烧结理论简介ppt课件

第14章，烧结，烧结，材料性质结构，晶粒尺寸分布，气孔尺寸分布，晶界体积分率，陶瓷，耐火材料，粉末冶金，超高温材料现代无机材料：功能陶瓷：热，声，光，电，磁，生物特性。 结构瓷器：耐磨、弯曲、强度、韧性如何改变应用、材料的性质： 1、g强度、2、气孔强度(应力集中点)透明度(散射)强介电性和磁。 主要内容有： 1、烧结推动力和模型2、固相烧结和液相烧结过程中四个基本传递物质产生的原因、条件、特征和动力学方程。 3、烧结过程中晶粒生长和二次再结晶的控制。 4 .影响烧结的因素。 没有气孔的多晶体，c，说明： a:粒子在b:开口堆积体中的粒子中心靠近c:闭塞堆积体中的粒子中心，烧结现象的形象，14-1的概要，a )烧结前b )烧结后的图铁粉烧结的SEM照片，烧结过程的性质的变化：一、烧结的定义和分类物理性质的变化致密度定义1 :一种或多种粉末被成型，加热到一定温度后收缩，在比熔点低的温度下成为致密且硬的烧结体。 缺点：只说明宏观变化，不明确本质。 定义2 :通过分子和原子的吸引，加热使粉体产生粒子结合，通过物质移动使粉体产生强度，致密化和再结晶化的过程。 烧结的指标：收缩率、气孔率、吸水率、相对密度、烧结时是否出现液相，可以将烧结分为两种：固相烧结、液相烧结、在烧结温度下几乎不出现液相的烧结，如高纯度氧化物间的烧结过程。 有液相涉及的烧结，例如多成分系在烧结温度下多出现液相。 近年来，在开发特殊的结构材料和功能材料的同时，出现了几种新的烧结方法。 例如，热压烧结、放电等离子烧结、微波烧结等。 图1热压炉，图2放电等离子体烧结炉(SPS )，图3气压烧结炉(GPS )，图4微波烧结炉，二，关于烧结的几个概念1，烧结和烧结：在一定的温度范围内烧结制作致密体的过程。 烧结：粉体加热致密化的简单物理过程。 2、烧结和熔融烧结：至少一组元素固体熔融：固体熔融，3、烧结和固相反应相同点：反应进行温度低于熔点点：化学反应，3、烧结过程推进力粉体的表面能多晶烧结体的晶界能*烧结能否自发进行？ 结论：烧结推动力比相变和化学反应的能量小，不能自发进行，必须加热！ 例如，Al2O3:两者差异大，容易烧结的Si3N4、SiC、AlN等共价键化合物难以烧结. *烧结难易度的判断：越小越容易烧结，相反难以烧结。 *推进力与粒子细度的关系：粒子堆积后，在很多微细气孔的弯曲表面上产生表面张力引起的压力差，结论：粉体越细，曲率引起的烧结推进力越大！ 四、烧结模型1945年以前：粉体压块1945年后，G.C.Kuczynski (库金斯基)提出了双球模型、14-2固体烧结，对象：单一粉体的烧结。 主要传递方式：蒸发-凝聚扩散，一，蒸发-凝聚传递物质，表面张力可以使凹部、凸表面的蒸气压p分别比平面表面的蒸气压Po低，可以用开尔文公式表示：球形表面(1)、非球形表面(2)，具有表面凹凸的固体粒子的凸部为正压，凹部为负压存在范围：高温下蒸气压大的系统(NaClKClBeOPbO )。 不怎么能看到硅酸盐的材料。 遗传原因：产生曲率差的p条件：粒子足够小，r10m定量关系： p，基于烧结模型(双球模型的中心间距离不变)的蒸发凝聚机制(凝聚速度=颈部体积增加)，球形粒子接触面积颈部生长速度关系式，研究： 1，x/rt1/3，初期的x/r的说明：这种递质不能在延长时间内烧结。 2、温度t增加，有利于烧结。 3、粒子粒度越小，烧结速度越大。 4、特点：烧结时颈部扩大，气孔形状变化，但双球之间的中心距离不变，基底不收缩，密度不变。 二、扩散传播对象：大量固体材料，因为蒸气压低。 (1)、颈部应力模型(参见图14-6 )，颈部应力主要是(拉伸应力)、实态、粒子尺寸、形状、堆积方式不同，颈部形状不规则的接触点局部发生剪应力粒界的滑动，粒子位错堆积密度、气孔率、基体收缩(但粒子形状不变) )脖子的应力，(二)，粒子的中心接近机构中心的距离短，一定是物质向气孔移动，气孔成为气孔源。 空位消失的部位：自由表面、晶界、位错。 调查空位浓度的变化。 存在应力时空间位形成有必要的附加功(有拉伸应力时)、(有压缩应力时)、空孔形成能力：无应力时： EV，结论：拉伸应力区空孔形成能力无应力区C0Cc1C2C，由式可知，在一定温度下空孔浓度差与表面张力成比例，因此扩散机理3、扩散途径、(结论： CtC0Cc1C2C )、空穴扩散：颈表面接触点优先，其次原子从颈表面内部扩散：与空穴扩散方向相反，扩散终点：颈。 扩散路径： (参见P264，图14-8 )表面扩散界面扩散体积扩散，(3)，扩散传播物质的动力学关系，1，初始：表面扩散显着。 (因为表面扩散温度D0，(2)，实际：直线的斜率为1/21/3，更接近1/3。 原因：晶界移动时遇到杂质和气孔，限制了晶粒的生长。 界面通过夹杂物时的形状变化、3、晶界移动、移动？ 障碍？ 影响因素：晶界曲率气孔的直径，数气孔作为孔隙源向晶界扩散的速度气孔内气体压力的大小包含气孔的晶粒的数量。 气孔通过孔隙传递，聚集或消失。 谋求烧结体的致密化。 初期、中、后期、后期、后期： Vp=Vb时，必须严格控制a :温度。 b :晶界产生少量液相，可以抑制粒生长。 原因：界面迁移推动力下降，扩散距离增加。 4、讨论：基底的理论密度和实际密度存在差异的原因是什么？ 晶粒的生长不是无限的吗？ (1)存在因素：气孔不能完全排除。 随着烧结的进行，t上升，气孔逐渐缩小，气孔内压增大，等于2/r时，烧结停止。 但是，温度持续上升，引起膨胀，不利于烧结。 (2)对策、气氛烧结、真空烧结、