粉末的烧结工艺
烧结的工艺技术
烧结的工艺技术烧结是一种重要的粉末冶金加工工艺，其主要用于生产金属粉末冶金制品。
烧结的工艺技术通常可以分为四个步骤：混合、压制、烧结和后处理。
首先是混合步骤。
混合是将不同金属粉末按照一定比例混合均匀。
混合的目的是将不同金属粉末充分混合，形成均匀的混合粉末。
接下来是压制步骤。
压制是将混合粉末放入模具中，并通过机械或液体压力对粉末进行分子压缩，使其形成一定形状。
压制的目的是提高粉末密度，增加粉末颗粒间的力学联系。
然后是烧结步骤。
烧结是通过高温和压力作用下，将粉末颗粒相互融合，形成致密的固体材料。
烧结的目的是使金属粉末颗粒间的结合力增强，从而提高材料的力学性能。
最后是后处理步骤。
后处理是将烧结得到的材料进行表面处理、热处理等工艺，以改善材料的性能。
后处理的目的是消除材料内部的缺陷，增强材料的强度和耐久性。
在烧结工艺中，一些关键参数对最终产品的品质和性能有着重要影响。
例如，烧结温度和时间决定了烧结过程中金属粉末颗粒的表面扩散速率和结合力形成，过高的温度和时间可能导致结合界面的烧结不均匀和晶粒长大，从而降低材料的力学性能。
压制力度的大小直接影响到烧结后的密度，过低的压制力度可能导致烧结后的材料孔隙率较高，而过高的压制力度则可能导致烧结成型困难。
此外，烧结工艺中的气氛和保护措施，以及烧结过程中的冷却速率等因素也会对烧结工艺和产品质量产生影响。
总的来说，烧结作为一种重要的粉末冶金加工工艺，具有许多优点，如可以制备高强度、高硬度和高耐磨性的制品，且原材料利用率高、产品尺寸精度高等。
但是，烧结工艺也存在一些挑战，如烧结时控制工艺参数较为复杂，产品质量易受原料和工艺影响，烧结成本相对较高等。
因此，烧结工艺技术的研究和改进仍然具有重要意义，可进一步提高产品质量和开发新材料。
粉末冶金烧结工艺
粉末冶金中的烧结烧结是粉末冶金过程中最重要的工序。
在烧结过程中，由于温度的变化粉末坯块颗粒之间发生粘结等物理化学变化，从而增加了烧结制品的电阻率、强度、硬度和密度，减小了孔隙度并使晶粒结构致密化。
一.定义将粉末或粉末压坯经过加热而得到强化和致密化制品的方法和技术。
二.烧结分类根据致密化机理或烧结工艺条件的不同，烧结可分为液相烧结、固相烧结、活化烧结、反应烧结、瞬时液相烧结、超固相烧结、松装烧结、电阻烧结、电火花烧结、微波烧结和熔浸等。
1.固相烧结：按其组元的多少可分为单元系固相烧结和多元系固相烧结两类。
单元系固相烧结纯金属、固定成分的化合物或均匀固溶体的松装粉末或压坯在熔点以下温度(一般为绝对熔点温度的2/3一4/5)进行的粉末烧结。
单元系固相烧结过程大致分3个阶段:(1)低温阶段(T烧毛0.25T熔)。
主要发生金属的回复、吸附气体和水分的挥发、压坯内成形剂的分解和排除。
由于回复时消除了压制时的弹性应力，粉末颗粒间接触面积反而相对减少，加上挥发物的排除，烧结体收缩不明显，甚至略有膨胀。
此阶段内烧结体密度基本保持不变。
(2)中温阶段(T烧(0.4~。
.55T动。
开始发生再结晶、粉末颗粒表面氧化物被完全还原，颗粒接触界面形成烧结颈，烧结体强度明显提高，而密度增加较慢。
(3)高温阶段(T烧二0.5一。
.85T熔)。
这是单元系固相烧结的主要阶段。
扩散和流动充分进行并接近完成，烧结体内的大量闭孔逐渐缩小，孔隙数量减少，烧结体密度明显增加。
保温一定时间后，所有性能均达到稳定不变。
（2）多元固相烧结：组成多元系固相烧结两种组元以上的粉末体系在其中低熔组元的熔点以下温度进行的粉末烧结。
多元系固相烧结除发生单元系固相烧结所发生的现象外，还由于组元之间的相互影响和作用，发生一些其他现象。
对于组元不相互固溶的多元系，其烧结行为主要由混合粉末中含量较多的粉末所决定。
如铜一石墨混合粉末的烧结主要是铜粉之间的烧结，石墨粉阻碍铜粉间的接触而影响收缩，对烧结体的强度、韧性等都有一定影响。
烧结车间工艺流程
烧结车间工艺流程烧结是一种制造材料的工艺，可以将粉末状的材料在高温下进行加压结合。
烧结车间是负责进行烧结工艺的生产车间。
以下是一个典型的烧结车间工艺流程的详细描述：1.原料准备：这是整个烧结工艺的第一步。
根据产品的要求，选取合适的原料进行准备。
原料一般为金属或陶瓷的粉末状物质。
原料的选择要考虑到材料的特性以及成本等因素。
2.粉末混合：将不同种类的原料粉末按照一定的比例混合在一起。
混合的目的是为了获得更好的材料性能，以及更均匀的成分分布。
3.粉末成型：将混合好的粉末放入成型模具中进行成型。
成型可以采用压制、挤压、注射等方法。
成型的目的是使粉末状物质形成所需的形状和尺寸，并为后续的烧结工艺做好准备。
4.脱模和处理：成型后的材料需要经过一定的处理才能进入下一步的烧结工艺。
这个处理过程包括脱模和除去可能存在的杂质等。
5.烧结：这是整个工艺流程中最关键的步骤。
烧结是将成型好的材料在高温下进行加压结合的过程。
烧结温度和时间的选择要根据材料的特性和产品的要求进行确定。
6.冷却和处理：烧结完成后，需要将材料进行冷却。
冷却的目的是使材料达到室温，并为后续的加工和使用做好准备。
冷却后，还需要对材料进行一定的处理，例如去除可能残留的烧结剂等。
7.加工和检验：冷却和处理完成后，材料需要进行加工和检验。
加工是为了获得所需的产品形状和尺寸，可以采用钻孔、铣削、磨削等方法。
检验是为了确保产品的质量，可以采用物理性能测试、化学成分分析等方法。
8.包装和成品入库：加工和检验完成后，产品需要进行包装，并进行标记和分类。
最后，产品被送入成品库存，等待交付给客户或进一步的加工使用。
以上是一个典型的烧结车间工艺流程的详细描述。
不同的烧结车间可能会根据产品的特点和工艺要求做出一些调整和改进。
这个工艺流程是一个基本的参考，可以帮助人们更好地了解烧结工艺的整个过程。
粉末烧结原理
粉末烧结原理
粉末烧结是一种常用的金属粉末加工技术，用于将细粉末颗粒通过加热和压制的方式，形成致密的固体材料。
其工作原理可简述如下：
1. 粉末制备：首先需要选择合适的金属粉末或其混合物，这些粉末通常具有较小的粒径和均匀的颗粒大小。
粉末制备过程可以包括球磨、气雾化、水热合成等手段，以获得所需的粉末。
2. 粉末混合：将所选的金属粉末混合均匀，以确保最终烧结体具有均一的组织结构和化学成分。
3. 压制成型：将混合的金属粉末置于模具中，并施加高压力以压制粉末。
压制的目的是使粉末颗粒之间发生变形，并使颗粒间的物理接触增加，促进后续烧结过程中的颗粒结合。
4. 烧结：将已压制成型的粉末坯体置于高温环境中进行加热处理。
在加热过程中，金属粉末颗粒之间发生扩散和结合，生成新的结晶颗粒，并形成致密的固体结构。
具体的烧结温度和时间取决于所使用的粉末和目标材料。
5. 冷却处理：完成烧结过程后，将烧结体从高温环境中取出，并进行冷却处理，使其达到室温。
冷却过程有助于固化和稳定烧结体的结构，并提高其力学性能。
总的来说，粉末烧结通过压制和加热金属粉末，使其颗粒结合并形成坚固的体材料。
这种方法可用于制备各种金属材料，具
有较高的加工效率和良好的成型能力，广泛应用于金属制造和材料工程领域。
粉末冶金新技术-烧结
用SPS制取块状纳米晶Fe90Zr7B3软磁的过程是: 先将由非 晶薄带经球磨制成的50～150μｍ非晶粉末装入WC/Co合金 模具内,并在SPS烧结机上烧结(真空度1×10-2Pa以下、升温 速度0.09~1.7K/s、温度673～873Ｋ、压力590MPa), 再把所 得的烧结体在1×10-2Pa真空下、以3 7K/s速度加热到923Ｋ、 保温后而制成。材料显示较好的磁性能：最大磁导率29800、 100Ｈｚ下的动态磁导率3430, 矫顽力12Ａ/ｍ。
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双频微波烧结炉 生产用大型微波烧结炉 已烧结成多种材料：如陶瓷和铁氧体等材料。另 外，在日本又开发出相似的毫米波烧结技术，并成功 地在2023K下保温1h烧结成全致密的AlN材料。
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2.爆炸压制技术 爆炸压制又称冲击波压制是一种有前途的工艺
方法,它在粉末冶金中发挥了很重要的作用, 爆炸压 制时,只是在颗粒的表面产生瞬时的高温,作用时间 短,升温和降温速度极快。适当控制爆炸参数,使得 压制的材料密度可以达到理论密度的90%以上,甚至 达到99%。
3）快速脉冲电流的加入, 无论是粉末内的放电部位还是焦耳 发热部位, 都会快速移动, 使粉末的烧结能够均匀化。
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与传统的粉末冶金工艺相比，SPS工艺的特点是：
• 粉末原料广泛：各种金属、非金届、合金粉末，特别是 活性大的各种粒度粉末都可以用作SPS 烧结原科。
• 成形压力低：SPS烛结时经充分微放电处理，烧结粉末表 面处于向度活性化状态．为此，其成形压力只需要冷压烧 结的l/10~1/20。
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SPS制备软磁材料 通常用急冷或喷射方法可得到FeMe(Nb、Zr、Hf)Ｂ的非 晶合金,在稍高于晶化温度处理后, 可得到晶粒数10ｎｍ，具有 体心立方结构，高Bs 、磁损小的纳米晶材料。但非晶合金目 前只能是带材或粉末, 制作成品还需要将带材重叠和用树脂固 结, 这使得成品的密度和Bs均变低。近年, 日本采用SPS工艺研 究FeMeＢ块材的成形条件及磁性能。
铝合金 粉末烧结
铝合金粉末烧结铝合金粉末烧结是一种先进的制造工艺，通过将铝合金粉末在高温下烧结成块状，可以制备出高强度、高耐磨性和耐腐蚀性的铝合金材料。
这种工艺在航空航天、汽车制造、机械制造等领域得到广泛应用。
铝合金粉末烧结的工艺过程相对简单，主要包括粉末制备、成型、烧结和后处理几个步骤。
首先，需要选择合适的铝合金粉末作为原料，粉末的粒度和成分对最终产品的性能有着重要影响。
然后，将粉末进行混合和球磨处理，以提高粉末的流动性和均匀性。
接下来，通过压制或注射成型将粉末转变为所需形状的坯料。
成型后的坯料需要经过除蜡和预烧处理，以去除残留的有机物和水分。
最后，将坯料置于高温热处理炉中进行烧结，使粉末颗粒之间发生结合，形成致密的铝合金材料。
铝合金粉末烧结具有许多优点。
首先，由于粉末颗粒在烧结过程中形成了致密的结合，因此制备出的铝合金材料具有较高的密度和致密性，从而提高了材料的力学性能。
其次，粉末烧结过程中可以控制材料的成分和微观结构，使得材料具有优异的性能，如高强度、高硬度和良好的耐磨性。
此外，铝合金粉末烧结还可以制备出复杂形状的零件，实现产品的多样化和个性化。
铝合金粉末烧结工艺也存在一些挑战和难点。
首先，粉末的制备和混合过程需要严格控制，以确保粉末的均匀性和流动性。
其次，烧结过程中需要控制烧结温度、保持合适的气氛和热处理时间，以避免材料的过烧或过热。
此外，粉末的烧结收缩率也需要进行准确的计算和控制，以保证最终产品的尺寸精度和形状稳定性。
铝合金粉末烧结技术的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，烧结制备的铝合金材料可以用于制造飞机零部件和航天器结构件，具有重量轻、强度高和耐腐蚀性好的特点。
在汽车制造领域，粉末烧结技术可以制备出高强度的发动机零部件和车身结构件，提高汽车的性能和燃油经济性。
在机械制造领域，铝合金粉末烧结材料可以用于制造轴承、齿轮和模具等高强度和耐磨性要求较高的零件。
此外，粉末烧结技术还可以应用于电子器件、医疗器械和能源领域。
粉末冶金原理-烧结
按烧结过程有无液相出现分类
■ 固相烧结： 单元系固相烧结：单相（纯金属、 化合物、固溶体）粉末的烧结： 烧结过程无化学反应、无新相形 成、无物质聚集状态的改变。 多元系固相烧结：两种或两种以 上组元粉末的烧结过程，包括反 应烧结等。 元限因溶系：Cu-Ni、Cu-Au、 Ag-Au等。 有限固溶系：Fe-C、Fe-Ni、FeCu、W-Ni等。 互不固溶系：Ag-W、Cu-W、 Cu-C等。
低包括下述几个方面： （1）由于颗粒结合面（烧结颈〉的增大和颗粒表面平直化，粉末体 的总比表面积和总表面自由能减小； （2）烧结体内孔隙的总体积和总表面积减小； （3）粉末颗粒内晶格畸变部分消除。
二、烧结的热力学问题
■ 粉末过剩自由能包括表面能和晶格畸变能，在烧结过程中特 别是早期阶段，作用较大的主要是表面能。
核，结晶长大等原子过程形成烧结颈。在这一阶段中，颗粒内的 晶粒不发生变化，颗粒外形也基本未变，整个烧结不发生收缩， 密度增加也极微，但是烧结体的强度和导电性由于颗粒结合面增 大而有明显增加。
粉末等温烧结过程的三个阶段
等温烧结过程按时间大致可分为三个界限不十分明显的阶段： 1、烧结颈长大阶段 ■ 原子向颗粒结合面的大量迁移使烧结颈扩大，颗粒间距离缩小，
（二）烧结机构的分类
2、宏观迁移：V-V ■ 体积扩散（volumeorlatticediffusion）：借助于空位运动，原子
等向颈部迁移。 ■ 粘性流动（viscousflow）：非晶材料，在剪切应力作用下，产生
粘性流动，物质向颈部迁移。 ■ 塑性流动（plasticflow）：烧结温度接近物质熔点，当颈部的拉
对烧结定义的理解1
■ 粉末也可以烧结（不一定要成形） 松装烧结，制造过滤材料（不锈钢，青铜，黄铜，铁等）和催化材料 （铁，镍，铂等）等。
烧结工艺说明
烧结工艺烧结是粉末或粉末压坯加热到低于其中基本成分的熔点的温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。
烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。
1.低温预烧阶段在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥发，压坯内成形剂的分解和排除等。
2.中温升温烧结阶段此阶段开始出现再结晶，在颗粒内，变形的晶粒得以恢复，改组为新晶粒，同时表面的氧化物被还原，颗粒界面形成烧结颈。
3.高温保温完成烧结阶段此阶段中的扩散和流动充分的进行和接近完成，形成大量闭孔，并继续缩小，使孔隙尺寸和孔隙总数有所减少，烧结体密度明显增加。
烧结生产工艺流程[1]1.烧结的概念将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，将矿粉颗粒黏结成块的过程。
2. 烧结生产的工艺流程目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。
烧结生产的工艺流程如图2—4所示。
主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序。
抽风烧结工艺流程烧结原料的准备①含铁原料含铁量较高、粒度<5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。
一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。
②熔剂要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3％左右，粒度小于3mm的占90％以上。
在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。
③燃料主要为焦粉和无烟煤。
对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10％，粒度小于3mm的占95％以上。
对入厂烧结原料的一般要求见表2—2。
入厂烧结原料一般要求配料与混合①配料配料目的：获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。
常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。
容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。
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式中：V、a3—原子体积 w—晶界宽度（原子在化学位梯度下移动的距离） 设晶界移动的平均速度为vb，晶粒长大的速度应正比于 晶界移动速率： 晶界移动速率又可表示为：vb= MF 式中：M—晶界在单位力作用下迁移的速度（M=Db/kT）
GdG = Adt 积分，得晶粒生长速率：G2-G02 = Kt
第三节 再结晶和晶粒长大
在烧结中，坯体多数是晶态粉状材料压制而成，随 烧结进行，坯体颗粒间发生再结晶和晶粒长大，使坯体 强度提高。所以在烧结进程中，高温下还同时进行着两 个过程，再结晶和晶粒长大。尤其是在烧结后期，这两 个和烧结并行的高温动力学过程是绝不对不能忽视的， 它直接影响着烧结体的显微结构(如晶粒大小，气孔分 布)和强度等性质。
c 2 SL M ln c0 RTr
这种通过液相传质的机理称溶解—沉淀机理。
结果与讨论
烧结的机理是复杂和多样的，但都 是以表面张力为动力的。应该指出， 对于不同物料和烧结条件，这些过 程并不是并重的，往往是某一种或 几种机理起主导作用。当条件改变 时可能取决于另一种机理。
图9 不同烧结机理的传质途径
烧结温度下基本上无液相出 现的烧结，如高纯氧化物之 间的烧结过程。 有液相参与下的烧结，如多组 分物系在烧结温度下常有液相 出现。 近年来，在研制特种结构材料和功能材料的同时，产 生了一些新型烧结方法。如热压烧结，放电等离子体 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）
晶粒直径(mm)
时间(分)
图10 在400℃NaCl晶体，置于470℃再结晶的情况
推动力
初次再结晶过程的推动力是基 质塑性变形所增加的能量。
一般储存在变形基质中的能量约为0.5～1Cal／g的数量 级，虽然数值较熔融热小得多(熔融热是此值的1000倍 甚至更多倍)，但却足够提供晶界移动和晶粒长大所需 的能量。
小晶粒生长为大晶粒，使界面面积减小， 界面自由能降低，晶粒尺寸由1μm变化到lcm， 相应的能量变化为0.1-5Cal/g。
晶粒生长动力学
１、正常晶粒生长 在烧结的中、后期不可避免地要发生晶粒生长. 无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变 其分布的情况下连续增大的过程叫晶粒生长。 晶粒长大直接影响着产品的显微结构及其性能， 因此对晶粒长大的控制十分重要。 2 、晶界移动的推动力： 弯曲晶界两侧蒸气压不同，存在着蒸气压差. ΔP = γ (1/γ1+1/γ2)
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由此引起晶界两侧存在能量差： dG = -SdT + VdP ΔG = VΔP = Vγ (1/γ1+1/γ2) 凸表面蒸气压高于凹表面。 因此，质点由A→B迁移， 晶界由B→A移动，颗粒A 不断缩小，颗粒B不断增大， 直到晶界成为平直的为止。 所以，晶界移动的推动力是 晶界两侧自由焓之差。 A颗粒 B颗粒
图11 烧结温度对AlN晶粒尺寸的影响
二、晶粒长大
概念
在烧结中、后期，部分细小 晶粒逐渐长大，而另一部分晶粒 却逐渐缩小或消失过程，其结果 是平均晶粒尺寸增加。
这一过程并不依赖于初次再结晶过程；晶粒 长大不是小晶粒的相互粘接，而是晶界移动 的结果。其含义的核心是晶粒平均尺寸增加。
推动力
晶粒长大的推动力是晶界过剩的 自由能，即晶界两侧物质的自由 焓之差是使界面向曲率中心移动 的驱动力。
粘性流动传质 ： 若存在着某种外力场，如表面张力作用时， 则质点(或空位)就会优先沿此表面张力作用的方 向移动，并呈现相应的定向物质流，其迁移量是 与表面张力大小成比例的，并服从如下粘性流动 的关系：
F v S x
（3）
塑性流动传质：如果表面张力足以使晶体产生位错， 这时质点通过整排原子的运动或晶面的滑移来实现物 质传递，这种过程称塑性流动。可见塑性流动是位错 运动的结果。与粘性流动不同，塑性流动只有当作用 力超过固体屈服点时才能产生，其流动服从宾汉 (Bingham)型物体的流动规律即，
式中： G—时间t时的晶粒直径 G0—初始（t=0）的晶粒直径 K—常数 t—时间
当有杂质或气孔等阻碍晶界移动时，晶粒长大速度则为： G3-G03 = Kt 晶粒生长速度代表式： Gn-G0n=kt （n2）
• 由于晶粒生长时控制晶界移动的机制是不同的。控制 晶界移动的因素不同，晶粒生长的动力学公式（GnG0n=kt）中的n值不同。
F v S x
式中，τ是极限剪切力。
（3）
2． 扩散传质
扩散传质是指质点(或空位)借助于浓度梯度 推动而迁移的传质过程。烧结初期由于粘附作 用使粒子间的接触界面逐渐扩大并形成具有负 曲率的接触区。在颈部由于曲面特性所引起的 毛细孔引力△ρ≈γ/ρ。 对于一个不受应力的晶体，其空位浓度Co 是取决于温度T和形成空位所需的能量△Gf
控制晶粒生长的关键是控制晶界移动速率。具体措施： ①控制烧结温度 ②加入晶界移动的抑制剂 选择抑制剂的条件： 抑制剂的离子半径与主晶相的离子半径相近； 抑制剂离子的浓度要接近固溶极限，超过太多会变 成杂质； 抑制剂是在高温下挥发性相对较好的物质，这样分 散性好； 抑制剂离子的电价主晶相的离子最好相差一个单位 电荷，以便控制缺陷类型。
烧结是一个不可逆过程，系统表面能降低 是推动烧结进行的基本动力。
三、烧结机理
(一) 颗粒的粘附子：
把两根新拉制的玻璃纤维相互叠放在一
起，然后沿纤维长度方向轻轻地相互拉过，
即可发现其运动是粘滞的，两根玻璃纤维会
互相粘附一段时间，直到玻璃纤维弯曲时才 被拉开，这说明两根玻璃纤维在接触处产生 了粘附作用。
一、初次再结晶
概念
初次再结晶是指从塑性变形的、具 有应变的基质中，生长出新的无应 变晶粒的成核和长大过程。
初次再结晶常发生在金属中，无机非金属材料特别 是—些软性材料NaCl、CaF2 等，由于较易发生塑性 变形，所以也会发生初次再结晶过程。另外，由于无 机非金属材料烧结前都要破碎研磨成粉料，这时颗粒 内常有残余应变，烧结时也会出现初次再结晶现象。
比电导(Ω-1· cm-3)
密 度
拉力(kg/cm3)
(g/cm2) 温度(°C)
图5 烧结温度对烧结体性质的影响 l一比电导 2一拉力 3一密度
结果与讨论： 1. 曲线表明，随烧结温度的升高，在颗粒空隙被填 充之前(即气孔率显著下降以前)，颗粒接触处就已产 生某种键合，使得电子可以沿着键合的地方传递， 故比电导和抗拉强度增大。
初次再结晶也包括两个步骤：成核和长大。晶粒长大 通常需要一个诱导期，它相当于不稳定的核胚长大成稳 定晶核所需要的时间。
最终晶粒大小取决于成核和晶粒长大的相对速率。由 于这两者都与温度相关，故总的结晶速率随温度而迅速 变化。如图所示。由图可见，提高再结晶温度，最终的 晶粒尺寸增加，这是由于晶粒长大速率比成核速率增加 的更快。
第四章 烧 结
烧 结 过 程 及 机 理
概
述
再 结 晶 和 晶 粒 长 大
影 响 烧 结 的 因 素
第一节 概述
烧结过程是一门古老的工艺。现在，烧结过 程在许多工业部门得到广泛应用，如陶瓷、耐火 材料、粉末冶金、超高温材料等生产过程中都含 有烧结过程。烧结的目的是把粉状材料转变为致 密体。 研究物质在烧结过程中的各种物理化学变化。 对指导生产、控制产品质量，研制新型材料显得 特别重要。
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3、晶粒长大速率 晶粒长大速率取决于晶界移动速率。 设A侧原子迁移所需能量为ΔG* B侧原子迁移所需能量为ΔG*+ΔG 由A→B迁移时，原子的迁移频率 fA→B = 0exp(-ΔG*/RT) 由B→A迁移时，原子的迁移频率 fB→A = 0exp[(-ΔG*+ΔG)/RT]
晶粒生长中最简单的情况是在单相系统中原子从弯 曲晶界的一侧越过晶界而进入另一侧。原子跃迁的推动 力F为晶界两侧的化学位梯度。故：
一、烧结的定义
成型后的粉状物料在低于熔点的高温作 用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质 传递，新相形成，气孔排除，体积收缩， 强度提高、逐渐变成具有一定的几何形 状和坚固整个的过程。 通常用烧结收缩、强度、密度、 气孔率等物理指标来衡量物料 烧结质量的好坏。
二、烧结分类
按照烧结时是否出现液相，可将烧结分为两类： 固相烧结 液相烧结
G f n0 C0 exp( ) N kT
倘若质点(原子或离子)的直径为δ，并近似地令空位体积 为δ3，则在颈部区域每形成一个空位时，毛细孔引力所做 的功△W=γδ3/ρ。故在颈部表面形成一个空位所需的能量 应为△Gf=-γδ3/ρ，相应的空位浓度为
3 c exp[ ] kT k T
由此可见，粘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．即
发生键合而粘附。粘附力的大小直接取决于物质的表面 能和接触面积，故粉状物料间的粘附作用特别显著。
水膜的例子,见图8
因此，粘附作用是烧结初始阶段，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。
图4 微波烧结炉
第二节 烧结过程及机理 一、烧结过程
首先从烧结体的宏观性质随温度的变化上来认识烧结过 程。
(一)烧结温度对烧结体性质的影响
图5是新鲜的电解铜粉(用氢还原的)，经高压成
型后，在氢气气氛中于不同温度下烧结2小时然
后测其宏观性质：密度、比电导、抗拉强度，并
对温度作图，以考察温度对烧结进程的影响。
3．气相传质 由于颗粒表面各处的曲率不同，按开尔文公式 可知，各处相应的蒸气压大小也不同。故质点容 易从高能阶的凸处（如表面）蒸发，然后通过气 相传递到低能阶的凹处(如颈部）凝结，使颗粒 的接触面增大，颗粒和空隙形状改变而使成型体 变成具有一定几何形状和性能的烧结体。这一过 程也称蒸发-冷凝。
4．溶解—沉淀 在有液相参与的烧结中，若液相能润湿和溶解 固相，由于小颗粒的表面能较大其溶解度 也就比大颗粒的大。其间存在类似于式3的关系：