《热压烧结》PPT课件

材 料 合 成第 七 章 热 压 烧 结站长素材 SC.CHINAZ.COM 材 料 合 成 2热 压 烧 结 的 发 展热 压 烧 结 的 原 理热 压 烧 结 工 艺热 压 烧 结 应 用 实 例 1 2 3 4 材 料 合 成 3 7.1热压烧结的发展l 1826年 索 波 列 夫 斯 基 首 次 利 用 常 温 压 力 烧 结 的 方 法 得 到了 白 金 。 而 热 压 技 术 已 经 有 70年 的 历 史 ， 热 压 是 粉 末 冶 金发 展 和 应 用 较 早 的 一 种 热 成 形 技 术 。l 1912年 ， 德 国 发 表 了 用 热 压 将 钨 粉 和 碳 化 钨 粉 制 造 致 密件 的 专 利 。l 1926 1927年 ， 德 国 将 热 压 技 术 用 于 制 造 硬 质 合 金 。l 从 1930年 起 ， 热 压 更 快 地 发 展 起 来 ， 主 要 应 用 于 大 型 硬质 合 金 制 品 、 难 熔 化 合 物 和 现 代 陶 瓷 等 方 面 。 材 料 合 成 4热压烧结优点： 许 多 陶 瓷 粉 体 (或 素 坯 )在烧 结 过 程 中 ， 由 于 烧 结 温 度 的 提 高 和 烧 结时 间 的 延 长 ， 而 导 致 晶 粒 长 大 。 与 陶 瓷 无压 烧 结 相 比 ， 热 压 烧 结 能 降 低 烧 结 温 度 和缩 短 烧 结 时 间 ， 可 获 得 细 晶 粒 的 陶 瓷 材 料 。 材 料 合 成 5 例： 热 压 氮 化 硅 材 料 的 抗 弯 强 度 和 断 裂 韧 性 分别 可 达 1100MPa和 9MPam1/2； 热 压 氧 化 位 错 增 韧陶 瓷 的 抗 弯 强 度 和 断 裂 韧 性 分 别 为 1500MPa和15MPam1/2。 此 外 ， 一 些 含 有 易 挥 发 组 分 的 陶 瓷 ，如 氧 化 铅 、 氧 化 锌 和 某 些 氮 化 物 ， 以 及 用 纤 维 、晶 须 、 片 状 晶 粒 、 颗 粒 弥 散 强 化 的 陶 瓷 基 复 合材 料 ， 用 热 压 工 艺 比 用 无 压 烧 结 容 易 获 得 高 致密 的 材 料 。 材 料 合 成 6 7.2热压烧结的原理v 7.2.1 热 压 烧 结的概念v 7.2.2 热 压 烧 结的原理v 7.2.3 热 压 烧 结的适用范围 材 料 合 成 7 7.2.1热压烧结的概念 烧 结 是 陶 瓷 生 坯 在 高 温 下 的 致 密 化 过 程 和 现 象的 总 称 。 随 着 温 度 的 上 升 和 时 间 的 延 长 ， 固 体 颗 粒 相 互键 联 ， 晶 粒 长 大 ， 空 隙 (气 孔 )和 晶 界 渐 趋 减 少 ， 通过 物 质 的 传 递 ， 其 总 体 积 收 缩 ， 密 度 增 加 ， 最 后 成为 坚 硬 的 只 有 某 种 显 微 结 构 的 多 晶 烧 结 体 ， 这 种 现象 称 为 烧 结 。 烧 结 是 减 少 成 型 体 中 气 孔 ， 增 强 颗 粒之 间 结 合 ， 提 高 机 械 强 度 的 工 艺 过 程 。 材 料 合 成 8 固 相 烧 结 (solid state sintering)是 指 松 散 的 粉 末或 经 压 制 具 有 一 定 形 状 的 粉 末 压 坯 被 置 于 不 超过 其 熔 点 的 设 定 温 度 中 在 一 定 的 气 氛 保 护 下 ，保 温 一 段 时 间 的 操 作 过 程 。所 设 定 的 温 度 为 烧 结 温 度 ， 所 用 的 气 氛 称 为 烧结 气 氛 ， 所 用 的 保 温 时 间 称 为 烧 结 时 间 。 材 料 合 成 9施 加 外 压 力 的 烧 结 ，简 称 加 压 烧 结(applied pressure) or (pressureassisted sintering)不 施 加 外 压 力 的 烧 结 ，简 称 不 加 压 烧 结(pressureless sintering) 不加压 烧 结加压 烧 结烧 结 过 程 可 以 分 为 两 大 类 ：对 松 散 粉 末 或 粉 末 压 坯 同时 施 以 高 温 和 外 压 ， 则 是所 谓 的 加 压 烧 结 材 料 合 成 10 热 压 是 指 在 对 置 于 限 定 形 状 的 石 墨 模 具 中 的 松 散 粉 末 或 对粉 末 压 坯 加 热 的 同 时 对 其 施 加 单 袖 压 力 的 烧 结 过 程 。热 压 的 优 点 ：u 热 压 时 ， 由 于 粉 料 处 于 热 塑 性 状 态 ， 形 变 阻 力 小 ， 易 于塑 性 流 动 和 致 密 化 ， 因 此 ， 所 需 的 成 型 压 力 仅 为 冷 压 法 的1/10， 可 以 成 型 大 尺 寸 的 A12O3、 BeO、 BN和 TiB2等 产 品 。u 由 于 同 时 加 温 、 加 压 ， 有 助 于 粉 末 颗 粒 的 接 触 和 扩 散 、流 动 等 传 质 过 程 ， 降 低 烧 结 温 度 和 缩 短 烧 结 时 间 ， 因 而 抑 制了 晶 粒 的 长 大 。 材 料 合 成 11u 热 压 法 容 易 获 得 接 近 理 论 密 度 、 气 孔 率 接 近 于 零 的 烧 结体 ， 容 易 得 到 细 晶 粒 的 组 织 ， 容 易 实 现 晶 体 的 取 向 效 应 ，容 易 得 到 具 有 良 好 机 械 性 能 、 电 学 性 能 的 产 品 。u 能 生 产 形 状 较 复 杂 、 尺 寸 较 精 确 的 产 品 。 热 压 的 优 点 ： 热 压 法 的 缺 点 是 生 产 率 低 、 成 本 高 。 材 料 合 成 12 7.2.2热压烧结的原理固体粉末烧 结的过程和特点固体粉末烧 结的本征热力学 驱 动力固相烧 结 动力学热 压 过程的基本规律1234 材 料 合 成 13 1 固 体 粉 末 烧 结 的 过 程 和 特 点l在 热 力 学 上 ， 所 谓 烧 结 是 指 系 统 总 能 量 减 少 的 过 程 。l 坯 体 烧 结 后 在 宏 观 上 的 变 化 是 ： 体 积 收 缩 ， 致 密 度提 高 ， 强 度 增 加l因 此 烧 结 程 度 可 以 用 坯 体 收 缩 率 、 气 孔 率 或 体 积 密 度与 理 论 密 度 之 比 等 来 表 征 。 材 料 合 成 14 一 般 烧 结 过 程 ， 总 伴 随 着 气 孔 率 的 降 低 ， 颗 粒 总 表面 积 减 少 ， 表 面 自 由 能 减 少 及 与 其 相 联 系 的 晶 粒 长 大等 变 化 ， 可 根 据 其 变 化 特 点 来 划 分 烧 结 阶 段 。烧 结 初 期 烧 结 中 期 烧 结 后 期 材 料 合 成 15 烧结初期 随 着 烧 结 温 度 的 提 高 和 时 间 的 延 长 ， 开 始 产 生 颗 粒 间 的 键 合 和重 排 过 程 ， 这 时 粒 子 因 重 排 而 相 互 靠 拢 ， 大 空 隙 逐 渐 消 失 ， 气 孔 的总 体 积 迅 速 减 少 ， 但 颗 粒 间 仍 以 点 接 触 为 主 ， 总 表 面 积 并 没 减 小 。 粉 料 在 外 部 压 力 作 用 下 ， 形 成 一 定 形 状 的 、具 有 一 定 机 械 强 度 的 多 孔 坯 体 。 烧 结 前 成 型 体 中颗 粒 间 接 触 有 的 彼 此 以 点 接 触 ， 有 的 则 相 互 分 开， 保 留 着 较 多 的 空 隙 ， 如 图 7.1(a)。图 7.1 不 同 烧 结 阶 段 晶 粒 排 列 过 程 示 意 图 材 料 合 成 16 烧结中期 开 始 有 明 显 的 传 质 过 程 。 颗 粒 间 由 点 接 触 逐 渐 扩 大 为面 接 触 ， 粒 界 面 积 增 加 ， 固 -气 表 面 积 相 应 减 少 ， 但 气 孔 仍然 是 联 通 的 ， 此 阶 段 晶 界 移 动 比 较 容 易 。 在 表 面 能 减 少 的推 动 力 下 ， 相 对 密 度 迅 速 增 大 ， 粉 粒 重 排 、 晶 界 滑 移 引 起的 局 部 碎 裂 或 塑 性 流 动 传 质 ， 物 质 通 过 不 同 的 扩 散 途 径 向颗 粒 间 的 颈 部 和 气 孔 部 位 填 空 ， 使 颈 部 渐 渐 长 大 ， 并 逐 步减 少 气 孔 所 占 的 体 积 ， 细 小 的 颗 粒 之 间 开 始 逐 渐 形 成 晶 界 ，并 不 断 扩 大 晶 界 的 面 积 ， 使 坯 体 变 得 致 密 化 ， 如 图 7.1(b) (c)。 材 料 合 成 17 随 着 传 质 的 继 续 ， 粒 界 进 一 步 发 育 扩 大 ， 气 孔 则 逐渐 缩 小 和 变 形 ， 最 终 转 变 成 孤 立 的 闭 气 孔 。 与 此 同 时 颗粒 粒 界 开 始 移 动 ， 粒 子 长 大 ， 气 孔 逐 渐 迁 移 到 粒 界 上 消失 ， 但 深 入 晶 粒 内 部 的 气 孔 则 排 除 比 较 难 。 烧 结 体 致 密度 提 高 ， 坯 体 可 以 达 到 理 论 密 度 的 95%左 右 。 烧结后期 材 料 合 成 18 2 固 体 粉 末 烧 结 的 本 征 热 力 学 驱 动 力 致 密 的 晶 体 如 果 以 细 分 的 大 量 颗 粒 形 态 存 在 ， 这 个 颗粒 系 统 就 必 然 处 于 一 个 高 能 状 态 因 为 它 本 征 地 具 有 发 达的 颗 粒 表 面 ， 与 同 质 量 的 未 细 分 晶 体 相 比 具 有 过 剩 的 表 面能 。 烧 结 的 主 要 目 的 是 把 颗 粒 系 统 烧 结 成 为 一 个 致 密 的 晶体 ， 是 向 低 能 状 态 过 渡 。 因 此 烧 结 前 ， 颗 粒 系 统 具 有 的 过剩 的 表 面 能 越 高 这 个 过 渡 过 程 就 越 容 易 ， 它 的 烧 结 活 性就 越 大 。 材 料 合 成 19 （ 1） 本 征 过 剩 表 面 能 驱 动 力 可 以 用 下 述 简 单 方 法 估 计 本 征 过 剩 表 面 能 驱 动 力 数 量级 。 假 定 烧 结 前 粉 末 系 统 的 表 面 能 为 Ep 烧 结 成 一 个 致密 的 立 方 体 后 的 表 面 能 为 Ed， 忽 略 形 成 晶 界 能 量 的 消 耗 ，则 本 征 驱 动 力 为 ： 材 料 合 成 20 代 入 晶 体 材 料 的 摩 尔 质 量 Wm(g/mol)， 固 -气 表 面 能sv(J/m2)， 粉 末 比 表 面 Sp(cm2/g)， 致 密 固 体 密 度 d(g/cm3)，则 有 ： 3/26 dWSWE mpmSV由 于 pmSW 3/26 dWm ， 则 可 近 似 为pmsv SW 材 料 合 成 21 表 7-1 典 型 粉 末 的 本 征 驱 动 力 E及 计 算 参 考 数 值粉 末 粒 度/m 比 表 面 积km2g-1 固 体 密 度kgmol-1 摩 尔 质 量kgcm-1 sv/Jmol-1 本 征驱 动 力Cu 150 5102 8.9 63.55 1.6 5.1 Ni 10 4103 8.9 58.69 1.9 4.510 W 0.3 104 19.3 183.86 2.9 5.3102 Al 2O3 0.2 105 4.0 102.0 1.5 1.5103 l 粉 末 粒 度 越 粗 ， 比 表 面 越 小 ， 本 征 表 面 能 驱 动 力 就 越 小 ；l 而 粒 度 越 细 ， 比 表 面 越 大 ， 本 征 表 面 能 驱 动 力 就 越 大 。这 也 是 实 际 烧 结 中 细 粉 比 粗 粉 易 于 烧 结 的 原 因 材 料 合 成 22 在 不 同 种 粉 末 之 间 比 较 颗 粒 系 统 的 烧 结 活 性 时 ， 不 要 忘 记 单个 颗 粒 的 烧 结 活 性 即 粉 末 晶 体 的 自 扩 散 性 综 合 考 虑 这 两 个 因素 来 确 定 烧 结 活 性 ， 有 一 个 判 据 是 值 得 注 意 的 。Burke指 出 ， 要 想 在 适 当 的 烧 结 时 间 内 获 得 烧 结 体 的 充 分 致 密 化 ，粉 末 颗 粒 系 统 应 当 满 足 下 式 关 系 ： 12 3 aD V式 中 Dv体 积 扩 散 系 数 ， cm2/s；2a粉 末 粒 度 ， m。 材 料 合 成 23 例 如 ， Dv的 数 量 级 为 10-12cm2/s， 则 粉 末 粒 度 要 在 lm左 右 。如 果 Dv太 低 ， 则 某 些 共 价 键 材 枓 (如 Si的 Dv为 10-14cm2/s）若 要 充 分 地 烧 结 致 密 化 就 要 求 使 用 粒 度 0.5m左 右 的 粉 末 。一 般 金 属 粉 末 的 Dv比 陶 瓷 粉 末 的 Dv大 ， 因 而 金 属 粉 末 的 粒度 可 以 粗 些 而 陶 瓷 则 须 细 粉 末 才 能 获 得 好 的 烧 结 结 果 ，这 与 烧 结 经 验 是 完 全 吻 合 的 。 材 料 合 成 24 （ 2） 本 征 Laplace应 力 除 了 松 散 烧 结 (也 称 重 力 烧 结 ） 之 外 ， 粉 末 总 是 在被 压 制 成 某 种 形 状 的 压 坯 后 再 进 行 烧 结 的 ； 这 样 的 颗 粒系 统 就 有 另 外 两 个 本 征 的 特 点 ： 颗 粒 之 间 的 接 触 相 颗 粒之 间 存 在 着 “ 空 隙 ” 或 称 孔 洞 ； 系 统 表 面 的 减 少 。 自 由能 的 降 低 主 要 是 通 过 孔 洞 的 收 缩 来 实 现 的 。 材 料 合 成 25 烧 结 开 始 时 ， 孔 洞 的 形 状 并 不 是 球 形 ， 面 是 由 尖 角形 圆 滑 菱 形 近 球 形 莲 浙 向 球 形 过 渡 ， 如 图 7-2所 示 。 此 时 ， 孔 洞 的 收 缩 必 然 伴 随 着 颗 粒 捶 触 区 的 扩 展 。 这个 接 触 区 最 先 被 称 作 金 属 颗 粒 之 间 的 “ 桥 ” 旋 即 被Kuczynski， 定 义 为 颈 (neck)。 图 7.2 不 加 压 固 相 烧 结 空 洞 形 状 变 化 示 意 材 料 合 成 26 颗 粒 之 间 接 触 的 直 接 结 果 是 颈 部 出 现 了 曲 率 半 径 ；Laplace和 Young以 弯 曲 液 体 表 面 为 例 ， 给 出 了 表 面 的 曲率 半 径 、 表 面 张 力 和 表 面 所 受 的 应 力 差 值 。 21 11 RR式 中 R 1与 R2表 面 上 相 互 垂 直 的 两 个 曲 线 的曲 率 半 径 ， 称 为 主 曲 率 半 径 。 材 料 合 成 27 对 于 一 个 球 形 孔 洞 ， R1=R2， 则 变 为 G ibbs的 解 释 。 对 于 不 加 压 团 相 烧 结 的 颗 粒 系 统 ， 由 颗 粒 接 触 形 成的 曲 率 半 径 对 Laplace应 力 有 重 要 影 响 .颗 粒 接 触 形 成的 颈 如 图 7.3所 示 。 图 7.3 两 球 形 颗 粒 接 触 颈 部 主 曲 率 半 径 示 意 材 料 合 成 28 图 7.3中 ， x表 示 接 触 面 积 的 半 径 ， 表 示 颈 部 的 曲 率半 径 ， 即 式 中 的 R1与 R2， 则 颗 粒 接 触 的 本 征 Laplace应力 为 ： 11x式 中 负 号 表 示 从 孔 洞 内 计 算 ， 正 号 表 示 x在 颗粒 内 计 算 半 径 值 。 材 料 合 成 29 同 时 可 注 意 到 ， 颈 部 凹 表 面 拉 伸 应 力 的 存 在 ， 相 当 于有 压 应 力 作 用 在 两 球 接 触 面 的 中 心 线 上 使 两 球 靠 近 。人 们 常 常 对 颈 部 的 拉 伸 应 力 为 负 号 感 到 难 以 理 解 ， 因 为 安连 续 力 学 定 义 ， 拉 伸 应 力 为 正 ， 压 应 力 为 负 。 可 以 这 样 解 释 ： 为 负 指 的 是 对 颈 部 而 言 ， 实 际 上 它 指 向孔 洞 中 心 ， 对 颈 部 为 拉 伸 应 力 ， 对 孔 洞 则 为 压 应 力 ， 的存 在 使 遍 及 压 坯 的 孔 洞 都 受 一 个 指 向 各 孔 洞 中 心 的 压 应 力 ，这 样 理 解 为 负 与 连 续 力 学 的 定 义 就 并 不 矛 盾 了 。 材 料 合 成 30 （ 3） 化 学 位 梯 度 驱 动 力对 于 单 相 系 统 ， 粉 末 接 触 区 的 本 征 拉 普 拉 斯 应 力 在 弯 曲的 颈 表 面 与 平 表 面 之 间 产 生 一 个 化 学 位 差 ：= 式 中 原 子 体 积 。这 个 化 学 位 差 可 以 转 换 成 化 学 位 梯 度 。 而 化 学 位 梯 度 即 为 烧 结 驱 动 力 。 材 料 合 成 31 用 化 学 位 梯 度 来 定 义 烧 结 过 程 的 热 力 学 驱 动 力 具 有 普遍 意 义 。 对 于 多 相 系 统 ， 犹 豫 化 学 组 元 的 加 入 引 起 自 由 能变 化 ， 及 由 于 外 部 施 加 应 力 引 起 的 自 由 能 变 化 ， 都 可 以 用化 学 位 的 差 来 计 算 m iV 式 中 ii化 学 组 元 的 化 学 位 ； 应 力 ； 未 加 入 i组 元 时 的 化 学 位 ； Vm摩 尔 体 积 。 材 料 合 成 32 材 料 合 成 33 3 固 相 烧 结 动 力 学 烧 结 过 程 除 了 要 有 推 动 力 外 ， 还 必 须 有 颗 粒 的 键 合 和物 质 的 传 递 过 程 ， 这 样 才 能 使 气 孔 逐 渐 得 到 填 充 ， 使 坯 体由 疏 松 变 得 致 密 。 固 相 烧 结 的 主 要 传 质 方 式 有 蒸 发 -凝 聚 、扩 散 传 质 粘 滞 流 动 与 塑 性 流 动 、 溶 解 和 沉 淀 。 实 际 上 烧 结 过 程 中 物 质 传 递 现 象 颇 为 复 杂 ， 不 可 能 用一 种 机 理 来 说 明 一 切 烧 结 现 象 ， 多 数 学 者 认 为 ， 在 烧 结 过程 中 可 能 有 几 种 传 质 机 理 在 起 作 用 。 但 在 一 定 条 件 下 ， 某种 机 理 占 主 导 作 用 ， 条 件 改 变 起 主 导 作 用 的 机 理 有 可 能 随之 改 变 。 材 料 合 成 34 （ 1） 颗 粒 的 黏 附 作 用 把 两 根 新 拉 制 的 玻 璃 显 微 相 互 叠 放 在 一 起 ， 然 后 沿 纤维 长 度 方 向 轻 轻 的 相 互 对 拉 ， 即 可 发 现 其 运 动 是 粘 滞 的 ，两 个 玻 璃 纤 维 会 互 相 黏 附 一 段 时 间 ， 直 到 玻 璃 纤 维 弯 曲 时才 被 拉 开 ， 这 说 明 玻 璃 纤 维 在 接 触 处 产 生 黏 附 作 用 。 许 多 其 他 实 验 也 同 样 证 明 ， 只 要 两 固 体 表 面 是 新 鲜 或清 洁 的 ， 而 且 其 中 一 个 是 足 够 细 或 薄 的 ， 黏 附 现 象 总 会 发生 。 倘 若 用 两 根 粗 的 玻 璃 棒 做 实 验 ， 则 上 述 的 黏 附 现 象 难于 被 觉 察 。 这 是 因 为 一 般 固 体 表 面 即 使 肉 眼 看 来 是 足 够 光洁 的 ， 但 从 分 子 尺 度 看 仍 是 很 粗 糙 的 ， 彼 此 间 接 触 面 积 很小 ， 因 而 粘 附 力 比 起 两 者 的 质 量 就 显 得 很 小 之 故 。 材 料 合 成 35 由 此 可 见 ， 黏 附 是 固 体 表 面 的 普 遍 性 质 ， 它 起 因 于 固体 表 面 力 。 当 两 个 表 面 靠 近 到 表 面 力 场 作 用 范 围 时 既 发 生键 合 黏 附 。 黏 附 力 的 大 小 直 接 取 决 于 物 体 表 面 能 和 接 触 面积 ， 故 粉 状 物 料 间 的 黏 附 作 用 特 别 显 著 。 让 两 个 表 面 均 润湿 一 层 水 膜 的 球 形 粒 子 彼 此 接 触 ， 水 膜 将 在 水 的 表 面 张 力作 用 下 变 形 ， 使 两 个 颗 粒 迅 速 拉 紧 靠 拢 聚 合 。 材 料 合 成 36 在 这 个 过 程 中 水 膜 的 总 表 面 积 减 少 了 s， 系 统 总 表 面积 降 低 了 s， 在 两 个 颗 粒 间 形 成 了 一 个 曲 率 半 径 为 的 透镜 状 接 触 区 （ 通 常 称 颈 部 ） 。 对 于 没 有 水 膜 的 固 体 粒 子 ，因 固 体 的 刚 性 使 它 不 能 像 水 膜 那 样 迅 速 而 明 显 的 变 形 ， 然而 相 似 的 作 用 仍 然 发 生 。 因 为 当 黏 附 力 足 以 使 固 体 粒 子 在 接 触 点 处 产 生 微 小 塑性 变 形 时 ， 这 种 变 形 会 导 致 接 触 面 积 的 增 大 ， 而 扩 大 了 接触 面 ， 会 使 黏 附 力 进 一 步 增 加 。 因 此 ， 黏 附 作 用 是 烧 结 的初 级 阶 段 ， 导 致 粉 体 颗 粒 间 产 生 键 合 、 靠 拢 和 重 排 ， 并 开始 形 成 接 触 区 的 一 个 原 因 。 材 料 合 成 37 （ 2） 物 质 的 传 递 过 程（ a） 蒸 发 和 凝 聚 在 一 弯 曲 表 面 ， 如 球 状 颗 粒 的 任 一 部 分 （ 球 冠 ） 、 两 颗粒 间 的 颈 部 、 陶 瓷 生 坯 中 的 气 孔 等 ， 在 表 面 张 力 作 用 下 ，将 产 生 一 个 曲 面 压 力 p， 设 球 状 颗 粒 的 曲 率 半 径 为 r， 表 面张 力 为 ， 则 得 ： 2p r 从 上 式 可 以 看 出 ， 曲 率 半 径 愈 小 ， 则 p愈 大 。 当 r接 近 于 无 穷时 即 表 面 为 平 面 时 ， p=0； 对 于 凸 曲 面 ， p为 正 ， 表 示 该 曲 面 上 的 蒸 气 压 高 于 平 面 ； 对 于 凹 曲 面 ， p为 负 表 示 蒸 气 压 小 于 平 面 。 材 料 合 成 38 具 有 弯 曲 表 面 的 颗 粒 ， 与 平 面 相 比 ， 有 多 余 的 表 面自 由 能 Z： 2pZ V V r 式 中 V 摩 尔 体 积由 该 式 可 知 ： 凸 曲 面 颗 粒 的 Z为 正 ； 平 面 的 Z=0； 凹 曲 面 的 Z为 负 ； 说 明 凸 曲 面 的 表 面 自 由 能 最 大 ； 凹 曲 面 的 表面 自 由 能 最 小 。 材 料 合 成 39 在 高 温 下 具 有 较 高 蒸 气 压 的 陶 瓷 系 统 ， 在 烧 结 过 程 中 由 于 颗 粒之 间 表 面 曲 率 的 差 异 ， 造 成 各 部 分 蒸 气 压 不 同 ， 物 质 从 蒸 气 压 铰 高 的凸 曲 面 蒸 发 ， 通 过 气 相 传 递 在 蒸 气 压 较 低 的 凹 曲 面 处 (两 颗 粒 间 的预 部 ） 凝 聚 ， 如 图 7.4所 示 。 这 样 就 使 颗 粒 间 的 接 触 面 积 增 加 ， 颗 粒和 气 孔 的 形 状 改 变 ， 导 致 坯 体 逐 步 致 密 化 。 图 7.4 物 质 传 递 的 蒸 发 和 凝 聚 机 理 示 意 图(a)两 球 间 距 不 变 ； (b)两 球 互 相 接 近 材 料 合 成 40 （ b） 扩 散 在 高 温 下 挥 发 性 小 的 陶 瓷 原 料 ， 其 物 质 主 要 通 过 表 面扩 散 和 体 积 扩 散 进 行 传 递 ， 烧 结 是 通 过 扩 散 来 实 现 的 。 扩 散 传 质 是 质 点 （ 或 空 位 ） 借 助 于 浓 度 梯 度 推 动 而 迁移 传 质 过 程 。 实 际 晶 体 中 往 往 有 许 多 缺 陷 ， 当 缺 陷 出 现 浓 度 梯 度 时 ，它 就 会 由 浓 度 大 的 地 方 向 浓 度 小 的 地 方 作 定 向 扩 散 。 若 缺陷 是 填 隙 离 子 则 离 子 的 扩 散 方 向 和 缺 陷 的 扩 散 方 向 一 致 ；若 缺 陷 是 空 位 ， 则 离 子 的 扩 散 万 向 与 缺 陷 的 扩 散 方 向 相 反 。晶 体 中 的 空 位 越 多 ， 离 子 迁 移 就 越 容 易 。 离 子 的 扩 散 和 空位 的 扩 散 都 是 物 质 的 传 递 过 程 ， 研 究 扩 散 引 起 的 烧 结 般 可 用 空 位 扩 散 的 概 念 来 描 述 。 材 料 合 成 41 对 于 不 受 应 力 作 用 的 晶 体 ， 其 空 位 浓 度 Co取 决 于 温 度T和 形 成 空 位 所 需 的 能 量 Gf， 即 ： )exp( kTGNnC foo 倘 若 质 点 （ 原 子 或 离 子 ） 的 直 径 为 ， 并 近 似 地 令 空 位体 积 为 3， 则 在 颈 部 区 域 每 形 成 一 个 空 位 时 ， 毛 细 孔 引 力 所做 的 功 W=3/.故 在 颈 部 表 面 形 成 一 个 空 位 所 需 的 能 量 应为 G f-3/， 相 应 的 空 位 浓 度 为 ： )exp( 3kTkTGC f 材 料 合 成 42 颈 部 表 面 的 过 剩 空 位 浓 度 为 ： 1exp 300 0 kTCCCCC 一 般 烧 结 温 度 下 3 RT， 于 是 上 式 简 化 为 则 ： 0CC 3/kt 材 料 合 成 43 在 这 个 空 位 浓 度 差 推 动 下 ， 空 位 从 颈 部 表 面 不 断 地 向 颗粒 的 其 他 部 位 扩 散 ， 而 固 体 质 点 则 颈 部 逆 向 扩 散 。 这 时 ，颈 部 表 面 起 着 空 位 源 作 用 ， 由 此 迁 移 出 去 的 空 位 最 终 必 在颗 粒 的 其 他 部 位 消 失 ， 这 个 消 失 空 位 的 场 所 也 可 称 为 阱 ，它 实 际 上 就 是 提 供 形 成 颈 部 的 原 子 或 离 子 的 物 质 源 。 在 一定 温 度 下 空 位 浓 度 差 是 与 表 面 张 力 成 比 例 的 ， 因 此 由 扩 散机 制 进 行 的 烧 结 过 程 ， 其 推 动 力 也 是 表 面 张 力 。 材 料 合 成 44 由 于 空 位 扩 散 既 可 以 沿 颗 粒 表 面 或 界 面 进 行 ， 液可 以 通 过 颗 粒 内 部 进 行 ， 并 在 颗 粒 表 面 或 颗 粒 间 界 面上 消 失 。 为 了 区 别 ， 通 常 分 别 称 为 表 面 扩 散 、 界 面 扩散 和 体 积 扩 散 。 有 时 晶 体 内 部 缺 陷 处 也 可 以 出 现 空 位 ，这 时 则 可 以 通 过 质 点 向 缺 陷 处 扩 散 而 该 空 位 迁 移 界 面上 消 失 ， 此 称 为 从 缺 陷 开 始 的 扩 散 。 材 料 合 成 45 影 响 扩 散 传 质 的 因 素 比 较 多 ， 如 材 料 组 成 、 材 料 的颗 粒 度 ， 温 度 、 气 氛 、 显 微 结 构 、 晶 格 缺 陷 等 ， 其 中 最 主要 的 是 温 度 和 组 成 ， 在 陶 瓷 材 料 中 阴 离 子 和 阳 离 子 两 者 的扩 散 系 数 都 必 须 考 虑 在 内 ， 一 般 由 扩 散 较 慢 的 离 子 控 制 整个 烧 结 速 率 。 加 入 添 加 物 ， 增 加 空 位 数 目 ， 也 会 因 扩 散 速率 变 化 而 影 响 烧 结 速 率 。 材 料 合 成 46 （ c） 粘 滞 流 动 与 塑 性 流 动 液 相 烧 结 的 基 本 原 理 与 固 相 烧 结 有 类 似 之 处 ， 推 动 力仍 然 是 表 面 能 。 不 同 的 是 烧 结 过 程 与 液 相 量 、 液 相 性 质 、固 相 在 液 相 中 的 溶 解 度 、 润 湿 行 为 有 密 切 关 系 。 因 此 ， 液相 烧 结 动 力 学 研 究 比 固 相 烧 结 更 为 复 杂 。粘性流动： 在 液 相 含 量 很 高 时 ， 液 相 具 有 牛 顿 型 液 体 的 流动 性 质 ， 这 种 粉 末 的 烧 结 比 较 容 易 通 过 粘 性 流 动 达 到 平 衡。 除 有 液 相 存 在 的 烧 结 出 现 粘 性 流 动 外 ， 佛 伦 科 尔 认 为 ，在 高 温 下 晶 体 颗 粒 也 具 有 流 动 性 质 ， 它 与 非 晶 体 在 高 温 下的 粘 性 流 动 机 理 是 相 同 的 。 材 料 合 成 47 在 高 温 下 物 质 的 粘 性 流 动 可 以 分 两 个 阶 段 ：stage 1物 质 在 高 温 下 形 成粘 性 液 体 ， 相 邻 颗粒 中 心 互 相 逼 近 ，增 加 接 触 面 积 接着 发 生 颗 粒 问 的 粘合 作 用 和 形 成 些封 闭 气 孔 ； stage 2封 闭 气 孔 的 粘 性 压紧 ， 即 小 气 孔 在 玻璃 相 包 围 压 力 作 用下 由 于 粘 性 流 动而 密 实 化 。 材 料 合 成 48 决 定 烧 结 致 密 化 速 率 主 要 有 三 个 参 数 ：Diagram 2Diagra 2颗 粒 起 始 粒 径 表 面 张 力粘 度 原 料 的 起 始 粒 度 与 液 相 粘度 这 两 项 主 要 参 数 是 互 相 配 合的 ， 它 们 不 是 孤 立 地 起 作 用 ，而 是 相 互 影 响 的 。 材 料 合 成 49 为 了 使 液 相 和 固 相 颗 粒 结 合 更 好 ， 液 相 粘 度 不 能太 高 ， 若 太 高 ， 可 用 加 入 添 加 剂 降 低 粘 度 及 改 善 固 -液 相 之 间 的 润 湿 能 力 。 但 粘 度 也 不 能 太 低 ， 以 免 颗 粒直 径 较 大 时 ， 重 力 过 大 而 产 生 重 力 流 动 变 形 。 也 就 是说 。 颗 粒 应 限 制 在 某 一 适 当 范 围 内 ， 使 表 面 张 力 的 作用 大 亍 重 力 的 作 用 ， 所 以 在 液 相 烧 结 中 ， 必 须 采 用 细颗 粒 原 料 且 原 料 粒 度 必 须 合 理 分 布 。 材 料 合 成 50 塑性流动 ： 在 高 温 下 坯 体 中 液 相 含 量 降 低 ， 而 固 相 含量 增 加 ， 这 时 烧 结 传 质 不 能 看 成 是 牛 顿 型 流 体 ， 而 是 属于 塑 性 流 动 的 流 体 ， 过 程 的 推 动 力 仍 然 是 表 面 能 。 为 了尽 可 能 小 的 颗 粒 、 粘 度 及 较 大 的 表 面 能 。 在 固 -液 两 相 系 统 中 ， 液 相 量 占 多 数 且 液 相 粘 度 较 低时 ， 烧 结 传 质 以 粘 流 性 流 动 为 主 ， 而 当 固 相 量 占 多 数 或 粘度 较 高 时 则 以 塑 性 流 动 为 主 。 实 际 上 ， 烧 结 时 除 有 不 同 固相 、 液 相 外 ， 还 有 气 孔 存 在 ， 因 此 比 实 际 情 况 要 复 杂 的 多 。 材 料 合 成 51 塑 性 流 动 传 质 过 程 在 纯 固 相 烧 钻 中 同 样 也 存 在 ， 可以 认 为 晶 体 在 高 温 、 高 压 作 用 下 产 生 流 动 是 由 于 晶 体 晶面 的 滑 移 ， 即 晶 格 间 产 生 位 错 ， 而 这 种 滑 移 只 有 超 过 某一 应 力 值 才 开 始 。 材 料 合 成 52 （ d） 溶 解 和 沉 淀 在 烧 结 时 固 、 液 两 相 之 间 发 生 如 下 传 质 过 程 ： 固 相分 散 于 液 相 中 ， 并 通 过 液 相 的 毛 细 管 作 用 在 颈 部 重 新 排列 ， 成 为 更 紧 密 的 堆 积 物 ； 细 小 颗 粒 （ 其 溶 解 度 较 高 ）以 及 一 般 颗 粒 的 表 面 凸 起 部 分 溶 解 进 入 液 相 ， 并 通 过 液相 移 到 粗 颗 粒 表 面 （ 这 里 溶 解 度 较 低 ） 而 沉 淀 下 来 。 材 料 合 成 53 这 种 传 质 过 程 发 生 与 具 有 下 列 条 件 的 物 质 体 系 中 ：n 有 足 量 的 液 相 生 成 ；n 液 相 能 润 湿 固 相 ；n 固 相 在 液 相 中 有 适 当 的 溶 解 度 。其 间 存 在 这 样 的 关 系 ： RTrMCC SL2ln 0 式 中 C、 C0小 颗 粒 和 普 通 颗 粒 的 溶 解 度 ； r小 颗 粒 半 径 ； 固 -液 相 界 面 张 力 。SL 材 料 合 成 54 由 上 式 可 见 ， 溶 解 度 随 颗 粒 半 径 减 少 而 增 大 ， 故 小 颗粒 将 优 先 地 溶 解 ， 并 通 过 液 相 不 断 向 周 围 扩 散 ， 使 液 相 中该 位 置 的 浓 度 随 之 增 加 ， 当 达 到 较 大 颗 粒 的 饱 和 浓 度 时 ，就 会 在 其 表 面 沉 淀 析 出 这 就 使 粒 界 不 断 推 移 ， 大 小 颗 粒 间空 隙 不 断 被 充 填 从 而 导 致 烧 结 和 致 密 化 。 这 种 通 过 液 相 传质 的 机 理 称 溶 解 -沉 淀 机 理 。 材 料 合 成 55 溶 解 -沉 淀 传 质 过 程 的 推 动 力 是 细 颗 粒 间 液 相 对 毛 细 管压 力 。 而 传 质 过 程 是 以 下 列 方 式 进 行 的 ： 第 一 ， 随 着 烧 结 温 度 提 高 ， 出 现 足 够 量 液 相 。 固 相 颗粒 分 散 在 液 相 中 ， 在 液 相 毛 细 管 的 作 用 下 颗 粒 相 对 侈 动 ，发 生 重 新 排 列 ， 得 到 一 个 更 紧 密 的 堆 积 ， 结 果 提 高 了 坯 体的 密 度 。 这 一 阶 段 的 收 缩 量 与 总 收 缩 的 比 取 决 于 液 相 的 数量 。 当 液 相 数 最 大 于 35 (体 积 ） 时 ， 这 一 阶 段 是 完 成 坯体 收 缩 的 主 要 阶 段 ， 其 收 缩 率 相 当 于 总 收 缩 率 的 60%左 右 。 材 料 合 成 56 第 二 ， 薄 膜 的 液 膜 分 开 的 颗 粒 之 间 搭 桥 ， 在 接 触 部 位 有高 的 局 部 应 力 导 致 塑 性 变 形 和 蠕 变 。 这 样 促 进 颗 粒 进 一步 重 排 ；第 三 ， 通 过 液 相 的 重 结 晶 过 程 ， 这 一 阶 段 特 点 是 细 小 颗粒 的 和 固 体 颗 粒 表 面 凸 起 部 分 的 溶 解 ， 通 过 液 相 转 移 并在 粗 颗 粒 表 面 上 析 出 。 在 颗 粒 生 长 和 形 状 改 变 的 同 时 ，使 坯 体 进 一 步 致 密 化 。 颗 粒 之 间 有 液 相 存 在 时 颗 粒 互 相压 紧 ， 颗 粒 间 在 压 力 作 用 下 又 提 高 了 固 体 物 质 在 液 相 中的 溶 解 度 。 材 料 合 成 57 4 热 压 过 程 的 基 本 规 律 由 微 观 的 原 子 （ 或 空 位 ） 迁 移 机 制 研 究 宏 观 的 蠕 变 行为 ， 原 子 （ 或 空 位 ） 迁 移 的 所 有 途 径 几 乎 都 得 到 了 不 同 程度 的 理 论 处 理 。 除 Nabarro-Herring的 体 积 扩 散 ， Coble的晶 界 扩 散 ， Weertman的 位 错 攀 移 外 ， Ashby研 究 了 空 位 通过 晶 格 沿 晶 界 刃 的 扩 散 蠕 变 ， Nabarro还 研 究 了 位 错 作 为空 位 源 或 阱 的 扩 散 蠕 变 及 空 位 沿 位 错 芯 的 管 扩 散 蠕 变 ，Langdon则 研 究 了 近 晶 界 区 的 以 晶 界 滑 移 的 位 错 机 制 的 扩散 蠕 变 。 材 料 合 成 58 从 不 同 机 制 导 出 的 蠕 变 速 率 ， 可 以 归 结 成 如 下 的 一 个通 式 ： 式 中 A（ T） 温 度 的 函 数 ， 并 包 括 了 材 料 的 某 些物 理 常 数 。 机 制 主 要 的 区 别 在 于 应 力 指 数 n和 晶 粒 尺 寸 指 数 m的不 同 和 扩 散 系 数 的 选 用 。 材 料 合 成 59 材 料 合 成 60 （ 1） 加 压 烧 结 幂 指 数 蠕 变 在 高 温 下 同 时 施 加 单 轴 应 力 (热 压 ） 或 等 静 压 力 (热 等静 压 ） ， 可 以 使 烧 结 体 达 到 全 致 密 （ 理 沦 密 度 ） 。 这 是 制备 现 代 陶 瓷 、 高 温 合 金 等 高 性 能 粉 末 材 料 的 重 要 工 艺 方 法 。这 种 烧 结 过 程 称 之 为 压 力 烧 结 或 加 压 烧 结 。 在 加 压 烧 结 过 程 中 粉 末 体 的 变 形 是 在 应 力 和 温 度 同时 作 用 下 的 变 形 。 物 质 迁 移 可 能 通 过 位 错 滑 移 ， 攀 移 、 扩散 、 扩 散 蠕 变 等 多 种 机 制 完 成 。 烧 结 阶 段 也 与 不 加 压 固 相烧 结 的 以 孔 洞 缓 慢 的 形 状 变 化 为 特 征 的 阶 段 有 所 不 同 。 材 料 合 成 61 一 般 可 以 把 这 类 加 压 烧 结 分 成 两 大 阶 段 来 认 识 。 Ashby把 这两 个 阶 段 分 为 孔 隙 连 通 阶 段 相 孤 立 孔 洞 阶 段 。 图 8.5是 这 两 个 阶段 的 示 意 图 。 材 料 合 成 62 材 料 合 成 63 在 加 压 烧 结 致 密 化 的 第 一 阶 段 (也 可 称 为 烧 结 初 期 ） ，应 力 的 施 加 首 先 使 颗 粒 接 触 区 发 生 塑 性 屈 服 。 而 后 在 增 加了 的 接 触 区 形 成 幂 指 数 蠕 变 区 ， 各 类 蠕 变 机 制 导 致 物 质 迁移 。 同 时 ， 原 于 或 空 位 不 可 避 免 地 发 生 体 积 扩 散 相 晶 界 扩散 。 晶 界 中 的 位 错 也 可 能 沿 晶 界 攀 移 ， 导 致 晶 界 滑 动 。 第一 阶 段 的 主 要 特 征 是 孔 洞 仍 然 连 通 。 材 料 合 成 64 在 加 压 烧 结 第 二 阶 段 (也 可 称 为 烧 结 末 期 )， 上 述 机 制仍 然 存 在 只 不 过 孔 洞 成 为 孤 立 的 闭 孔 ， 位 于 晶 界 相 交 处 。同 时 ， 并 不 排 除 在 晶 粒 内 部 孤 立 存 在 的 微 孔 。 在 第 一 阶 段 发 生 的 塑 性 屈 服 是 一 个 快 过 程 ， 而 蠕 变 是一 个 慢 过 程 。 通 常 的 压 力 烧 结 的 应 力 水 平 还 不 足 以 使 材 料全 部 屈 服 发 生 塑 性 流 动 。 因 而 研 究 压 力 烧 结 的 蠕 变 致 密 化规 律 是 重 要 的 。 材 料 合 成 65 （ 2） 加 压 位 错 增 值 金 属 粉 末 烧 结 体 往 往 是 松 散 粉 末 装 入 摸 具 中 在 压 力 下 压制 成 的 压 坯 。 压 制 压 力 的 施 加 ， 也 往 往 使 压 坯 内 的 位 错 密度 大 幅 度 增 加 。 Milosevski等 人 1982年 研 究 了 软 金 届 Cu粉 于 室 温 下 在l00-1100MPa压 力 下 压 制 时 ， 压 坏 位 错 密 度 的 变 化 趋 势 。用 Cu的 X射 线 衍 射 谱 11l晶 面 (2 =43.23 )和 002晶 面(2 =5.35 )的 衍 射 峰 为 一 句 ， 用 下 式 计 算 为 错 密 度 ： N=A2 式 中 A 常 数 ， 约 为 2 1016cm -2； 衍 射 峰 半 宽 。 材 料 合 成 66 位 错 密 度 的 最 小 值 可 用 于 下 式 估 计 ： Nmm=3/Dd2 式 中 Dd晶 体 尺 寸 ， 由 D=K0.9/(cos)确 定 ，其 中 K=0.9取 决 于 晶 体 形 状 ， 为 波 长 （ Cu-K靶 ，15.4178pm） ， 为 Bragg角 。 测 量 和 计 算 的 位 错 密 度 、 压 坯 相 对 密 度 和 压 制 压 力的 数 值 如 表 7-4所 示 。 由 表 可 知 对 于 软 金 属 Cu， 在非 常 低 的 压 制 压 力 （ 1000MPa） 下 ， 压 坯 的 位 错 密 度已 达 到 10 10cm-2数 量 级 。 材 料 合 成 67 材 料 合 成 68 7.2.3热压烧结的适用范围 热 压 烧 结 与 常 压 烧 结 相 比 ， 烧 结 温 度 要 低 得 多 ， 而 且烧 结 体 中 气 孔 率 低 ， 密 度 高 。 由 于 在 较 低 温 度 下 烧 结 ， 就抑 制 了 晶 粒 的 生 长 ， 所 得 的 烧 结 体 晶 粒 较 细 ， 并 具 有 较 高的 机 械 强 度 。 热 压 烧 结 广 泛 地 用 于 在 普 通 无 压 条 件 下 难 致密 化 的 材 料 的 制 备 及 纳 米 陶 瓷 的 制 备 。例 ： 纳 米 ZrO2（ 3Y） 粉 体 采 用 溶 胶 -凝 胶 法 制 备 ， 经550 温 度 煅 烧 2h， 获 得 粒 径 约 40nm的 ZrO=（ 3Y） 粉 体 。将 粉 体 置 于 氧 化 铝 磨 具 中 ， 加 载 23MPa的 外 压 后 ， 以20 /min的 速 度 升 温 到 1300 ， 保 温 1h后 以 10 /min的 速度 降 至 室 温 ， 获 得 的 致 密 的 纳 米 Y-TZP陶 瓷 ， 晶 粒 尺 寸 约为 90nm。 材 料 合 成 69 在 现 代 材 料 工 业 中 ， 用 粉 体 原 料 烧 结 成 型 的 产 业 有 两类 ， 一 个 是 粉 末 冶 金 产 业 ， 一 个 是 特 种 陶 瓷 产 业 。 所 使 用 的 烧 结 工 艺 方 法 主 要 有 两 种 ， 一 种 是 冷 压 成 型然 后 烧 结 ： 另 一 种 是 热 压 烧 结 。 实 验 证 明 ， 采 用 真 空 热 压 烧 结 可 以 使 产 品 无 氧 化 、 低孔 隙 、 少 杂 质 、 提 高 合 金 化 程 度 ， 从 而 提 高 产 品 的 综 合 性能 材 料 合 成 70 采 用 真 空 热 压 烧 结 是 一 个 技 术 进 步 ,应 有 广 阔 的 市 场 需要 ， 其 应 用 领 域 有 ：(1)工 具 类 ： 金 刚 石 及 立 方 氮 化 硼 制 品 ： 硬 质 合 金 制 品 ;金属 陶 瓷 、 粉 末 高 速 钢 制 品 。(2)电 工 类 ： 软 磁 、 硬 磁 、 高 温 磁 性 材 料 ； 铁 氧 体 、 电 触 头材 料 、 金 属 电 热 材 料 、 电 真 空 材 料 。(3)特 种 材 料 类 ： 粉 末 超 合 金 、 氧 化 物 弥 散 强 化 材 料 、 碳(硼 、 氮 )化 物 弥 散 强 化 材 料 、 纤 维 强 化 材 料 、 高 纯 度 耐 热金 属 (钽 、 铌 、 钼 、 钨 、 铍 )与 合 金 、 复 合 金 属 等 。(4)机 械 零 件 类 ： 广 泛 应 用 于 汽 车 、 飞 机 、 轮 船 、 农 机 、 办公 机 械 、 液 压 件 、 机 床 、 家 电 等 领 域 。 特 别 是 耐 磨 与 易 损的 关 键 零 件 。 材 料 合 成 71 7.3热压烧结工艺7.3.1 热压烧结生产工艺种类真 空 热 压 气 氛 热 压震 动 热 压均 衡 热 压热 等 静 压反 应 热 压超 高 压 烧 结 材 料 合 成 72 真 空 和 气 氛 热 压1 对 于 空 气 中 很 难 烧 结 的 制 品 (如 透 光 体 或 非 氧 化 物 )，为 防 止 其 氧 化 等 ， 研 究 了 气 氛 烧 结 方 法 。 即 在 炉 膛 内 通入 一 定 气 体 ， 形 成 所 要 求 的 气 氛 ， 在 此 气 氛 下 进 行 烧 结 。而 真 空 热 压 则 是 将 炉 膛 内 抽 成 真 空 。 先 进 陶 瓷 中 引 人 注 目 的 Si3N4、 SiC等 非 氧 化 物 ， 由于 在 高 温 下 易 被 氧 化 ， 因 而 在 氮 及 惰 性 气 体 中 进 行 烧 结 。对 于 在 常 压 下 易 于 气 化 的 材 料 ， 可 使 其 在 稍 高 压 力 下 烧结 。 材 料 合 成 73 2 热 等 静 压 法 (hot isostatic pressing)热 等 静 压 是 指 对 装 于 包 套 之 中 的 松 散 粉 末 加 热 的 同 时对 其 施 加 各 向 同 性 的 等 静 压 力 的 烧 结 过 程 。 热 等 静 压 的 压 力 传 递 介 质 为 惰 性 气 体 。 热 等 静 压 工 艺是 将 粉 末 压 坯 或 装 入 包 套 的 粉 料 故 人 高 压 容 器 中 ， 使粉 料 经 受 高 温 和 均 衡 压 力 的 作 用 ， 被 烧 结 成 致 密 件 。 材 料 合 成 74 热 等 静 压 强 化 了 压 制 和 饶 结 过 程 降 低 烧 结 温 度 ， 消除 空 隙 ， 避 免 晶 粒 长 大 ， 可 获 得 高 的 密 度 和 强 度 。 同 热压 法 比 较 ， 热 等 静 压 温 度 低 ， 制 品 密 度 提 高 。 材 料 合 成 75 3 反 应 热 压 烧 结 这 是 针 对 高 温 下 在 粉 料 中 可 能 发 生 的 某 种 化 学 反 应 过程 。 因 势 利 导 ， 加 以 利 用 的 一 种 热 压 烧 结 工 艺 。 也 就 是 指在 烧 结 传 质 过 程 中 ， 除 利 用 表 面 自 由 能 下 降 和 机 械 作 用 力推 动 外 ， 再 加 上 一 种 化 学 反 应 能 作 为 推 动 力 或 激 活 能 。 以降 低 烧 结 温 度 ， 亦 即 降 低 了 烧 结 难 度 以 获 得 致 密 陶 瓷 。 材 料 合 成 76 从 化 学 反 应 的 角 度 看 ， 可 分 为 相 变 热 压 烧 结 、 分 解热 压 烧 结 ， 以 及 分 解 合 成 热 压 烧 结 三 种 类 型 。 从 能 量 及结 构 转 变 的 过 程 看 ， 在 多 晶 转 变 或 煅 烧 分 解 过 程 中 ， 通常 都 有 明 显 的 热 效 应 ， 质 点 都 处 于 一 种 高 能 、 介 稳 和 接收 调 整 的 超 可 塑 状 态 。 此 时 ， 促 使 质 点 足 够 的 机 械 应 力 ，以 诱 导 、 触 发 、 促 进 其 转 变 ， 质 点 便 可 能 顺 利 地 从 一 种高 能 介 稳 状 态 ， 转 变 到 另 一 种 低 能 稳 定 状 态 ， 可 降 低 工艺 难 度 、 完 成 陶 瓷 的 致 密 烧 结 。 其 特 点 是 热 能 、 机 械 能 、化 学