超硬材料和硬质合金固体特征.ppt

烧结是指粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程。
物质迁移的过程
超硬材料和硬质合金固体特征
晶界：原始颗粒接触面发展形成
过程：在粉末颗粒的原始接触面，通过颗粒表面附近的原子扩散，由原来的机械嚙合转变为原子间的冶金结合,形成晶界。
超硬材料和硬质合金固体特征
前期的特征：形成连续的孔隙网络，孔隙表面光滑化；
后期的特征：孔隙进一步缩小，网络坍塌并且晶界发生迁移。
烧结颈的形成与长大
超硬材料和硬质合金固体特征
为什么会导致颗粒间的距离缩短？
原子的扩散，颗粒间的距离缩短
烧结颈间形成了微孔隙
微孔隙长大
聚合导致烧结颈间的孔隙结构坍塌
超硬材料和硬质合金固体特征
闭孔隙的形成和球化
孔隙管道被分隔成一系列的小孔隙，最后发展成孤立孔隙并球化；
处于晶界上的闭孔则有可能消失；
有的则因发生晶界与孔隙间的分离现象而成为晶内孔隙，并充分球化；
孔隙结构演化。
超硬材料和硬质合金固体特征
外场加入的强化烧结技术
快速烧结技术
1、电固结工艺
2、快速热等静压
3、微波烧结技术
4、激光烧结
5、等离子体烧结
6、电火花烧结
超硬材料和硬质合金固体特征
烧结热力学
超硬材料和硬质合金固体特征
烧结热力学：单元系
粉末颗粒处于化学平衡态；
粉末系统过剩自由能的降低是烧结进行的驱动力。
总界面积和总界面能的减小；
E=+。（主要）：As为自由表面积,Agb为晶界面积；晶时Agb=0，则为总表面能减小。
粉末颗粒晶格畸变和部分缺陷(如空位,位错等)的消除。
超硬材料和硬质合金固体特征
烧结驱动力则主要来自体系的自由能降低；
△G=△H-T△S；
△G≠0 且＜0；
自由能降低的数值远大于表面能的降低；
表面能的降低则属于辅助地位。
例如：颗粒尺寸10µm的粉末的界面能降低约为1-10J/mol；化学反应的自由能降低一般为100-1000J/mol,比前者大了两个数量级。而合金化也是一种特殊的化学反应。
烧结热力学：多元系
超硬材料和硬质合金固体特征
烧结驱动力
作用在烧结颈上的原动力；
烧结扩散驱动力；
蒸发-凝聚物质迁移动力—蒸汽压差；
烧结收缩应力（补）-宏观烧结应力。
超硬材料和硬质合金固体特征