6.2 粉末体烧结

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,6.2,粉末体烧结,第二节 粉末体烧结,坯体经干燥或预烧结后仍是粉末颗粒之间的机械咬和，强度低，不能直接应用。,须利用粉末颗粒表面能的驱动力，借助高温激活粉末中原子、离子等的运动和迁移，使粉末颗粒间增加粘结面，降低表面能，形成稳定的、所需强度的块体材料,高温烧结技术。,概述：,6.2,粉末体烧结,烧结固化,烧结热力学,烧结动力学,烧结技术,6.2.1,烧结原理,6.2,粉末体烧结,一、烧结原理,烧结概述,烧结的驱动力,烧结时物质的迁移,烧结的基本过程,影响烧结的主要因素,二、烧结工艺,概述,无压烧结,加压烧结,反应烧结,微波烧结,电火花等离子烧结,本节主要内容：,6.2,粉末体烧结,烧结：,指在高温作用下，坯体发生一系列物理化学变化，由松散状态逐渐致密化，且机械强度大大提高的过程。,在烧结中的物理化学变化包括：,有机物的挥发、坯体内应力的消除、气孔率的减少；,原子的扩散、粘性流动和塑性流动；,二次再结晶过程和晶粒长大；,生成液相时还可能发生固相的溶解与析出。,6.2.1,烧结原理,6.2,粉末体烧结,之,1:,概述,一,.,烧结原理,1.,概述,6.2.1,烧结原理,6.2,粉末体烧结,之,1:,概述,一,.,烧结原理,烧结分类：,固相烧结,液相烧结,烧结,单元系烧结,多元系烧结,烧结,烧结的驱动力：,体系的表面能,缺陷能,烧结原动力：,烧结颈部与粉末颗粒其它部位之间存在化学位差，,烧结原动力有,三种表现形式,：,表面张力；,过剩空位浓度梯度；,蒸气压差；,6.2.1,烧结原理,6.2,粉末体烧结,之,2:,烧结的驱动力,一,.,烧结原理,2.,烧结的驱动力,传质机理（四个过程）：,粘塑性流动过程；,扩散过程；,蒸发,凝结过程；,溶解,沉析过程。,物质迁移机制：,表面迁移,：表面扩散和蒸发,凝聚,体积迁移,：体积扩散、塑性流动以及非晶物质的粘性流动,6.2.1,烧结原理,6.2,粉末体烧结,之,3:,烧结时的物质迁移,一,.,烧结原理,3.,烧结时的物质迁移,按烧结机理，粉末坯体的高温烧结过程大致可分为三个阶段,：,初期烧结颈形成阶段；,中间烧结颈长大阶段；,最终烧结阶段；,6.2.1,烧结原理,6.2,粉末体烧结,之,4:,烧结的基本过程,一,.,烧结原理,4.,烧结的基本过程,单元固相烧结机制,颗粒的粘结,烧结颈长大,孔隙的球化,物质迁移过程,蒸发与凝聚,-Gibbs-Thomson,方程,d,1,0,d,2,收缩率,%,时 间,烧结温度对收缩率的影响,收缩率,%,粒 度,原料粒度对收缩率的影响,密 度,时 间,P,1,P,2,P,3,P,1,P,2,P,3,压力对烧结体密度的影响,烧结过程的实验规律,烧结温度升高收缩率增大,烧结时间延长收缩率增大,粉末粒度越细收缩率越高,压制压力越高烧结体密度越高,压制压力越高烧结体密度增大的幅度越小,粉末越细致密化速率越快,6.2.1,烧结原理,6.2,粉末体烧结,之,3:,烧结的影响因素,烧结炉：,工作特点：间歇式、连续式,加热方式：火焰加热,各类工业炉窑,电加热：电阻加热、感应加热,加热温度与发热体,烧结气氛：氧化、还原、惰性、真空,烧结材料：金属、氧化物陶瓷、特种陶瓷,6.2.2,烧结工艺,6.2,粉末体烧结,之,:,概述,二,.,烧结工艺,概述,无压烧结,加压烧结,（,1,）热压（,Hot-Pressing-HP,）,（,2,）,热等静压（,Hot,Isostatic,Pressing-HIP,）,（,3,）,烧结,热等静压（,Sintering-HIP,）,反应烧结,微波烧结,电火花等离子烧结,烧结方式,6.2.2,烧结工艺,6.2,粉末体烧结,之,:,概述,二,.,烧结工艺,概述,概念：在大气压或真空状态下，将压制的坯体置于烧结炉中，按一定的烧结制度进行加热的普通烧结。,烧结过程：,升温阶段,保温阶段,冷却阶段,固相烧结,升温速度,6.2.2,烧结工艺,6.2,粉末体烧结,之,1:,无压烧结,二,.,烧结工艺,1.,无压烧结,概念：是将加压和加热同时并用，以达到消除孔隙的目的，从而大幅度提高粉末制品的性能。,热压：将粉末装在压模内，在加压的同时把粉末加热到熔点以下，使之加速烧结成比较均匀致密的制品。,热等静压：把粉末压坯或把装入特制容器内的粉末置于热等静压机高压容器内，使其烧结成致密的材料或零件的过程。,烧结,热等静压：是把压坯放入烧结,热等静压设备的高压容器内，先进行脱蜡、烧结，再充入高压气体进行热等静压。,6.2.2,烧结工艺,6.2,粉末体烧结,二,.,烧结工艺,2.,加压烧结,之,2:,加压烧结,概念：,先将原材料粉末以适当方式成形后，在一定气氛中（如氮气）加热发生原位反应合成所要的材料并同时发生烧结。,相似技术：自蔓延高温合成,6.2.2,烧结工艺,6.2,粉末体烧结,二,.,烧结工艺,3.,反应烧结,之,3:,反应烧结,6.2.2,烧结工艺,6.2,粉末体烧结,二,.,烧结工艺,4.,微波烧结,之,4:,微波烧结,微波烧结过程的主要特点,微波特性,优点（与常规加热方式比较）,缺点,穿透辐射，直接整体加热,从内部加热材料，试样的表面温度较低；倒置的温度梯度；临时功率,/,温度响应；在清洁环境下加热材料,微波透明材料很难被加热；不良导体材料内部会形成大的温度梯度,可控的能量（场）分布,瞬时能量高度集中；优化功率,-,时间曲线，提高产量及改进质量；可以遥控操作，过程自动化,设备较为复杂、贵重；设备需专门设计,在临界温度以上材料的介电损耗迅速增加,快速加热（比常规快,550,倍）；快速干燥、排胶、不会引起开裂；降低过程成本（节省能源、时间、空间、劳动力等）,过快加热会导致“热斑”及,“热失控”；试样内部温度难于精确测定,对材料组分的耦合程度不同，选择性加热,可选择地加热材料内部或表面相；通过添加剂或表面涂层等可实现对微波透明型材料的烧结,有时会与不希望的杂质反应或与绝热层相污染,自控加热,当某一组分加热完成后，选择性加热可自行终止,难于维持某个确定温度,概念：,是利用粉末间火花放电所产生的等离子活化颗粒，同时在外力作下用进行的一种特殊烧结方法。,等离子在烧结方面的应用有以下特点：,烧结速率快；,烧结体具有较小的晶粒尺寸；,可烧成难烧结的材料，并且可获得较高烧结密度；,烧结材料的最终收缩和收缩率大；,烧结得到的材料具有较高的室温力学性能。,6.2.2,烧结工艺,6.2,粉末体烧结,二,.,烧结工艺,5.,电火花等离子烧结,之,3:,电火花等离子烧结,讨论习题,1.,名词解释：侧压力、外摩擦力、弹性后效、三轴压制、等静压成形、挤压成型、注射成型、注浆成形,2.,在压力作用下粉末的运动行为可分为哪几个阶段？,3.,模压成形包括哪些基本工艺步骤？,4.,坯体干燥过程分为哪几个阶段？,5.,烧结的原动力是什么？有哪些表现形式？,6.,按烧结机理，粉末坯体的烧结过程分为哪几个阶段？,7.,常见的烧结工艺有哪一些？,