资源预览内容
第1页 / 共9页
第2页 / 共9页
第3页 / 共9页
第4页 / 共9页
第5页 / 共9页
第6页 / 共9页
第7页 / 共9页
第8页 / 共9页
第9页 / 共9页
亲,该文档总共9页全部预览完了,如果喜欢就下载吧!
资源描述
第六章 烧结原理 第6.1节烧结机理一、 定义及分类1定义:在T熔温度之下,物料通过增大接触面、颗粒重排、形成晶界、排除气孔,达到致密和增大强度的过程。 宏观:致密提高,强度增加微观:晶界形成,晶体长大,气孔变小2 分类:固相烧结:没有液相参加(或液相很少2%-5%)液相烧结:有液相参加,液相量达10-30%热压烧结:烧结有特殊机理,提高烧结推动力二、 烧结动力学(推动力)1 曲面压差2 颈部浓度差 C对于一个不受应力(无附加压差)的晶体,空位浓度与 有关,和形成空位所需的能量 有关若质点(离子)直径为 ,可近似地令空位体积为 颈部曲面特性所引起的毛细管力 (数值),则形成一个空位时,毛细管力所做的功 (体积功)故 在颈部表面形成一个空位所需的能量为相应空位浓度为: 3 气相传质 导致:凸 气相 凹 凝聚蒸发 颈部 在空位浓度差推动下,空位即从颈部不断地向颗粒其它部位扩散,而固体质点则向颈部逆向扩散,颈部空位源的作用, 与 成正比,由扩散机理进行的烧结过程可知:烧结推动力也为表面能作用的结果三、 烧结的几种机理1、体积扩散机理颗粒凸部向凹部传质,使颈部长大,形成晶界,相当于颈部空位向凸部扩散,凹空位 凸空位 气孔周围的空位源,向晶体其它部位(主要是表面、晶界)扩散,这些部位质点反向迁移到气孔间隙2、蒸发凝聚机理(气相沉积) 凸部质点进行蒸发,然后通过气相传质到凹部(颈部)凝聚,使颈部长大3、溶解沉淀机理(液相烧结)在液相中的颗粒 ,造成小颗粒溶解,溶解后通过熔体在大颗粒和两颗粒的颈部沉淀(形成晶界,颈部长大)4、粘滞流机理A 在液相烧结时,液相量达到一定数量时,物料出现类似液相的粘滞流动现象,导致颗粒重排(液相烧结初期,在液相中的颗粒)B 热压烧结 当外力P大于此时颗粒临界强度时,能使物料发生晶面(颗粒)滑动,增大接触面第6.2节 烧结动力学一、烧结中传质途径 1) 从颗粒表面向颈部的表面扩散;2) 从粒界向颈部的界面扩散;3) 从颗粒表面向颈部的体积扩散;4) 从粒界向颈部的体积扩散;5) 从颗粒内部位错向颈部的扩散;6) 从颗粒表面向颈部的蒸发-冷凝;7) 从颗粒表面向颈部或从小颗粒向大颗粒的溶解-沉淀二、烧结模型烧结是从粉状集合体转变成致密集合体的过程,故颗粒的形状和大小直接影响着颗粒间的堆积状态,以及相互的接触情况。并最终影响烧结。 为了便于定量研究,须建立合理化的模型。 模型:采用等径球体 接触方式烧结模型 烧结一般都会引起宏观尺寸的缩小和致密度的增加,常用收缩和密度值来衡量烧结程度。由b图可见:收缩是由于颈部长大和双球间的距离缩短引起的。 设:烧结前两球间中心距离为L,烧后收缩值为L 对图b则有: 由于烧结初期 很小,cos =1 故得可见勾股定理:则:三、固体烧结动力学1、烧结初期:双球模型 基本前提:通过颈部表面空位扩散速度等于颈部体积长大速度 (1) 为空位扩散系数, 为扩散面积, 为颈部表面曲率半径, 颈部表面与平面间空位浓度差,设扩散距离也为 代入(1)式后,积分求解化简后得: ()颈部增长率: )收缩率:卿格尔Kingery 推导出三种不同传质途径下(体、晶界和表面)的一般式:扩散机理:nq体扩散4-53-2.5表面扩散73-3.22晶界扩散6-7 讨论:(1) 对 作图,可求出斜率 例如: 烧结初期 对数与时间作图,测出的斜率为2/5,此结果与式(2)相符。(2) 温度不高低于T泰曼温度下保温是没有意义的(低温收缩大,小时达到烧结)(3)粒度的影响烧结速度2 烧结中期(气孔排除,晶界长大)颈部长大, 颗粒重排(1) 模型 正十四面体 或 正十二面体(颗粒包围的气孔呈现圆筒状)设正十二面体共24条边,共有管状气孔24个,分属3个正十二面体所有,而一个正十二面体有8个管状气孔气孔的半径为,十二面体的边长为对一个十二面体来说,气孔体积为:整个十二面体体积为: 则坯体的气孔为:(2) 前提:气孔的排除速度 应等于其面上的扩散流量(一个接触面由两个单面合成,两个十二面体共用)单位时间内每一个面上总流量为:借用中心筒传热公式, (放射状扩散,表面冷却,中心部分加热的圆筒形导体)类比: 令: (r 为气孔的半径)考虑到分支扩散 对圆筒 (单位体积内所含空位数) 则:将(2)式代入(1)中=0 所需的时间(常数),t为任意在一定温度时,与成线性,随时间t延长3 烧结末期 (气孔排除)(末期气孔封闭,互相独立,包围于四个颗粒间)(1) 模型 正十四面体气孔集中于角顶呈球状,为四个多面体共有,故有二十四个气孔,每个正十四面体占有个气孔(2) 前提: 借用同心球壳热扩散公式 将 代入上式积分后 (十四面体) (仅适用于)第6.3节 晶体长大动力学晶体的长大始于烧结中期,是烧结末期的主要过程之一,表现为晶界的移动。1、晶界移动的推动力 (凸) (凹) 则A方质点有自发移向B方的趋势2晶粒的等温生长 (模型 多面体)所有晶界移动的结果均趋向于夹角为120的直晶界,如果边数大于6的颗粒(截面),因呈凹边界(晶界),小于6的颗粒为使夹角呈凸边界。晶粒等温长大总是边数多的晶粒长大,而小于6的晶粒缩小凸凹 小于6大于6 3 动力学方程为颗粒移动动力,推动力(成正比)细分散的物料,烧结时取晶粒半径长大速度推动力()数值 积分 (为时半径,瞬时半径,为烧结时间) 作图斜率为(气孔、杂质的影响)溶解-沉淀机理 ,第6.4节 影响烧结的主要因素扩散机理 一、 温度与保温时间 1、利于烧结蒸发-凝聚机理综合考虑确定烧结温度2、保温时间 由烧结机理可知,只有体积扩散才导致坯体的致密化,表面扩散只能改变气孔的形状,而不能引起颗粒中心距的逼近,因此,不出现致密化过程,在烧结高温阶段主要以体积扩散为主,而在低温阶段以表面扩散为主,如果材料在低温时间长,不仅不引起致密化,反而会因表面扩散而给制品性能带来损害,因而理论上应尽可能快地从低温升到高温,以为体积扩散创造条件。低温保温没有意义。3、 二、 原料活性,晶格活化1 预烧 得到高活性的原料 预烧时间不宜长,温度要合适2 原料具有一定的细度,比表面大,活性高三、 添加物的影响1、 形成固溶体,都可因缺陷的生成或晶格的畸变,而促进烧结 r 相近,连续固溶体畸变,电价不同,置换而产生高温下加剧晶格畸变更促进烧结2、 形成液相,生成少量的液相可促进固相烧结3、 抑制晶型转变,有些氧化物烧结时,发生晶转,并伴有体积效应,这就给致密化带来困难,造成制品开裂,在工艺上需适当的添加物加以抑制这种转化。如:多晶转变,大,加入5%的(稳定剂)置换(晶格),电价不等,产生阴离子空位,同时抑制晶转,促进烧结。四、 烧成气氛1、 材料的化学性质,采用氧化或还原性气氛,非氧化物应在真空或惰性气氛中烧结,一般难烧结的往往选择真空烧结。2、 气氛中气体分子大小在分子小的气氛中易于烧结3、 氧化气氛常常可促进烧结氧化物表面吸附相当数量的氧,形成非化学计量的化合物,产生阳离子空位,促进烧结(阳离子控制的烧结)五、纳米微粒对烧结的影响纳米微粒尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相大大的比例。由于表面原子数增多,原子配位不足及高的表面能,使这些原子具有高的活性,极不稳定,很容易和其它原子结合。可以利用纳米微粒这种显著的比表面效应,在实际中,加入少量的纳米粉可能对材料的烧结起到奇异的效果。1
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号