粉末冶金 -第五章 烧结_图文

1、 李长青粉末冶金授课人:李长青单位:材料学院材料学院3楼非金属材料工程教研室电话绩评定准则出勤及平时表现30%作业20%实验10%期末考试40%缺席4次及以上者,此次课成绩取消课程类别:选修课适用专业:无机非金属材料学时:30学分:1.5使用教材 参考教材 参考教材 §5.1 概述烧结?压坯或松装粉末体的强度和密度都是很低的。为了提高压坯或松装粉末体的强度,需要在适当的条件下进行热处理。这就是把压坯或松装粉末体加热到其基本组元熔点以下的温度(约0.7-0.8T m,并在此温度下保温,从而使粉末颗粒相互结合起来,改善其件能。这种热处理就叫做烧结。MT=me

2、lting point液相烧结固相烧结粘性流烧结组分温度TT 3T 2T 1T mBA BX 1瞬态液相烧结T mA§5.1 概述各种类型的烧结§5.2 烧结过程的热力学基础s gt g=致密化参数§5.2 烧结过程的热力学基础烧结径尺寸r /R 烧结时间t 烧结时间t 表面积减少S /S 收缩l /l 烧结时间t 烧结时间t致密化参数T 2 T 1 T 2 T 1 T 2T 1 T 2 T 1 T 2>T 1烧结时间的影响PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建§5.2 烧结过程的热力学基础点接触开始阶

3、段中间阶段最终阶段烧结阶段示意图PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建Ìÿ§5.2 烧结过程的热力学基础11r =+(PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建Young-Laplace 推导对活塞稍加压力,将毛细管内液体压出少许,使液滴体积增加d V ,相应地其表面积增加d A 。克服附加压力p 环境所作的功与可逆增加表面积的吉布斯自由能增加应该相等。代入得:2p r=d d p V A =4 d 8d A r A r r =p p §5.2 烧结过程的热力学基础R

4、2r烧结的两球模型§5.2 烧结过程的热力学基础C vv C 烧结颈曲面下的空位溶度分布§5.2 烧结过程的热力学基础黏性流动黏性流动体积扩散(a (b黏性流动R 2x 2§5.2 烧结过程的热力学基础颗粒表面蒸发§5.2 烧结过程的热力学基础t /min1 2 4 6 10 20 40 600.500.300.100.080.05x /R750 725 图玻璃球-平板烧结实验§5.2 烧结过程的热力学基础体积扩散(a(b(c图三种扩散机制§5.2 烧结过程的热力学基础(1(3(5(6空位与原子的扩散§5.2 烧结过程的热力

5、学基础烧结颈表面(空位源晶界(空位阱颗粒表面(空位阱颗粒内和位错攀移图5-12 烧结时空位扩散途径§5.2 烧结过程的热力学基础表面扩散阶梯状表面示意图§5.2 烧结过程的热力学基础晶界扩散(a (b空位从颗粒接触面向颗粒表面(a或晶界;(b扩散的模型§5.2 烧结过程的热力学基础500um 直径0.13mm的铜丝在1075氢气中烧结408 h后的断面形貌§5.2 烧结过程的热力学基础塑性流动机制Rxh塑性流动模型§5.3 烧结中的物质迁移 晶格扩散lattice diffusion 体积扩散Volume diffusion 块体扩散Bulk

6、diffusion 位错芯管扩散Dislocation pipe diffusion 晶界扩散Grain boundary diffusion 表面扩散Surface diffusion 扩散的短回路Short circuit path §5.2 烧结过程的热力学基础第五章烧结 2xBt R=3xBt R =52xBt R=75xBt R=63xBt R=94.5xBt R=塑性流动晶界扩散表面扩散空位浓度梯度PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建影响扩散系数的因素温度材料成分晶体结构晶体缺陷其他因素影响程度:温度-成分-结构-其它0ex

7、p(QD D RT=第五章烧结§5.2 烧结过程的热力学基础§5.2 烧结过程的热力学基础温度提高,能超过能垒的几率越大,同时晶体的平衡空位浓度也越高,这些都是提高扩散系数的原因。原子之间的结合键力越强,通常对应材料的熔点也越高,激活能较大,扩散系数较小。原子排列越紧密,晶体结构的致密度越高,激活能较大,扩散系数较小。§5.2 烧结过程的热力学基础 L原子对长度Lp §5.2 烧结过程的热力学基础900 1000 1100 120090807060压坯相对密度=77%61%58%4h ,氢气烧结密度/%温度/细水雾化不锈钢粉在烧结时的致密化和收缩

8、7;5.2 烧结过程的热力学基础1 2 0.1 1 10 100 1000 40302010铜粉烧结时的表面减少§5.2 烧结过程的热力学基础 中间阶段烧结时孔隙结构及其相互联系§5.2 烧结过程的热力学基础晶界孔(a (b孔隙晶粒边界中间阶段时的两种可能性§5.2 烧结过程的热力学基础孔隙孔隙晶界收缩(a(b晶界、空位与收缩的关系模型§5.2 烧结过程的热力学基础晶粒边界孔两面角(a (b (c (d孔隙孤立和球化过程示意图§5.2 烧结过程的热力学基础孔隙率/%101 1021031043020107m 铁粉870200MPa时间/min孔

9、隙度与烧结时间的关系§5.2 烧结过程的热力学基础101 102103104晶粒尺寸尺寸/u m空隙100101时间/min晶粒大小和孔隙大小与烧结时间的关系§5.2 烧结过程的热力学基础 (a (b铁粉烧结的SEM形貌:(a烧结前;(b烧结后 烧结体气泡缩颈生长隔离气泡§5.2 烧结过程的热力学基础颗粒烧结的接触点颈部长大与球形孔隙形成过程示意图烧结时间/h孔隙度/%0 1 2 3 4 5 6302010总孔隙率,快速加热总孔隙率,慢速加热闭孔隙度§5.2 烧结过程的热力学基础铜粉压坯在900烧结时总孔隙度和闭孔隙度的变化§5.2 烧结过程的热力学基础W-Ni-Fe合金在氢气中1460烧结10 min的断口形貌§5.2 烧结过程的热力学基础122(L A =形状系数