功能陶瓷材料的烧结.ppt

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----烧结过程
概述
烧结机理
晶粒生长与二次再结晶
影响烧结的因素
汇报人姓名
汇报日期
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。
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，研制新型材料显得特别重要。
第一节 概 述
一、烧结定义及分类
1、烧结的定义
烧结——成型的粉末坯体，经加热收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体的过程。
烧结过程为物理过程。
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烧结质量的好坏。
2、烧结的分类
1）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。
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。
如：多组分物系在烧结温度下常有液相出现，< 45%
2）非常规烧结（特种烧结）
a、反应烧结 b、热压烧结 c、电火花烧结
d、等静压烧结 e、活化烧结 f、 微波烧结
二、与烧结有关的一些概念
1、烧结与烧成
烧成：包括多种物理、化学变化，如：脱水、坯体内气体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等，其包括范围较宽。
烧结：仅是粉料经加热而致密化的简单过程，是烧成过程的一个重要部分。
2、烧结与熔融
相同点：都是由原子热振动而引起的
不同点：熔融时-全部组元都转变为液相
烧结时-至少有一组元是处于固态
烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的。
泰曼指出，烧结温度Ts与其熔点Tm之间关系如下一般规律：
金属粉末Ts≈（－）Tm
无机盐类Ts≈ Tm
硅酸盐类Ts≈（－）Tm
3、烧结与固相反应
相同点：均在低于材料熔点或熔融温度之下进行的；
过程自始至终都至少有一相是固态
不同点：固相反应至少有两组元参加，并发生化学反应。
烧结只有单组元或两组元参加，且不发生化学反应。
三、烧结过程及推动力
（一）烧结过程
1、烧结温度对烧结体性质的影响
1）随 T↑，电阻率↓、强度↑，表明：
在颗粒空隙被填充之前(即气孔率显著下降以前)，颗粒接触处就已产生某种键合，使得电子可以沿着键合的地方传递，故电导率和强度增大
2）随 T 继续↑，物质开始向空隙传递，密度↑
2、烧结过程的示意图
粉状成型体的烧结过程示意图
烧结初期 b)烧结后期
铁粉烧结的SEM照片
烧结过程可以分为三个阶段：烧结初期、中期和后期。
烧结初期：坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小（即大气孔消失），固-气总表面积变化不大 。
烧结中期：传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。
烧结后期：传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密度达到95%以上，制品强度提高。
（二）烧结推动力
能量差（具体表现为：压力差、空位浓度差、溶解度差）
1、能量差
粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，即能量差是烧结的推动力，但较小。烧结不能自发进行，必须对粉料加以高温，才能促使粉末体转变为烧结体