改改变变气气孔孔形形状状而而给给制制品品性性能能带带来来危危害。害。第57页/共69页第五十八页，共69页。例例如如：粒粒度度 r r 由由2 2 m m 0.50.5 m m，烧烧结结速速率率(sl)(sl)，6464倍倍 ，相相 当当 于于 烧烧 结结 温温 度度 降降 低低 了了150300150300。二、原始粉料粒度二、原始粉
28、料粒度(l d)(l d)的影响的影响 1 1、物料粒度、物料粒度 r r ，总表面能，则：，总表面能，则：1 1）烧结）烧结(shoji)(shoji)推动力推动力；2 2）原子扩散距离）原子扩散距离 ；3 3）液相中的溶解度）液相中的溶解度。使使烧烧结结过过程加速程加速2 2、物料原始粒径细且均匀，可防止二次再结、物料原始粒径细且均匀，可防止二次再结晶晶粉末最适宜粒度：粉末最适宜粒度：0.050.05 0.50.5 mm3 3、物料粒度不同，烧结机理不同、物料粒度不同，烧结机理不同粗颗粒粗颗粒 按体积扩散机理烧结按体积扩散机理烧结细颗粒细颗粒 按晶界扩散和表面扩散机理烧结按晶界扩散和表面扩
29、散机理烧结如：如：AlNAlN烧结烧结第58页/共69页第五十九页，共69页。一一般般说说来来对对于于给给定定的的物物料料有有着着一一个个最最适适宜宜的的热热分分解解温温度度。温温度度过过高高会会使使结结晶晶度度增增高高、粒粒径径变变大大、比比表表面面活活性性下下降降；温温度度过过低低则则可可能能因残留因残留(cnli)(cnli)有未分解的母盐而妨碍颗粒的紧密充填和烧结。有未分解的母盐而妨碍颗粒的紧密充填和烧结。1 1、煅烧、煅烧(dunsho)(dunsho)条件条件合理合理(hl)(hl)选择分解温度很重要选择分解温度很重要例如：例如：低温煅烧：低温煅烧：MgOMgO晶格常数大，结构缺陷
30、较多；晶格常数大，结构缺陷较多；煅烧温度高：煅烧温度高：MgOMgO结晶性较好，烧结温度相应提高才行。结晶性较好，烧结温度相应提高才行。实验表明：实验表明：900900煅烧的煅烧的MgOMgO的烧结活化能最小，活性较高。的烧结活化能最小，活性较高。三、物料活性的影响三、物料活性的影响 活活性性氧氧化化物物通通常常是是用用其其相相应应的的盐盐类类热热分分解解制制成成的的。实实践践表表明明，采采用用不不同形式的母盐以及热分解条件，对所得氧化物活性有着重影响。同形式的母盐以及热分解条件，对所得氧化物活性有着重影响。第59页/共69页第六十页，共69页。第60页/共69页第六十一页，共69页。2 2、
31、盐类的选择、盐类的选择(xunz)(xunz)盐的种类不同盐的种类不同(b tn)(b tn)，粉体的烧结性能不同，粉体的烧结性能不同(b tn)(b tn)生生成成的的MgOMgO粒粒度度小小，晶晶格格常常数数大大，微微晶晶较较小小，结结构构(jigu)(jigu)松松弛弛，则则活活性性大大，烧结性好，如草酸镁等；烧结性好，如草酸镁等；生成的生成的MgOMgO粒度大，结晶性较高，则烧结活性差，如硝酸镁等粒度大，结晶性较高，则烧结活性差，如硝酸镁等第61页/共69页第六十二页，共69页。当当添添加加物物能能与与烧烧结结物物形形成成固固溶溶体体时时，将将使使晶晶格格畸畸变变而而得得到到活活化化。
32、故故可可降降低低烧烧结结温温度度，使使扩扩散散和和烧烧结结速速度度(sd)(sd)增增大大，这这对对于于形形成成缺缺位位型型或或间间隙隙型固溶体尤为强烈。型固溶体尤为强烈。四、外加剂的作用四、外加剂的作用(zuyng)(zuyng)1 1、外加剂与烧结主体、外加剂与烧结主体(zht)(zht)形成固溶体形成固溶体例如：在例如：在AlAl2 2OO3 3烧结中，通常加入少量烧结中，通常加入少量CrCr2 2OO3 3或或TiOTiO2 2促进烧结促进烧结烧烧结结时时若若有有适适当当的的液液相相，往往往往会会大大大大促促进进颗颗粒粒重重排排和和传传质质过过程程。添加物能在较低温度下产生液相以促进烧
33、结。添加物能在较低温度下产生液相以促进烧结。2 2、外加剂与烧结主体形成液相、外加剂与烧结主体形成液相添加物本身熔点较低；添加物本身熔点较低；添加物与烧结物形成多元低共熔物。添加物与烧结物形成多元低共熔物。3 3、外加剂与烧结主体形成化合物、外加剂与烧结主体形成化合物 抑制晶粒长大抑制晶粒长大例如：在例如：在AlAl2 2OO3 3烧结中，加入烧结中，加入MgOMgO或或MgFMgF2 2，高温下，形成，高温下，形成MgAlMgAl2 2OO4 4（尖晶石）。（尖晶石）。外外加加剂剂与与烧烧结结物物成成形形成成的的新新的的化化合合物物包包裹裹于于表表面面，会会抑抑制制晶晶界界移移动动速率，防止
34、晶粒的异常长大，促使坯体致密化的进行。速率，防止晶粒的异常长大，促使坯体致密化的进行。第62页/共69页第六十三页，共69页。4 4、外加剂阻止、外加剂阻止(zzh)(zzh)晶型转变晶型转变有有些些氧氧化化物物在在烧烧结结时时发发生生晶晶型型转转变变并并伴伴有有较较大大体体积积效效应应，这这就就会会使使烧烧结结致致密密化化发发生生困困难难，并并容容易易引引起起(ynq)(ynq)坯坯体体开开裂裂；这这时时若若能能选选用用适适宜宜的掭加物加以抑制，即可促进烧结。的掭加物加以抑制，即可促进烧结。例如例如(lr)(lr)：在：在ZrO2ZrO2中加入中加入5 5的的CaOCaO。5 5、外加剂起扩
35、大烧结范围的作用、外加剂起扩大烧结范围的作用适当外加剂可扩大烧结温度范围适当外加剂可扩大烧结温度范围例如：例如：PbZrTiOPbZrTiO3 3材料的烧结温度范围只有材料的烧结温度范围只有20402040；加入适量加入适量LaLa2 2OO3 3和和NbNb2 2OO3 3后，烧结范围扩大至后，烧结范围扩大至80 80 如何选择外加剂，很复杂，靠实验决定！如何选择外加剂，很复杂，靠实验决定！第63页/共69页第六十四页，共69页。五、气氛五、气氛(qfn)(qfn)的影响的影响氧化氧化(ynghu)(ynghu)气氛气氛还原气氛还原气氛中性气氛中性气氛气氛气氛(qfn)(qfn)的影响与扩散
36、控制因素有关的影响与扩散控制因素有关1 1、物理作用、物理作用 2 2、化学作用、化学作用气孔中的气体在固体中的溶解和扩散过程气孔中的气体在固体中的溶解和扩散过程气孔中的气孔中的气体的原子气体的原子尺寸尺寸 ，DD扩扩，易烧结，如：，易烧结，如：HH2 2、HeHe等等尺寸尺寸 ，DD扩扩，阻碍烧结，如：，阻碍烧结，如：N N2 2、ArAr等等在由扩散控制的氧化物烧结中，气氛的影响与扩散控在由扩散控制的氧化物烧结中，气氛的影响与扩散控制因素有关。制因素有关。负离子扩散控制烧结：应负离子扩散控制烧结：应还原气氛还原气氛正离子扩散控制烧结：应正离子扩散控制烧结：应氧化气氛氧化气氛当样品中含有当样
37、品中含有PbPb、LiLi、BiBi等易挥发物质时，控制烧结气氛更重要。等易挥发物质时，控制烧结气氛更重要。第64页/共69页第六十五页，共69页。六、压力六、压力(yl)(yl)的影响的影响生坯成型压力：成形压力生坯成型压力：成形压力，坯体中颗粒，坯体中颗粒(kl)(kl)堆积紧密、接触面积堆积紧密、接触面积FF，烧结被加速；，烧结被加速；烧结时的外加压力烧结时的外加压力(热压热压)：热压：热压，利于，利于 烧结。烧结。不同烧结条件不同烧结条件(tiojin)(tiojin)下下MgOMgO的烧结致密度表的烧结致密度表第65页/共69页第六十六页，共69页。影响烧结因素除以上六点外，还有：影
38、响烧结因素除以上六点外，还有：生坯内粉料堆积程度、加热速度、保温时间、粉料粒度分布等。生坯内粉料堆积程度、加热速度、保温时间、粉料粒度分布等。因此，影响烧结的因素很多，且相互之间具有因此，影响烧结的因素很多，且相互之间具有(jyu)(jyu)复杂的关系。复杂的关系。如：氧化铝瓷坯性能与结构的影响就涉及很多工艺条件与烧结制度。如：氧化铝瓷坯性能与结构的影响就涉及很多工艺条件与烧结制度。第66页/共69页第六十七页，共69页。1.1.反应烧结反应烧结 2.2.活化活化(huhu)(huhu)烧结烧结 3.3.热压烧结热压烧结 4.4.等静压烧结等静压烧结 5.5.电火花烧结电火花烧结6.6.微波烧结微波烧结7.7.根据影响根据影响(yngxing)(yngxing)烧结的因素，烧结的因素，发展出了相应的特种烧结发展出了相应的特种烧结第67页/共69页第六十八页，共69页。祝同学们在今后(jnhu)的岁月里：身体健康！学业有成！生活幸福！谢谢(xi xie)同学们！第68页/共69页第六十九页，共69页。