烧结基本理论与类型介绍
烧结
➢ 在有液相参与的烧结中，当固相在液相中存在可溶性，这 时烧结传质过程就由部分固相溶解，而在另一部分固相上 沉积，直至晶粒长大和获得致密烧结体。
四、烧结推动力
➢ 粉体颗料尺寸很小，比表面积大，具有较高的表面能， 即使在加压成型体中，颗料间接触面积也很小，总表 面积很大而处于较高能量状态。根据最低能量原理， 它将自发地向最低能量状态变化，使系统的表面能减 少。
按照烧结时传质机理分为：
固相烧结
液相烧结
气相烧结
只有固相传质 有液相参与下的烧结 蒸汽压较高
烧结方法
常规烧结
微波烧结
反应烧结
高温自蔓延烧 结（SHS）
气氛压力烧结
放电等离子烧 结
热压烧结
冷等静压烧结
常规烧结
➢ 常规烧结一般采用常规 加热方式，在传统电炉 中进行，是目前陶瓷材 料生产中最常采用的烧 结方法。
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。
五、影响因素
• 原始粉料粒度 • 外加剂作用 • 烧结温度和保温时间 • 盐类的选择及其煅烧条件 • 气氛的影响 • 成型压力的影响
谢谢
度提高。
烧结机理 (一) 颗粒的粘附作用 (二) 物质的传递
(一) 颗粒的粘附作用
➢ 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。
➢ 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。
➢ 优点：具有升温速度快、加热时 间短、烧结温度低等优势，可形 成超细晶粒甚至纳米晶粒材料， 同时无明显各向异性。
烧结基础知识
1. 烧结基础知识2. 烧结的含义将含铁粉状料或细粒料进行高温加热,在不完全熔化的条件下烧结成块的过程。
铁矿粉烧结就是一种人造富矿的过程。
2.1. 烧结的方法(1)鼓风烧结:烧结锅,平地吹;(2)抽风烧结:(a)连续式:带式烧结机与环式烧结机等;(b)间歇式:固定式烧结机,如盘式烧结机与箱式烧结机;移动式烧结机,如步进式烧结机;(3)在烟气中烧结:回转窑烧结与悬浮烧结。
2.2. 烧结生产的工艺流程一般包括:原燃料的接受、贮存,溶剂、燃料的准备,配料,混合,制粒,布料,点火烧结,热矿破碎,热矿筛分,热矿冷却,冷矿筛分,铺底料、成品烧结矿及返矿的贮存、运输等工艺环节。
机上冷却工艺不包括热矿破碎与热矿筛分。
现代烧结工艺流程不再使用热矿工艺,应使用冷矿工艺。
在冷矿工艺中,宜推广具有铺底料系统的流程。
2.3. 烧结厂主要技术经济指标烧结厂的主要技术经济指标包括利用系数、作业率、质量合格率、原材料消耗定额等。
2.3.1. 利用系数每台烧结机每平方米有效抽风面积(m2)每小时(h)的生产量(t)称烧结机利用系数,单位为t/(m2*h)。
它用台时产量与烧结机有效抽风面积的比值表示:利用系数==台时产量就是一台烧结机一小时的生产量,通常以总产量与运转的总台时之比值表示。
这个指标体现烧结机生产能力的大小,它与烧结机有效面积的大小无关。
利用系数就是衡量烧结机生产效率的指标,它与烧结机有效面积的大小无关。
2.3.2. 烧结机作业率作业率就是设备工作状况的一种表示方法,以运转时间占设备日历时间的百分数表示:设备作业率=×100%日历台时就是个常数,每台烧结机一天的日历台时即为24台时。
它与台数、时间有关。
日历台时=台数×24×天数事故率就是指内部事故时间与运转时间的比值,以百分数表示:事故率=×100%设备完好率就是衡量设备良好状况的指标。
按照完好设备的标准,进行定期检查。
设备完好率就是全厂完好设备的台数与设备总台数的比值,用百分数表示:设备完好率=×100%2.3.3. 质量合格率烧结矿的化学成分与物理性能符合原冶金部YB/T421标准要求的叫烧结矿合格品,不符合的烧结矿叫出格品。
烧结工艺理论知识(全面)
烧结工艺理论知识（全面）第一章烧结生产概述§1-1烧结生产在冶金工业中的地位一、详述热处理工艺的产生和发展烧结方法在冶金生产中的应用，起初是为了处理矿山、冶金、化工厂的废气物（如富矿粉、高炉炉尘、扎钢皮、炉渣等）以便回收利用。
随着钢铁工业的快速发展，矿石的开采量和矿粉的生成量亦大大增加。
据估计，每生产1t生铁须要1.7～1.9t铁矿石，若就是贫矿，须要的铁矿石则更多。
另外，由于长期的采矿和消耗，能够轻易用以炼钢的富矿愈来愈少，人们不得不大量采矿贫矿（含铁25%～30%）。
但贫矿轻易浸出炼钢就是很不经济的，所以必须经过选矿处置。
选矿后的精矿粉，在含铁品位上就是提升了，但其粒度不合乎高炉炼钢建议。
因此，对采矿出的粉矿（0～8mm）和精矿粉都必须经过造块后方可以用作炼钢。
我国铁矿资源多样，但贫矿较多，约占到80%以上，因此，炼钢前大都需经碎裂、筛分、选矿和造块等处理过程。
烧结生产的历史已有一个多世纪。
它起源于资本主义发展较早的英国、瑞典和德国。
大约在1870年前后，这些国家就开始使用烧结锅。
我国在1949年以前，鞍山虽建有10台烧结机，总面积330m2，但工艺设备落后，生产能力很低，最高年产量仅几十万吨。
我国铁矿石烧结领域取得的成就，概括起来包括以下几个方面：（1）热处理工艺：自1978年马钢冷烧技术科技攻关顺利后，一批重点企业和地方骨干企业基本顺利完成了苏烧改冷烧工艺。
部分企业投入使用原料搅匀料场，并投入使用，绝大多数钢铁企业同时实现了自动化配料、混合机加强制粒、偏析布料、加热筛分、整粒及砌底料技术。
（2）新工艺、新技术开发和应用：如高碱度烧结矿技术、小球烧结技术、低温烧结技术、低硅烧结技术等，在钢铁企业得到推广应用，并取得了显著的效益。
（3）设备大型化和自动化：20世纪50年代，我国最小烧结机75m2，60年代130m2，80年代265m，90年代宝钢二、三期和武钢等450m烧结机相继投产，这些都就是我国自行设计、自行生产，并同时实现自动化生产的。
一、烧结基本原理精讲
⼀、烧结基本原理精讲⼀、烧结（1）、烧结基本原理烧结是粉末冶⾦⽣产过程中最基本的⼯序之⼀。
烧结对最终产品的性能起着决定性作⽤，因为由烧结造成的废品是⽆法通过以后的⼯序挽救的；相反，烧结前的⼯序中的某些缺陷，在⼀定的范围内可以通过烧结⼯艺的调整，例如适当改变温度，调节升降温时间与速度等⽽加以纠正。
烧结是粉末或粉末压坯，加热到低于其中基本成分的熔点温度，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。
在烧结过程中发⽣⼀系列物理和化学的变化，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从⽽获得具有所需物理，机械性能的制品或材料。
烧结时，除了粉末颗粒联结外，还可能发⽣致密化，合⾦化，热处理，联接等作⽤。
⼈们⼀般还把⾦属粉末烧结过程分类为：1、单相粉末（纯⾦属、古熔体或⾦属化合物）烧结；2、多相粉末（⾦属—⾦属或⾦属—⾮⾦属）固相烧结；3、多相粉末液相烧结；4、熔浸。
通常在⽬前PORITE微⼩轴承所接触的和需要了解的为前三类烧结。
通常在烧结过程中粉末颗粒常发⽣有以下⼏个阶段的变化：1、颗粒间开始联结；2、颗粒间粘结颈长⼤；3、孔隙通道的封闭；4、孔隙球化；5、孔隙收缩；6、孔隙粗化。
上述烧结过程中的种种变化都与物质的运动和迁移密切相关。
理论上机理为：1、蒸发凝聚；2、体积扩散；3、表⾯扩散；4、晶间扩散；5、粘性流动；6、塑性流动。
（2）、烧结⼯艺2-1、烧结的过程粉末冶⾦的烧结过程⼤致可以分成四个温度阶段：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。
在PORITE微⼩铜、铁系轴承中，⽤R、B、O（Rapid Burning Off）来代替低温预烧阶段，且铜、铁系产品经过R、B、O后会氧化，但在本体中可以被还原，同时还可以促进烧结。
2、中温升温烧结阶段，在此阶段开始出现再结晶，⾸先在颗粒内，变形的晶粒得以恢复，改组为新晶粒，同时颗粒表⾯氧化物被完全还原，颗粒界⾯形成烧结颈。
烧结工艺知识点总结大全
烧结工艺知识点总结大全一、烧结原理1. 烧结是指将粉末材料在一定温度下加热，使其颗粒间发生结合，形成致密的块状产品。
烧结的基本原理是固相扩散，即热力学上的固相之间的扩散过程。
2. 烧结过程中主要有三种力学过程，分别为颗粒间的原子扩散、颗粒间的表面扩散和颗粒间的体扩散。
这三种扩散方式相互作用，共同促进颗粒间发生结合。
3. 烧结过程中温度、时间和压力是影响烧结效果的重要因素。
通过控制这些参数，可以使烧结过程更加均匀和有效。
二、烧结设备1. 烧结设备主要包括热处理炉、烧结炉、烧结机等。
不同的烧结设备适用于不同的烧结材料和工艺要求。
2. 烧结设备的主要部件包括燃烧室、加热炉、炉膛、热风循环系统、控制系统等。
这些部件共同作用，实现对粉末材料的加热和烧结作用。
3. 热处理炉是常见的烧结设备之一，主要通过电阻加热、气体燃烧等方式对粉末材料进行加热处理，适用于各种金属和非金属材料的烧结工艺。
三、烧结工艺控制1. 烧结工艺控制是烧结过程中的关键环节，可以通过控制温度、时间、压力等参数，实现对烧结过程的精确控制。
2. 烧结工艺控制的主要方法包括PID控制、自适应控制、模糊控制等。
这些控制方法通过对烧结过程中的各个参数进行实时监测和调整，以实现对烧结过程的精确控制。
3. 在实际生产中，烧结工艺控制可以通过计算机控制系统实现自动化，提高生产效率和产品质量。
四、烧结材料选型1. 烧结工艺适用于各种粉末材料，包括金属粉末、陶瓷粉末、粉末冶金材料等。
根据不同的材料性质和要求，选择合适的烧结工艺和设备。
2. 烧结材料的选型考虑因素包括原料种类、粒度、成分、形状等。
根据不同的要求，选择合适的烧结材料，可以有效提高产品质量和生产效率。
3. 在烧结材料选型过程中，也需要考虑成本、资源利用率和环境保护等方面的因素，以实现经济、环保和可持续发展。
五、烧结工艺的应用1. 烧结工艺广泛应用于金属、陶瓷、粉末冶金、电子材料等行业。
在金属制品生产中，烧结工艺可以用于制造各种粉末冶金制品、焊接材料、钎焊材料等。
烧结基础理论
2 烧结机构的分类
• 描述物质迁移通道和过程进行速度
烧结机构示意图
表面迁移：S—S 表面扩散(surface diffusion)：球表面层原子向颈 部扩散。 蒸发-凝聚(evaporation-condensation)：表面层原 子向空间蒸发，借蒸汽压差通过气相向颈部空间扩 散，沉积在颈部。
（x>>ρ）
• 作用在颈部的张应力指向颈外
• 导致烧结颈长大，孔隙体积收缩
• 随着烧结过程的进行，∣ρ∣的 数值增大
• 烧结驱动力逐步减小
2、中期
• 孔隙网络形成，烧结颈长大。有效 烧结应力Ps为 Ps =Pv-γ/ρ（Pv为烧结气氛 的压力，若在真空中，为0）
3、后期
• 孔隙网络坍塌，形成孤立孔隙 • →封闭的孔隙中的气氛压力随孔隙半径r收缩而增
宏观迁移：V—V 体积扩散(volume or lattice diffusion)：借助于 空位运动，原子等向颈部迁移。
粘性流动(viscous flow)：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。
§1 烧结的基本过程与孔隙结构的演化
烧结三阶段
➢ 粘结面的形成 ➢ 烧结颈（sintering neck）的形成与长大 ➢ 闭孔隙的形成和球化
一、粘结面的形成
过程：在粉末颗粒的原始接触面，通过颗粒表 面附近的原子扩散，由原来的机械嚙合转变为
原子间的冶金结合,形成晶界
结果： 坯体的强度增加，表面积减小
压制压力） • 提高γ（活化）
二、烧结扩散驱动力(driving force for atom diffusion)空位浓度梯度
烧结过程的基本理论
高温区厚度计算（即燃烧带大小的计算）可采用C.T.布拉塔可 夫及B.U.杜卡什提出的新方法，其计算公式如下（烧结料内 燃料与惰性料组成并两者不发生化学反应）：
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上式表明：燃烧带的宽度是由燃料粒度直径、 气流速度、原始气体中氧的浓度、料层透气性及 系数b来决定的。
计算结果与实验室测定结果很接近，但由于计 算式的假定条件与实际生产条件有差别，计算结 果与实际的误差值不超过30％～40％。
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2.2 燃料的燃烧与热交换
• 烧结过程中，固体燃料燃烧所获得的高温和CO气体，为液相 生成和一切物理化学反应的进行，提供了所必需的热量和气 氛条件。
2.2.1 燃烧反应的一般规律 • 所谓燃烧反应就是在着火温度下，燃料中的可燃成分被激烈
氧化的过程，并放出大量热量。 • 烧结生产所用的固体燃料焦粉和无烟煤燃烧的一般原理如下：
因此，烧结过程可在较短时间内完成，当料层小于 300 mm时，烧结时间一般为12～16 min。
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二、高温区的温度水平和厚度
注意区分烧结料层与烧结矿层
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二、高温区的温度水平和厚度 理解出发点：在烧结过程中，燃烧层从原料表面逐渐向原料内部移动
高温区温度水平对烧结矿的影响： ✓ 高温区温度↑→生成液相多→烧结矿的强度↑； ✓ 温度过高→出现过熔现象，烧结料层的透气性↓（ ？ ），气流阻力↑，
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图2-3是烧结料层高温区热平衡示意图，从中我们可以看 出下列平衡关系。
22
影响高温区温度水平及厚度的因素：
（1）配碳量：配C量↑→QT↑→燃烧层的温度水平↑，厚度↑ （2）燃料的粒度：粒度↓→比表面积↑→与空气接触条件↑→燃烧速度
↑→温度水平高、厚度小 （3）固体燃料的燃烧性能：
烧结理论及工艺要求
烧结理论及工艺要求
一、烧结理论
烧结，它是一种特殊的金属加工方法，是将金属粉末或粒子因加热及
压实而聚结成固态或凝固态的工艺。
烧结过程一般分为三个阶段，疏松期、烧结期和结晶期。
烧结期包括加热期、热压期和持热期。
1、疏松期：粉末在温度小于熔点时，它的聚结能力较低，它的表面
比较滑，一般称为粉末状态，它既可以形成颗粒和宏观结构。
2、烧结期：当温度上升到金属熔点以上时，粉末微粒之间的聚结能
力增强，它的表面光滑，此时粉末形成了小的颗粒，并可以粘合在一起，
形成较大的烧结体。
3、结晶期：当温度上升到金属晶体化温度时，粉末发生晶体结构，
进一步烧结，形成金属晶体。
二、烧结工艺要求
1、烧结温度：烧结温度是控制烧结成果的重要参数，一般来说，烧
结温度应高于金属的熔点，低于其晶体化温度。
2、压力：压力也是影响烧结成果的重要参数。
如果压力太低，烧结
质量就会受到影响，这时就需要使用较高的压力，以保证烧结质量。
3、时间：在烧结过程中，烧结时间也是一个重要的参数，如果烧结
时间不足，就可能导致金属的结晶不匀，从而影响烧结的成果。
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（2）影响烧结再结晶的因素 1）孔隙：阻碍再结晶晶粒长大 → 烧结再结晶晶粒长大发生于烧结后期，孔隙
明显减少后！
再结晶后晶粒尺寸d f df=d/f d/d0 =d/df =f =0.1
d、d0 —孔隙、原始粉末颗粒尺寸 f—孔隙体积分数
迁移。
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为什么会导致颗粒间的距离缩短？
原子的扩散，颗粒间的距离缩短 烧结颈间形成了微孔隙 微孔隙长大 颗粒聚合导致烧结颈间的孔隙结构坍塌 银粉的烧结提供了相关证据
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（3） 闭孔隙的形成和球化 孔隙管道被分隔成一系列的小孔隙，最后发展成孤立孔隙并 球化 处于晶界上的闭孔有的可能消失，有的因发生晶界与孔隙间 的分离现象而成为晶内孔隙（intragranular pore），并充分 球化。
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（3） 烧结温度 T 指最高烧结温度，即高温保温温度 一般：T烧绝 =（2/3-4/5） T熔绝 （α=0.67-0.80） 下限略高于：再结晶温度， 上限取决于：性能要求、技术和经济因素
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2. 烧结时间t
指高温保温阶段的时间 注意：烧结时间≠烧结过程时间 烧结曲线：T-t关系曲线
Ttຫໍສະໝຸດ 22化合物：Al2O3、MoSi2、SiC 等
3
一、 烧结的基本过程（烧结阶段的划分） 1. 烧结过程的现象 （1）辅助添加剂的排除（蒸发与分解） →形成内压 →若内压超过颗粒间的结合强 度 →膨胀, 起泡或开裂等 →废品
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（2）当烧结温度达到退火温度时，压制过程的内应 力释放,并导致压坯尺寸胀大, 产生回复和再结晶现 象 由于颗粒接触部位在压制过程中承受大量变形 ，为再结晶提供了能量条件。
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二、 烧结温度和烧结时间 1. 烧结温度
（1）单元系烧结的起始温度 单元系烧结时，存在一最低起始温度，既使烧结体物理
力学性能发生显著改变的温度。 许提：密度发生显著改变的最低塔曼温度指数α：
α= Ts/Tm 不同金属，α值不同（Ts不同）：Au—0.3，Cu—0.35，
Fe—0.4， W—0.4……
烧结基本理论和类型介绍
Theory of Sintering
本章内容
§5.1 概述 §5.2 烧结过程热力学 §5.3 烧结机构 §5.4 单元系烧结 §5.5 多元系固相烧结 §5.6 液相烧结 §5.7 活化烧结
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第四节 单元系烧结
定义：单相（纯金属、固定成分化合物或均匀固溶 体）粉末或压坯在固态下烧结，烧结过程中不出现 新的组成物或新相、无物质聚集状态的改变。 实例：纯金属：W、Mo、Cu、Fe，
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（2） 按温度划分的烧结阶段
1）低温预烧阶段：α≤0.25 金属回复、吸附气体、粘结剂等排除
2）中温升温烧结阶段： α≤0.45-0.55 再结晶、形成烧结颈
3）高温保温完成烧结阶段：α≤0.5-0.85 闭孔形成、烧结体密度增加
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Three stages of sintering
Burn-off: create permeability by remove lubricants or binders
（3）孔隙缩小，形成连通孔隙网络，封闭孔隙…… （4）晶粒长大 （5）烧结体强度增大，物理性能明显改善
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2. 烧结阶段的划分 等温烧结按时间划分成界限不十分明确的三个阶段：
➢ 粘结面的形成 ➢ 烧结颈（sintering neck）的形成与长大 ➢ 闭孔隙的形成和球化
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（1） 粘结面的形成
在粉末颗粒的原始接触面，通过颗粒表面附近的原 子扩散，由原来的机械啮合转变为原子间的冶金结 合, 形成晶界。
High temperature stage: solid-state diffusion and bonding the particles with sufficient time to produce desired density
Cooling period: lower temperature while retain controlled atmosphere, prevent oxidation occur or thermal shock
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Hirschhorn的烧结阶段划分：
1）颗粒间开始粘接 Interparticle bonding 2）颈部长大 Neck growth 3）孔道封闭 Closure of pore channels 4）孔洞圆滑 Rounding of pores 5）孔洞收缩或致密化 Pore shrinkage，densification 6）孔洞粗化 Pore coarsening
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孔隙数量：一般烧结后密度增加，总孔隙率减少， 但开、闭孔率变化趋势不同。
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2. 再结晶与晶粒长大 （1） 单元系烧结再结晶的基本形式
颗粒内再结晶：再结晶形核发生于颗粒接触表面， 向相邻颗粒内长大，晶粒边界不越过颗粒边界。
颗粒间聚集再结晶：再结晶形核发生于颗粒接触 表面，向相邻颗粒内长大，晶粒边界越过颗粒边界， 颗粒合并，晶粒长大。
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三、 烧结体显微组织的变化 1. 烧结体孔隙的变化 孔隙的形状、大小、数量、分布都发生变化
孔隙形状：连通网络→封闭→球化 孔隙大小：平均尺寸逐渐减小，烧结后期，闭孔
形成后，小孔消失，少数孔隙尺寸可能增大
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孔隙分布：靠近晶界、表面处的孔隙易通过扩散 消失，最终少量隔离孔隙远离表面和晶界。
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粘结面形成导致：
坯体的强度增加，表面积减小 金属粉末产生烧结：导电性能提高是粉末烧结发生的标志
，而非出现烧结收缩 为什么能形成粘结面？
范德华力: 接触压力ｐ＝20-300MＰa（接触距离为0.2nm时） 金属键合力: 约为范德华力的20倍 附加应力（存在液相时） 电子作用力：电子云重叠，导致电子云密度增加
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铜粉颗粒间的接触压力： F（r）=2450/r（MPa）
r=3nm，接触压力为817MPa r=6nm，接触压力为408MPa r小于1.5nm，为排斥力
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（2）烧结颈形成与长大(neck growth)
前期的特征：形成连续的孔隙网络，孔隙表面光滑化； 后期的特征：孔隙进一步缩小，网络坍塌并且晶界发生