第十章-固体烧结ppt课件.ppt

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1、固体烧结固体烧结材料物理化学材料物理化学固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 主要内容主要内容 1 1、烧结概念、推动力及模型、烧结概念、推动力及模型 2 2、固相烧结和液相烧结过程中的四种基本传、固相烧结和液相烧结过程中的四种基本传 质产生的原因、条件、特点和动力学方程质产生的原因、条件、特点和动力学方程 3 3、烧结过程中晶粒生长与二次再结晶

2、的控制、烧结过程中晶粒生长与二次再结晶的控制 4 4、影响烧结的因素。、影响烧结的因素。固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1-2f(G)固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.2.目的目的 粉状物料变成致密体。粉状物料变成致密体。陶瓷、耐火材料、粉沫冶金、超高温材料、现代陶瓷、耐火材料、粉沫冶金、超高温材料、现代无机材料无机材料 如：功能瓷：热、声、光、电、磁、生物特性。如：功能

3、瓷：热、声、光、电、磁、生物特性。 结构瓷：耐磨、弯曲、湿度、韧性结构瓷：耐磨、弯曲、湿度、韧性3.3.应用应用固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物u 烧结过程可以通过烧结过程可以通过控制晶界移动而抑制晶

4、粒的异常控制晶界移动而抑制晶粒的异常生长或通过控制表面扩散、晶界扩散和晶格扩散而生长或通过控制表面扩散、晶界扩散和晶格扩散而填充气孔填充气孔，用改变显微结构的方法使材料性能改善。，用改变显微结构的方法使材料性能改善。u 当配方、原料粒度、成型等工序完成以后，当配方、原料粒度、成型等工序完成以后，烧结烧结是是使材料获得预期的显微结构以使材料性能充分发挥使材料获得预期的显微结构以使材料性能充分发挥的关键工序。的关键工序。u 了解粉末烧结过程的了解粉末烧结过程的现象和机理现象和机理，了解烧结，了解烧结动力学动力学及及影响烧结因素影响烧结因素对控制和改进材料的性能有着十分对控制和改进材料的性能有着十分

5、重要的实际意义重要的实际意义固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5烧结所包含的主要物理过程：烧结所包含的主要物理过程： 坯体中有很多坯体中有很多 孔隙，气孔孔隙，气孔率达率达3560%，颗粒间点接触或，颗粒间点接触或没有接触（图没有接触（图10-1）；）； 随着温度升高，颗粒间接随着温度升高，颗粒间接触面积增大触面积增大颗粒聚集颗粒聚集颗粒颗粒中心靠近（图中心靠近（图10-1 a、b）；）； 逐渐形成晶界逐渐形成晶界气孔变形，气孔变形，晶粒变形晶粒变形气孔收缩，坯体收气孔收缩，坯体收缩，

6、气体排除；缩，气体排除； 连通气孔连通气孔孤立的封闭气孔，孤立的封闭气孔，并缩小，直至绝大部分气体被并缩小，直至绝大部分气体被排除排除。 bac无气孔的多晶体图10-1 烧结现象示意图固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物性质温度气孔率密度电阻晶粒尺寸强度固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.衡量烧结程度的几个指标衡量烧结程度的几个指标（1）用坯体的收缩率）用坯体的收缩率L/L表示

7、；表示；（2）用坯体的气孔率（气孔体积）用坯体的气孔率（气孔体积/总体积）表示；总体积）表示；（3）用坯体的）用坯体的相对密度相对密度（实际密度实际密度/理论密度）理论密度）表示，表示，相对密度相对密度1，表明烧结好；，表明烧结好； 近年来，关于烧结的概念又有进一步认识，强调粉末颗粒表面近年来，关于烧结的概念又有进一步认识，强调粉末颗粒表面的粘结和粉末内部物质的传递和迁移。的粘结和粉末内部物质的传递和迁移。8.烧结的分类烧结的分类（1）从参加烧结的物质状态分：）从参加烧结的物质状态分：固相烧结与液相烧结；固相烧结与液相烧结；（2）从参加烧结的物质有无化学反应发生分：）从参加烧结的物质有无化学反

8、应发生分：物理烧结物理烧结（烧结过程可能伴随着化学反应，但烧结不依赖于这些反（烧结过程可能伴随着化学反应，但烧结不依赖于这些反应）；应）；化学烧结化学烧结（烧结过程伴随并依赖着化学反应过程）；（烧结过程伴随并依赖着化学反应过程）；（3）从烧结时工艺条件分：）从烧结时工艺条件分：普通烧结与特种烧结普通烧结与特种烧结。 固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（1 1）烧结与烧成）烧结与烧成 烧成：烧成：包括多种物理和化学变化，如脱水、包括多种物理和化学变化，如脱水、胚体内气体分解、多相反应和熔

9、融、溶解、胚体内气体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等。在一定的温度范围内烧制成致密体烧结等。在一定的温度范围内烧制成致密体的过程。的过程。烧结：烧结：粉料经加热而致密化的简单物理过程。粉料经加热而致密化的简单物理过程。只是烧成过程中一个重要部分。只是烧成过程中一个重要部分。9 9. .与烧结有关的一些概念与烧结有关的一些概念固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（2）烧结与熔融）烧结与熔融 （由于原子热振动而引起的）（由于原子热振动而引起的） 烧结：烧结：在远低于全部组元的熔融温度下进行

10、的。至少一组元为在远低于全部组元的熔融温度下进行的。至少一组元为固态固态 熔融熔融 ：全部组元都转变为液相。全部组元都转变为液相。相同点：相同点： 都是由高温下质点迁移的结果。都是由高温下质点迁移的结果。不同点：不同点： 熔融通过质点迁移其间距增大，并且全部组元都处于液态；熔融通过质点迁移其间距增大，并且全部组元都处于液态； 烧结通过质点迁移达到密实，并且烧结是在远低于物质熔点烧结通过质点迁移达到密实，并且烧结是在远低于物质熔点温度下进行的，过程中至少有一个组元是固态；温度下进行的，过程中至少有一个组元是固态；TammanTamman提出烧结提出烧结温度温度T TS S与熔融温度与熔融温度T

11、TM M间的规律：硅酸盐间的规律：硅酸盐T TS S=0.8-0.9T=0.8-0.9TM M固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（3 3）烧结与固相反应）烧结与固相反应相同点：相同点：二个过程开始进行的温度都远低于熔融温度，二个过程开始进行的温度都远低于熔融温度，在在TammanTamman温度开始，并且过程自始至终至少有一相是固温度开始，并且过程自始至终至少有一相是固态；态；不同点：不同点：固相反应是一化学反应过程，至少有二组元固相反应是一化学反应过程，至少有二组元参加，并发生化学反

12、应最后形成化合物；参加，并发生化学反应最后形成化合物； 烧结是一物理过程，烧结不发生化学反应，组元烧结是一物理过程，烧结不发生化学反应，组元（单、双、多）在表面能驱动下，由粉体变为致密体，（单、双、多）在表面能驱动下，由粉体变为致密体，微观晶相组成不变但显微组织结构排列更致密，结晶更微观晶相组成不变但显微组织结构排列更致密，结晶更完善；完善； 实际生产中，不可能是纯物质烧结，当有杂质存在实际生产中，不可能是纯物质烧结，当有杂质存在时，则烧结会伴随固相反应和局部熔融。时，则烧结会伴随固相反应和局部熔融。 固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我

13、也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1010. .烧结过程推动力烧结过程推动力 固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物粉料在制备过程中，粉末颗粒表面储存机械能粉料在制备过程中，粉末颗粒表面储存机械能以表面能形式存以表面能形式存在。在。实验证明，物料在粉磨过程中，内能增加。粉体具有较高的活实验证明，物料在粉磨过程中，内能增加。粉体具有较高的活性，处于能量不稳定状态，能量降低是一种自发趋势。性，处于能量不稳定状态，能量降低是一种自发趋势。粉料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，这种

14、表面能的降粉料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，这种表面能的降低就是烧结的推动力。低就是烧结的推动力。例：二个小液滴，例：二个小液滴，半径半径r r，表面积，表面积s s，体积，体积V V； 2V=22V=24/3r4/3r3 3； 2s=22s=24r4r2 2；表面能；表面能=8r=8r2 2 合并成一个大液滴，合并成一个大液滴，r r1 1；s s1 1；V V1 1； V V1 1=2V=8/3r=2V=8/3r3 3=4/3r=4/3r1 13 3； s s1 1=4r=4r1 12 2=6.35r=6.35r2 2；表面能；表面能=6.35r=6.35r2 2 二个液滴合并后的能量降

15、低二个液滴合并后的能量降低=8r=8r2 2 - 6.35r- 6.35r2 2 =1.65r=1.65r2 2 312 rr固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 对于固体粉末体系，质点迁移困难，烧结只靠表面能降低的能量难以进行 （一般粒度为1um的粉末，烧结时表面能降低约8J/g，而一般化学反应前后能量变化约200KJ/mol，所以烧结推动力是很小的）。 需对粉体加以高温（即给补充一部分能量），烧结才能进行。固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世

16、界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物G BSVGBSV晶界能表面能 如：如：AlAl2 2O O3 3: : 两者差别较大，易烧结；两者差别较大，易烧结； 共价化合物如共价化合物如SiSi3 3N N4 4、SiCSiC、AlNAlN难烧结。难烧结。烧结难易程度的判断：烧结难易程度的判断：u比值比值愈小愈易烧结，反之难烧结。愈小愈易烧结，反之难烧结。u所以一般共价键化合物比离子键化合物更难烧结所以一般共价键化合物比离子键化合物更难烧结 一般：共价键强烈的方向性，化合物一般：共价键强烈的方向性，化合物GBGB大大固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么

17、把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 P2 /r当为球形：1211 P()rr当非球形：颗粒气孔固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物y1球-平板模型（适合于扩散、流动、溶解沉淀传质过程）设：颗粒半径r；接触颈部半径x；颈部表面曲率半径； 颈部颗粒半径的线收缩y；颈部表面积A；颈部体积V； r2

18、 =x2+ (r-y)2 =x2+r22ry +y2 2ry = x2 y = x2/2r颈部表面积A：A=2x=x3/r颈部体积V：V=x2=x4/2r y很小，略去高次项烧结模型烧结模型 烧结是一古老的工艺过程。但其动力学研究于烧结是一古老的工艺过程。但其动力学研究于19221922年才开始，年才开始，在在1922-19491922-1949年间，研究模型一直是复杂的粉末团块。库津斯基年间，研究模型一直是复杂的粉末团块。库津斯基提出以等径球体紧密接触为模型提出以等径球体紧密接触为模型球球- -平板模型、双球模型。平板模型、双球模型。推动了烧结动力学的研究。推动了烧结动力学的研究。固态烧结我

19、吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 烧结烧结-双球模型双球模型固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 烧结前二球中心距烧结前二球中心距为为L，烧结后收缩，烧结后收缩值为值为L（ L =2y）以上三个模型对烧结初期均适用，但随以上三个模型对烧结初期均适

20、用，但随着烧结的进行，颗粒变形，因此在烧着烧结的进行，颗粒变形，因此在烧结中、后期应采用其它模型。结中、后期应采用其它模型。固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物10.2 10.2 烧结机制与动力学方程烧结机制与动力学方程烧结烧结粉体颗粒间的粉体颗粒间的接触和键合接触和键合以及在表面以及在表面张力作用推动下张力作用推动下物质的传递过程物质的传递过程烧结机理烧结机理阐述粉体颗粒间如何实现接触、阐述粉体颗粒间如何实现接触、键合以及物质的传递键合以及物质的传递固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和

21、恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物按照烧结时按照烧结时是否出现液相是否出现液相，可将烧结分为两类：，可将烧结分为两类： 如高纯氧化物之间的烧结过如高纯氧化物之间的烧结过程。程。固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一一. .颗粒的黏附作用颗粒的黏附作用u 固体表面力场作用，普

22、遍现象固体表面力场作用，普遍现象- -黏附黏附u 黏附作用是导致粉料颗粒烧结初始阶段黏附作用是导致粉料颗粒烧结初始阶段产生键合、靠拢、重排，形成接触的原因产生键合、靠拢、重排，形成接触的原因固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物二二. .物质的传递物质的传递传质机理传质机理 对象：对象： 单一粉体的烧结。单一粉体的烧结。固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多

23、么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物球形颗粒连接处曲率半径球形颗粒连接处曲率半径和接触颈部半径和接触颈部半径x之间的开尔文公式：之间的开尔文公式： 由（由（10-3）式说明，蒸发式说明，蒸发-凝聚传质产生的原因是曲率半径的差异；传质的条件凝聚传质产生的原因是曲率半径的差异；传质的条件是颗粒尺寸足够小。是颗粒尺寸足够小。 当压力差当压力差P=P0-P1很小时，且很小时，且x，

24、 上式为：上式为： lnP1/P0=ln(1+ P/ P0) P/ P0 P负曲率半径的颈部与接近于平面的颗粒表面上的饱和蒸气压之差负曲率半径的颈部与接近于平面的颗粒表面上的饱和蒸气压之差。)11(ln01xdRTMPP（10-3）RTdMPP0（10-4） xrP1曲率半径为处的蒸气压； P0球形颗粒表面的蒸气压；表面张力；d密度； M分子量； x接触颈部半径； 颈部表面曲率半径固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物根据气体分子运动论，推出物质在单位面积上凝聚速率的朗格缪尔(Langmu

25、ir)公式：PRTMaUm2/1)2(Um凝聚速率； a 调节系数；P凹面与平面的蒸气压之差当凝聚速率等于颈部体积增加时即有：dtdVdAUm由烧结模型，将颈部曲率半径、表面积A和体积V代入(10-6)式，分离变量积分，得颈部生长速率公式:（10-6）（10-5）（10-8）213/21/30333/23/223().2MPxrtrRTd固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物烧结初期，接触颈部的增长烧结初期，接触颈部的增长x/r随时随时间间t的的1/3次方而变化。次方而变化。由图可见，由图

26、可见，颈部增长（颈部增长（x/r）开始比较显著，随）开始比较显著，随着烧结的进行，颈部增长速率减小着烧结的进行，颈部增长速率减小直至停止。直至停止。 对这类传质过程用延长时间不能对这类传质过程用延长时间不能达到促进烧结的结果。而应从原料达到促进烧结的结果。而应从原料的起始粒度的起始粒度(r)和烧结温度（和烧结温度（T）考）考虑。虑。 0 10 20 300.30.20.1rx时间时间(min)图10-6 NaCl在750时以蒸发-凝聚机制烧结 NaCl在750 时球形颗粒之间颈部生长饱和蒸汽压饱和蒸汽压P0随温度呈指随温度呈指数增加数增加固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把

27、它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物txr213/21/30333/23/223().2MPxrtrRTd固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 存在范围

28、存在范围：在高温下蒸汽压较大的系统：在高温下蒸汽压较大的系统(NaCl、KCl、BeO、 PbO)。硅酸盐材料不多见。硅酸盐材料不多见。传质原因传质原因：曲率半径差产生饱和增气压差：曲率半径差产生饱和增气压差 P P条条 件件：颗粒足够小（压力显著），：颗粒足够小（压力显著），r r 10 -/ （10-9） 该式表明作用在颈部的应力主要由F产生，Fx可以忽略不计。 22sin2xFFF22sin2xxxFFF)(222xxFFFx)11()(22xxxSF2xxBCABSF2FF固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜

29、测没有错：表里边有一个活的生物12固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物若烧结前的粉体是等径颗粒的紧密堆积，则接触点上最大压若烧结前的粉体是等径颗粒的紧密堆积，则接触点上最大压应力相当于外加一个静压力；应力相当于外加一个静压力； 实际系统为非等径颗粒，颈部形状不规则，堆积方式不实际系统为非等径颗粒，颈部形状不规则，堆积方式不同，使接触点上应力分布产生局部剪应力。在剪应力作用下同，使接触点上应力分布产生局部剪应力。在剪应力作用下，晶粒间可能产生沿晶界的剪切滑移。，晶粒间可能产生沿晶界的剪切滑

30、移。 在烧结初期，由剪应力和流体静在烧结初期，由剪应力和流体静压力的作用，颗粒间出现重排。压力的作用，颗粒间出现重排。结果结果使坯体气孔率降低，出现收缩；但由使坯体气孔率降低，出现收缩；但由于颗粒形状没有改变，颗粒重排不可于颗粒形状没有改变，颗粒重排不可能使气孔完全消除。能使气孔完全消除。 2图图10-8 作用在颈部表面的最大应力作用在颈部表面的最大应力固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉

31、快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物由于应力的分布不均匀造成空位浓度梯度，空位由于应力的分布不均匀造成空位浓度梯度，空位将主要从颈部表面扩散到颈部中心两颗粒接触处；将主要从颈部表面扩散到颈部中心两颗粒接触处；空位也从颈部表面扩散到颗粒内无应力区，但其空位也从颈部表面扩散到颗粒内无应力区，但其量比前一种扩散量少一半；量比前一种扩散量少一半；空位扩散即原子或离子的反向扩散。空位扩散即原子或离子的反向扩散。这就造成了物质的迁移。而随着这就造成了物质的迁移。而随着这种物质迁移，空隙被填充，致密这种物质迁移，空隙被填充，致密度提高。与此同时，颗粒间的接触度提高。与此同时，颗粒间的接触界面增加，机

32、械强度增加。界面增加，机械强度增加。2固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物扩散方向扩散方向空位扩散：优先由颈表面空位扩散：优先由颈表面接触点接触点扩散扩散； 其次由颈表面其次由颈表面内部扩散内部扩散原子扩散：与空位扩散方向相反，原子扩散：与空位扩散方向相反， 扩散终点：颈部。扩散终点：颈部。2固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什

33、么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物扩散途径：扩散途径：表面扩散：沿着颗粒表面表面扩散：沿着颗粒表面进行；进行；界面扩散：沿着两颗粒之界面扩散：沿着两颗粒之间的界面进行；间的界面进行；体积扩散：在晶格内部进体积扩散：在晶格内部进行。行。 表面扩散表面扩散体积扩散体积扩散晶界扩散晶界扩散不管扩散途径如何，扩散终点一致，因此随着烧不管扩散途径如何，扩散终点一致，因此随着烧结的进行，颈部加粗，两颗粒之间的中心距逐渐结的进行，颈部加粗，两颗粒之间的中心距逐渐缩短，陶瓷坯体同时在收缩。缩短，陶瓷坯体同时在收缩。固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐

34、怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物u 当晶格内结构基元当晶格内结构基元(原子或离子原子或离子)移至颈部，原来结移至颈部，原来结构基元所占位置成为新的空位，晶格内其它结构基构基元所占位置成为新的空位，晶格内其它结构基元补充新出现的空位，就这样以这种元补充新出现的空位，就这样以这种“接力接力”的方式的方式,物质向内部传递而空位向外部转移。物质向内部传递而空位向外部转移。u 空位在扩散传质中可以在以下三个部位消失，空位在扩散传质中可以在以下三个部位消失，自由自由表面表面、内界面内界面(晶界晶界)和和位错位错。u 随着颈部填充和颗

35、粒接触点处结构基元的迁移出现随着颈部填充和颗粒接触点处结构基元的迁移出现了气孔的缩小和颗粒中心距逼近。表现在宏观上则为了气孔的缩小和颗粒中心距逼近。表现在宏观上则为气孔率下降和坯体的收缩气孔率下降和坯体的收缩。固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快

36、，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物31*1/555x160 D()rtrkT62*2 / 555 V L5 D33 ()rtVLk T固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1525xtrLtL接 触 颈 部 部 位颗 粒 中 心 距 逼 近31*1/555x160 D()rtrkT62*2 / 555 V L5 D33 ()rtVLk T固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物t

37、 颈部扩大曲率传质的推动力空位浓度差逐渐减小延长时间不妥。结果：以扩散传质为主要传结果：以扩散传质为主要传质手段的烧结，质手段的烧结，用延长烧结用延长烧结时间来达到胚体致密化的目时间来达到胚体致密化的目的是不妥当的的是不妥当的。tLL Al2O3 1300固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物35xrr固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物u 升高温度必然促进烧结（升高温度必然促进烧结

38、（T T升高，扩散系数显升高，扩散系数显著增长著增长D DD D0 0expexp（Q/RT)Q/RT)，加快烧结进行），加快烧结进行）u 烧结速率常数烧结速率常数K KA A（Q/RT)Q/RT)，Q Q为烧结过程为烧结过程激活能激活能62*2 / 555 V L5 D33 ()rtVLk T固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 2. 2.中期阶段中期阶段 主要途径：主要途径：晶界晶界和和晶格扩散晶格扩散u 颗粒开始黏结，颈部扩大，气孔由不规则形状颗粒开始黏结，颈部扩大，气孔由不规则形

39、状 逐渐变成由三个颗粒包围的圆柱形管道，气孔逐渐变成由三个颗粒包围的圆柱形管道，气孔 相互联通，晶界开始移动，晶粒正常生长。相互联通，晶界开始移动，晶粒正常生长。u 特点：特点：气孔率降为气孔率降为5 5，收缩率达，收缩率达80809090。u主要影响因素：时间主要影响因素：时间t t 中期阶段致密化速度较快（与中期阶段致密化速度较快（与t t成一次方关系）成一次方关系）固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物十四面体模型由正八面体沿其顶点在边长十四面体模型由正八面体沿其顶点在边长1/3处截

40、去一部处截去一部分而得到，截后有分而得到，截后有6个四边形个四边形8个六边形的面，这种多面个六边形的面，这种多面体可按体心立方紧密堆积在一起。紧密堆积时，多面体体可按体心立方紧密堆积在一起。紧密堆积时，多面体的每个边为三个多面体所共有，它们之间近似形成一个的每个边为三个多面体所共有，它们之间近似形成一个圆柱形气孔、气孔的表面为空位源。每个顶点为四个多圆柱形气孔、气孔的表面为空位源。每个顶点为四个多面体所共有。面体所共有。 固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物*tf36D P(tt)2 K

41、 T L固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物烧结过程的三个阶段烧结初期烧结中期烧结后期坯体中颗粒重排，接触处坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩产生键合，空隙变形、缩小（即大气孔消失），固小（即大气孔消失），固-气总表面积没有变化。气总表面积没有变化。传质开始，粒界增大，空传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。仍然连通，形如隧道。传质继续进行，粒子长大，传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密气孔变成孤立闭气孔，密度达到度达到

42、95%以上，制品强以上，制品强度提高。度提高。固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三流动传质（双球模型）三流动传质（双球模型）液相烧结液相烧结凡有液相参加的烧结过程称凡有液相参加的烧结过程称为液相烧结。为液相烧结。 在无机材料的制备过程中，广泛应用液相在无机材料的制备过程中，广泛应用液相烧结。如长石质瓷、水泥熟料、高温材料等都采用烧结。如长石质瓷、水泥熟料、高温材料等都采用液相烧结原理。液相烧结原理。 液相烧结与固相烧结的共同点是：液相烧结与固相烧结的共同点是：烧结的推烧结的推动力都是表

43、面能。烧结过程也是由颗粒重排、气孔动力都是表面能。烧结过程也是由颗粒重排、气孔充填和晶粒生长等阶段组成。充填和晶粒生长等阶段组成。固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物烧结推动力烧结推动力 粉体颗粒尺寸很小，比表面积大，具有较高的表面能，粉体颗粒尺寸很小，比表面积大，具有较高的表面能，即使在加压成型体中，颗料间接面积也很小，总表面积即使在加压成型体

44、中，颗料间接面积也很小，总表面积很大而处于较高能量状态。根据最低能量原理，它将自很大而处于较高能量状态。根据最低能量原理，它将自发地向最低能量状态变化，使系统的表面能减少。发地向最低能量状态变化，使系统的表面能减少。烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是推动烧结进行的基本动力。能降低是推动烧结进行的基本动力。 固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快

45、，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物流动传质可以发生在有液相的烧结中，也可以发生在流动传质可以发生在有液相的烧结中，也可以发生在固相烧结中。固相烧结中。1粘性流动传质粘性流动传质 在高温下靠液体流动而致密化是大多数硅酸盐材在高温下靠液体流动而致密化是大多数硅酸盐材料烧结的主要传质过程。料烧结的主要传质过程。 在液相烧结时，在液相烧结时，由于高温下粘性液体（或熔体）由于高温下粘性液体（或熔体）出现牛顿型流动而产生的传质称为粘性流动传质（或出现牛顿型流动而产生的传质称为粘性流动传质（或粘性蠕变传质）粘性蠕变传质）。 牛顿流体是指粘度不随剪切应力的变化而改变的流体，反之牛顿流体是指粘度不随剪切

46、应力的变化而改变的流体，反之就是非牛顿流体。就是非牛顿流体。粘性流动速率粘性流动速率的表达式：的表达式：应力；粘度系数固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物粘性流动粘性流动与由空位浓度差而引起的扩散传质的区别是：与由空位浓度差而引起的扩散传质的区别是：扩散传质扩散传质在无外力情况下，空位或质点的迁移是随机的；而在无外力情况下，空位或质点的迁移是随机的；而粘性流动粘性流动是在是在外力作用下，空位或质点的迁移是定向的，整排原子沿着应力方外力作用下，空位或质点的迁移是定向的，整排原子沿着应力方向

47、移动，形成物质流。其迁移量与外力成正比。向移动，形成物质流。其迁移量与外力成正比。烧结系统的宏观粘度系数：烧结系统的宏观粘度系数：带入带入 得得 *82DkTd28 *DkTdd 晶粒尺寸在固态烧结时，在固态烧结时，晶体内部的晶格空位在应力作用下，晶体内部的晶格空位在应力作用下，由空位的定向流动引起的形变称为由空位的定向流动引起的形变称为粘性流动粘性流动。固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物动力学关系式：动力学关系式： 设二个颗粒接触，与颗粒表面相比在曲率半径为设二个颗粒接触，与颗粒表面

48、相比在曲率半径为的的颈部有一个负压力，从而引起物质的粘性流动，结果使颈部有一个负压力，从而引起物质的粘性流动，结果使颈部填充。考虑表面积减少的能量变化等于粘性流动消颈部填充。考虑表面积减少的能量变化等于粘性流动消耗的能量，弗伦克尔导出耗的能量，弗伦克尔导出颈部增长公式：颈部增长公式： (10-30) 颗粒的线收缩：颗粒的线收缩： (10-31)10-31式说明收缩率正比于表面张力，反比于粘度和颗粒尺寸。式说明收缩率正比于表面张力，反比于粘度和颗粒尺寸。以上二式仅适应于以上二式仅适应于粘性流动初期粘性流动初期的情况。的情况。 2/12/12/1)23(trrx34LtLrr颗粒半径；颗粒半径；x

49、颈部半径；颈部半径； 液体粘度；液体粘度； 液液-气表面张力；气表面张力；t烧结时间烧结时间L/L 1/2(x/r)2固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物适合粘性流动传质全过程的烧结速率公式：适合粘性流动传质全过程的烧结速率公式： (10-35)相对密度，即体积密度相对密度，即体积密度(实际密度实际密度)与理论密度的比值。与理论密度的比值。 图图10-12为钠钙硅酸盐玻璃为钠钙硅酸盐玻璃的致密化图示。圆点为实验的致密化图示。圆点为实验结果，实线为由结果，实线为由(10-35)式计算式计算

50、而得，二者很吻合。而得，二者很吻合。虚线由虚线由 (10-31)式计算而得。式计算而得。)1 (23rdtd相相对对密密度度 1.00.80.60 4 8 12图图10-12 钠钠-钙钙-硅酸盐玻璃的致密化硅酸盐玻璃的致密化时间（时间（h）固态烧结我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2塑性流动塑性流动 当坯体内液相量很少时，只有作用力达到一定值当坯体内液相量很少时，只有作用力达到一定值（屈服值）时，流速才与剪切力成正比。此时烧结速（屈服值）时，流速才与剪切力成正比。此时烧结速率公式为：率公式为：