烧结基础知识ppt
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烧结及高炉炼铁基本原理及工艺课件
高炉炼铁的主要设备包括高炉本体、热风炉、鼓风机、除尘设备等。高炉是核心 设备，用于炼铁；热风炉用于提供热风；鼓风机用于向高炉内鼓入空气；除尘设 备用于除去烟尘，保护环境。
03
烧结及高炉炼铁的能耗 与环保
能耗分析
烧结过程的能耗
烧结过程是钢铁生产中能耗最高的环节之一，其主要能耗来自于点火燃料、电力消耗和工艺用水。其中，点火燃 料是烧结过程最主要的能源，占整个烧结过程能耗的60%以上。
高炉炼铁的能耗
高炉炼铁的能耗主要包括煤炭、电力、焦炭和氧气等，其中煤炭和焦炭是最主要的能耗来源。在炼铁过程中，需 要将这些能源转化为化学能以还原铁矿石中的铁元素。
环保措施与减排技术
烧结过程的环保措施
在烧结过程中，采取一系列环保措施以减少环境污染，例如使用低硫燃料、安装除尘设备、进行烟气 脱硫等。此外，还可以通过提高烧结矿的质量和利用率来减少废渣的产生。
碳捕获和储存技术
利用该技术可以有效地减少高炉炼铁过程中的碳排放，提高环保 水平。
氢还原技术
利用氢气作为还原剂，替代焦炭，以减少碳排放和环境污染。
自动化和智能化设备
应用先进的自动化和智能化设备，可以提高生产效率、降低劳动成 本，并确保产品质量。
05
烧结及高炉炼铁生产过 程中的问题与解决方案
烧结生产过程中的问题与解决方案
高炉炼铁的环保措施
高炉炼铁过程中产生的废气和废水对环境造成的影响较大。为了减少环境污染，需要采取一系列环保 措施，例如使用高效除尘设备、进行废气脱硫、废水处理等。此外，还可以通过提高炼铁效率来减少 废渣的产生。
可持续发展的方向和前景
烧结及高炉炼铁的可持续 发展方向
为了实现烧结及高炉炼铁的可持续发展，需 要从能源消耗和环境保护两个方面入手。一 方面，需要研发和推广低能耗技术和设备， 提高能源利用效率；另一方面，需要加强环 保措施和技术的研究和应用，减少环境污染 和排放。
03
烧结及高炉炼铁的能耗 与环保
能耗分析
烧结过程的能耗
烧结过程是钢铁生产中能耗最高的环节之一，其主要能耗来自于点火燃料、电力消耗和工艺用水。其中，点火燃 料是烧结过程最主要的能源，占整个烧结过程能耗的60%以上。
高炉炼铁的能耗
高炉炼铁的能耗主要包括煤炭、电力、焦炭和氧气等，其中煤炭和焦炭是最主要的能耗来源。在炼铁过程中，需 要将这些能源转化为化学能以还原铁矿石中的铁元素。
环保措施与减排技术
烧结过程的环保措施
在烧结过程中，采取一系列环保措施以减少环境污染，例如使用低硫燃料、安装除尘设备、进行烟气 脱硫等。此外，还可以通过提高烧结矿的质量和利用率来减少废渣的产生。
碳捕获和储存技术
利用该技术可以有效地减少高炉炼铁过程中的碳排放，提高环保 水平。
氢还原技术
利用氢气作为还原剂，替代焦炭，以减少碳排放和环境污染。
自动化和智能化设备
应用先进的自动化和智能化设备，可以提高生产效率、降低劳动成 本，并确保产品质量。
05
烧结及高炉炼铁生产过 程中的问题与解决方案
烧结生产过程中的问题与解决方案
高炉炼铁的环保措施
高炉炼铁过程中产生的废气和废水对环境造成的影响较大。为了减少环境污染，需要采取一系列环保 措施，例如使用高效除尘设备、进行废气脱硫、废水处理等。此外，还可以通过提高炼铁效率来减少 废渣的产生。
可持续发展的方向和前景
烧结及高炉炼铁的可持续 发展方向
为了实现烧结及高炉炼铁的可持续发展，需 要从能源消耗和环境保护两个方面入手。一 方面，需要研发和推广低能耗技术和设备， 提高能源利用效率；另一方面，需要加强环 保措施和技术的研究和应用，减少环境污染 和排放。
《影响烧结的因素》课件
《影响烧结的因素》PPT 课件
烧结是将粉末冶金材料在高温下烧结成固体块状材料的方法。它是制造粉末 冶金构件的重要冶金材料在高温下烧结成固体块状材料的过程。 通过烧结，粉末材料之间的颗粒结合力得以增强，同时使材料得到致密、坚固的结构。
烧结的影响因素
粉末特性
形状、大小、密度和比表面 积等粉末特性会影响烧结效 果。
烧结条件
热处理时间、温度、气氛以 及热压力和热应力等烧结条 件也是影响因素。
辅助材料
助烧剂、润滑剂和变形剂等 辅助材料的应用也会影响烧 结效果。
应用举例
汽车零部件生产
烧结广泛应用于汽车零部件制 造中，如齿轮、齿条和制动系 统等。
电子元器件制造
通过烧结技术，电子元器件的 制造效率和可靠性得到提高， 如烧结陶瓷电容器和烧结金属 导电条等。
航空航天领域
烧结被广泛应用于航空航天领 域，如烧结陶瓷发动机部件和 高温合金制造等。
总结
烧结是一种重要的制造方法，通过控制粉末特性和烧结条件，可以获得理想的烧结效果。 烧结技术在各个领域都有广泛应用，为工业发展和产品创新提供了重要支持。
烧结是将粉末冶金材料在高温下烧结成固体块状材料的方法。它是制造粉末 冶金构件的重要冶金材料在高温下烧结成固体块状材料的过程。 通过烧结，粉末材料之间的颗粒结合力得以增强，同时使材料得到致密、坚固的结构。
烧结的影响因素
粉末特性
形状、大小、密度和比表面 积等粉末特性会影响烧结效 果。
烧结条件
热处理时间、温度、气氛以 及热压力和热应力等烧结条 件也是影响因素。
辅助材料
助烧剂、润滑剂和变形剂等 辅助材料的应用也会影响烧 结效果。
应用举例
汽车零部件生产
烧结广泛应用于汽车零部件制 造中，如齿轮、齿条和制动系 统等。
电子元器件制造
通过烧结技术，电子元器件的 制造效率和可靠性得到提高， 如烧结陶瓷电容器和烧结金属 导电条等。
航空航天领域
烧结被广泛应用于航空航天领 域，如烧结陶瓷发动机部件和 高温合金制造等。
总结
烧结是一种重要的制造方法，通过控制粉末特性和烧结条件，可以获得理想的烧结效果。 烧结技术在各个领域都有广泛应用，为工业发展和产品创新提供了重要支持。
烧结过程及机理ppt课件
第二节 烧结过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及机理
一、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。
精品
1
比电导(Ω-1 c·m-3)
密 度
拉力(kg/cm3) (g/cm2)
c'c0
c 3
exp
1
c0 c0
精品
22
一般烧结温度下，
于是
c 3 1
c0 kT
c
3 kT
c0
从式可见，在一定温度下空位浓度差是与表面 张力成比例的，因此由扩散机理进行的烧结过 程，其推动力也是表面张力。
精品
23
由于空位扩散既可以沿颗粒表面或界面进行， 也可能通过颗粒内部进行，并在颗粒表面或颗 粒间界上消失。为了区别，通常分别称为表面 扩散，界面扩散和体积扩散。有时在晶体内部 缺陷处也可能出现空位，这时则可以通过质点 向缺陷处扩散，而该空位迁移到界面上消失， 此称为从缺陷开始的扩散。
可见，作为烧结动力的表面张力可以通 过流动、扩散和液相或气相传递等方式 推动物质的迁移。
精品
11
图9 凹凸不平的固体表面的附加压强差及物质迁移
精品
12
三、烧结机理
(一) 颗粒的粘附作用 (二) 物质的传递
精品
13
(一) 颗粒的粘附作用
例子：
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、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。
精品
1
比电导(Ω-1 c·m-3)
密 度
拉力(kg/cm3) (g/cm2)
c'c0
c 3
exp
1
c0 c0
精品
22
一般烧结温度下，
于是
c 3 1
c0 kT
c
3 kT
c0
从式可见，在一定温度下空位浓度差是与表面 张力成比例的，因此由扩散机理进行的烧结过 程，其推动力也是表面张力。
精品
23
由于空位扩散既可以沿颗粒表面或界面进行， 也可能通过颗粒内部进行，并在颗粒表面或颗 粒间界上消失。为了区别，通常分别称为表面 扩散，界面扩散和体积扩散。有时在晶体内部 缺陷处也可能出现空位，这时则可以通过质点 向缺陷处扩散，而该空位迁移到界面上消失， 此称为从缺陷开始的扩散。
可见，作为烧结动力的表面张力可以通 过流动、扩散和液相或气相传递等方式 推动物质的迁移。
精品
11
图9 凹凸不平的固体表面的附加压强差及物质迁移
精品
12
三、烧结机理
(一) 颗粒的粘附作用 (二) 物质的传递
精品
13
(一) 颗粒的粘附作用
例子：
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。
陶瓷烧结PPT课件
未来研究方向与展望
新材料与新工艺的开发
跨学科合作与技术融合
智能化与数字化技术的 应用
未来，研究者们将继续探索新型陶瓷 材料，研究新的烧结工艺和技术，以 满足各种应用需求。同时，如何实现 陶瓷材料的绿色生产和降低成本也是 未来的重要研究方向。
陶瓷烧结技术涉及到材料科学、物理 学、化学等多个学科领域，未来的研 究将更加注重跨学科的合作和技术融 合，以推动陶瓷材料的发展和应用。
还原气氛
可以还原杂质，提高陶瓷的纯度。
压力的影响
常压烧结
是最常见的烧结方式，适用于大多数 陶瓷材料。
加压烧结
在加压条件下，可以促进陶瓷的致密 化，提高其性能。
05
陶瓷烧结的质量控制与检测
质量控制方法
原料质量控制
对原料的化学成分、粒度、含水 率等指标进行严格检测和控制，
确保原料质量稳定。
工艺参数控制
在烧结过程中，对温度、压力、气 氛等工艺参数进行精确控制，以获 得最佳的烧结效果。
设备维护与校准
定期对烧结设备进行维护和校准， 确保设备运行稳定，提高产品的重 复性和可靠性。
性能检测与评价
物理性能检测
检测产品的密度、气孔率、热膨 胀系数等物理性能指标，确保产
品性能符合要求。
力学性能检测
通过抗弯强度、抗压强度等力学 性能试验，评估产品的机械性能
和可靠性。
耐腐蚀性能检测
对产品的耐酸、耐碱、耐热等性 能进行检测，以适应不同环境下
的使用要求。
缺陷分析与改进
缺陷识别
通过外观检查、无损检测等方法，识别产品中的 缺陷和问题。
原因分析
对缺陷产生的原因进行深入分析，找出根本原因 并制定相应的改进措施。
《陶瓷材料的烧结》课件
资源循环利用
对废弃的陶瓷材料进行回收和再利用，实现资源的循环利用，降 低对自然资源的依赖。
THANKS。
致密度、均匀性和性能。
烧结设备的改进
03
随着技术的进步，烧结设备的性能和效率也将得到提升，为陶
瓷材料的制备提供更好的设备支持。
环保和可持续发展在陶瓷烧结领域的应用
环保材料的研发
为了降低陶瓷产业对环境的影响，未来将大力研发环保型的陶瓷 材料，如低毒陶瓷、可降解陶瓷等。
节能减排技术的应用
通过采用新型的节能技术，降低陶瓷烧结过程中的能耗和排放， 实现低碳、环保的生产。
04
陶瓷材料的烧结性能
烧结密度和孔隙率
烧结密度
烧结后的陶瓷材料密度，影响材料的 机械性能和热学性能。
孔隙率
陶瓷材料内部孔隙的多少，与材料的 强度、热导率和绝缘性能有关。
烧结陶瓷的力学性能
01
硬度
烧结陶瓷的硬度取决于其成分和 显微结构，硬度高的陶瓷耐磨、 耐划痕。
02
03
抗弯强度
韧性
陶瓷抵抗弯曲应力的能力，与材 料的成分、显微结构和制备工艺 有关。
航天器结构材料
陶瓷材料具有轻质、高强度和耐高温的特性，适用于航天器结构材料，如卫星天线骨架、太阳能电池板支架等。
06
未来展望
新型陶瓷材料的开发
高性能陶瓷
随着科技的发展，对陶瓷材料性能的要求越来越高，未来 将开发出具有更高强度、硬度、耐磨性、耐高温等高性能 的新型陶瓷材料。
多功能陶瓷
除了传统的结构陶瓷外，未来还将开发出具有多种功能如 导电、导热、压电、磁性等功能的新型陶瓷材料。
05
陶瓷材料的烧结应用
在电子行业的应用
电子封装
对废弃的陶瓷材料进行回收和再利用，实现资源的循环利用，降 低对自然资源的依赖。
THANKS。
致密度、均匀性和性能。
烧结设备的改进
03
随着技术的进步，烧结设备的性能和效率也将得到提升，为陶
瓷材料的制备提供更好的设备支持。
环保和可持续发展在陶瓷烧结领域的应用
环保材料的研发
为了降低陶瓷产业对环境的影响，未来将大力研发环保型的陶瓷 材料，如低毒陶瓷、可降解陶瓷等。
节能减排技术的应用
通过采用新型的节能技术，降低陶瓷烧结过程中的能耗和排放， 实现低碳、环保的生产。
04
陶瓷材料的烧结性能
烧结密度和孔隙率
烧结密度
烧结后的陶瓷材料密度，影响材料的 机械性能和热学性能。
孔隙率
陶瓷材料内部孔隙的多少，与材料的 强度、热导率和绝缘性能有关。
烧结陶瓷的力学性能
01
硬度
烧结陶瓷的硬度取决于其成分和 显微结构，硬度高的陶瓷耐磨、 耐划痕。
02
03
抗弯强度
韧性
陶瓷抵抗弯曲应力的能力，与材 料的成分、显微结构和制备工艺 有关。
航天器结构材料
陶瓷材料具有轻质、高强度和耐高温的特性，适用于航天器结构材料，如卫星天线骨架、太阳能电池板支架等。
06
未来展望
新型陶瓷材料的开发
高性能陶瓷
随着科技的发展，对陶瓷材料性能的要求越来越高，未来 将开发出具有更高强度、硬度、耐磨性、耐高温等高性能 的新型陶瓷材料。
多功能陶瓷
除了传统的结构陶瓷外，未来还将开发出具有多种功能如 导电、导热、压电、磁性等功能的新型陶瓷材料。
05
陶瓷材料的烧结应用
在电子行业的应用
电子封装
烧结工艺培训课件
新增运输外协
序号 生产单位 二级单位
外协单位
物料名称
外协业务名称
用车种类
作业方式
运输起点
运输终点
1
烧结厂
烧结1区
红飞
2
烧结厂
烧结1区
红飞
焦粉 焦粉
180平焦粉装车 180平焦粉倒运
铲车 自卸车
装车 运输
焦粉置场
180平焦粉上 料口
烧结工艺培训
8
（二）物流分析
序号 生产单位 二级单位 外协单位 物料名称 外协业务名称 用车种类 作业方式 运输起点 运输终点
所处位置 精矿库地仓上料皮带 二库区内地下皮带 二库区与镁石栈桥之间皮带 镁石栈桥地仓上料皮带 镁石栈桥西侧上料皮带
改为如下名称 新转1# 矿砂1# 矿砂2# 镁1# 镁2#
备注
露天三线一库区 原矿粉大垛
90平矿粉库
1、中间以铁1#受矿槽分为东跨和西跨； 2、从南到北为：东（或西）第1跨——东（或西）第5跨
露天三线二库区 原三线矿砂场地
90平矿砂库
镁石栈桥
现镁石厂房
90平镁石粉库
焦粉栈桥
现90平焦粉厂房
90平焦粉库
新置场
原调度室后侧
精矿库
新置场取消，精矿库延长了85米
35000平
现35000平厂房
180平料库
其他置场统一名称为：石灰石置场（现石灰石场地） 焦粉置场（现西六道焦粉场地） 球团矿置场（现西六道落地球团场地） 烧结矿置场（现落地烧结矿场地）
1
烧结厂
烧结2区
红飞
镁石粉
镁石装车
铲车
装车
2
烧结厂
烧结2区
红飞
粉末冶金原理 烧结 PPT
→ 2ln(x/a) = A + ln t
实验验证：
以ln(x/a)作纵坐标、 ln t作横坐标 绘制实验测定值直线，若其斜率为1/2 则粘性流动为烧结的物质迁移机构
Kaczynski处理：
d t成正比
∴有：γ/ρ=Kˊη▪d x/(d t)
所以垂直作用于
＋）
曲面上的合力为
而作用在面积
上的应力为
负号表示作用在曲颈面 上的应力是张力， 方向朝颈外，其效果是使烧结颈扩大。 随着烧结颈 ）的扩大，负曲率半径的 绝对值亦增大，说明烧结的动力也减小。
对于形成隔离孔隙的情况，烧结收缩的动力可用下述 方程描述：
孔隙的半径
5.3烧结机构
烧结过程中，颗粒粘结面上发生的量与质的变化以 及烧结体内孔隙的球化与缩小等过程都是以物质的迁移 为前提的。
由Fick第一定律： d r/d t= —D v’▽C v = —D v γΩ/（kTr2）
分离变量并积分： ro3-r3 = 3γΩ/（k T）•D v t
线收缩率动力学方程： 由第二烧结几何模型：△a/a=1-Cosθ =2Sin2(θ /2)
=2(θ /2)2 θ =x/a很小 =x2/2a2 = △L/L
第五章烧结
1概述 2烧结过程的热力学基础 3烧结机构
1 概述
一、烧结在粉末冶金生产过程中的重要性 1、烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之
一。粉末冶金从根本上说，是由粉末成形和粉 末毛坯热处理（烧结）这两道基本工序组成的， 在特殊情况下（如粉末松装烧结），成形工序 并不需要，但是烧结工序，或相当于烧结的高 温工序（如热压或热锻）却是不可缺少的。
为了反映烧结的主要过程和机构的特点，通常按烧结过程
有无明显的液相出现和烧结系统的组成进行分类：
实验验证：
以ln(x/a)作纵坐标、 ln t作横坐标 绘制实验测定值直线，若其斜率为1/2 则粘性流动为烧结的物质迁移机构
Kaczynski处理：
d t成正比
∴有：γ/ρ=Kˊη▪d x/(d t)
所以垂直作用于
＋）
曲面上的合力为
而作用在面积
上的应力为
负号表示作用在曲颈面 上的应力是张力， 方向朝颈外，其效果是使烧结颈扩大。 随着烧结颈 ）的扩大，负曲率半径的 绝对值亦增大，说明烧结的动力也减小。
对于形成隔离孔隙的情况，烧结收缩的动力可用下述 方程描述：
孔隙的半径
5.3烧结机构
烧结过程中，颗粒粘结面上发生的量与质的变化以 及烧结体内孔隙的球化与缩小等过程都是以物质的迁移 为前提的。
由Fick第一定律： d r/d t= —D v’▽C v = —D v γΩ/（kTr2）
分离变量并积分： ro3-r3 = 3γΩ/（k T）•D v t
线收缩率动力学方程： 由第二烧结几何模型：△a/a=1-Cosθ =2Sin2(θ /2)
=2(θ /2)2 θ =x/a很小 =x2/2a2 = △L/L
第五章烧结
1概述 2烧结过程的热力学基础 3烧结机构
1 概述
一、烧结在粉末冶金生产过程中的重要性 1、烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之
一。粉末冶金从根本上说，是由粉末成形和粉 末毛坯热处理（烧结）这两道基本工序组成的， 在特殊情况下（如粉末松装烧结），成形工序 并不需要，但是烧结工序，或相当于烧结的高 温工序（如热压或热锻）却是不可缺少的。
为了反映烧结的主要过程和机构的特点，通常按烧结过程
有无明显的液相出现和烧结系统的组成进行分类：
陶瓷烧结过程【共23张PPT】
氧化锆，（<2000C）
– 钟罩窑、梭式窑 室温就高吸收：CaCO3、Fe2O3、Cr2O3、SiC等
以高压气体作为压力介质作用于陶瓷材料（包封的粉体和素坯，或烧结体），使其在高温环境下受到等静压而达到高致密化 氧化锆，（<2000C）
• 连续式： 氮化硅无熔点、高温分解（1900C）
硅钼棒，MoSi2（<1700C）
• 整体均匀加热 低温吸收小，高于某温度急剧增加：Al2O3、MgO、ZrO2、Si3N4等
利用微波与材料的相互作用，其介电损耗导致陶瓷坯体自身发热而烧结
• 无热惯性，烧成周期短 埋粉（Si3N4：BN：MgO=5:4:1）抑制氮化硅分解
管式气氛炉：电热丝、硅碳、硅钼 为了抑制氮化物分解，在N2气压力1-10MPa高压下烧成。
Al2O3-SiO2）
• 采用α氮化硅为原料，1420C相变为β相，有利烧结， 且该β相为柱状晶，力学性能好。
• 埋粉（Si3N4：BN：MgO=5:4:1）抑制氮化硅分解
氮化硅的气压烧结 （Gas Pressure Sintering GPS）
• 为了抑制氮化物分解，在N2气压力110MPa高压下烧成。
• 对于氮化硅常压烧成温度要低于1800C， 而气压烧结温度可提高到2100-2390C。
热压烧结（Hot Pressing, HP）
• 加热的同时施加机械压力 ，增加烧结驱动力，促进 烧结
– 粘性流动 – 塑性变形 – 晶界滑移 – 颗粒重排
• 一般采用石墨模具，表面 涂覆氮化硼，防止反应
热等静压 （Hot Isostatic Pressing, HIP）
陶瓷烧结过程
烧结的驱动力
• 粉体表面能与界面能的差 • 传质过程
– 钟罩窑、梭式窑 室温就高吸收：CaCO3、Fe2O3、Cr2O3、SiC等
以高压气体作为压力介质作用于陶瓷材料（包封的粉体和素坯，或烧结体），使其在高温环境下受到等静压而达到高致密化 氧化锆，（<2000C）
• 连续式： 氮化硅无熔点、高温分解（1900C）
硅钼棒，MoSi2（<1700C）
• 整体均匀加热 低温吸收小，高于某温度急剧增加：Al2O3、MgO、ZrO2、Si3N4等
利用微波与材料的相互作用，其介电损耗导致陶瓷坯体自身发热而烧结
• 无热惯性，烧成周期短 埋粉（Si3N4：BN：MgO=5:4:1）抑制氮化硅分解
管式气氛炉：电热丝、硅碳、硅钼 为了抑制氮化物分解，在N2气压力1-10MPa高压下烧成。
Al2O3-SiO2）
• 采用α氮化硅为原料，1420C相变为β相，有利烧结， 且该β相为柱状晶，力学性能好。
• 埋粉（Si3N4：BN：MgO=5:4:1）抑制氮化硅分解
氮化硅的气压烧结 （Gas Pressure Sintering GPS）
• 为了抑制氮化物分解，在N2气压力110MPa高压下烧成。
• 对于氮化硅常压烧成温度要低于1800C， 而气压烧结温度可提高到2100-2390C。
热压烧结（Hot Pressing, HP）
• 加热的同时施加机械压力 ，增加烧结驱动力，促进 烧结
– 粘性流动 – 塑性变形 – 晶界滑移 – 颗粒重排
• 一般采用石墨模具，表面 涂覆氮化硼，防止反应
热等静压 （Hot Isostatic Pressing, HIP）
陶瓷烧结过程
烧结的驱动力
• 粉体表面能与界面能的差 • 传质过程
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断裂强度
2、气孔 强度(应力集中点)； 透明度(散射)； 铁电性和磁性。
13
烧结现象
收缩
a
收缩 b
c 收缩
烧结现象示意图
说明：
无气孔的 多晶体
a: 颗粒聚焦
b: 开口堆积体中颗 粒中心逼近
c: 封闭堆积体中颗 粒中心逼近
14
烧结过程中性质的变化
15
三、烧结过程推动力
粉状物料的表面自由焓 > 多晶烧结体的晶界自 由焓
一般化学反应
G 1卡/g G 200卡/mol G 几万卡 / mol
结论：由于烧结推动力与相变和化学反应的能量相比， 很小，因而不能自发进行，必须加热!!
17
*烧结难易程度的判断：
GB SV
GB晶界能 SV表面能
愈小愈易烧结，反之难烧 结。
例：
烧结。
Al2O3 : 两者差别较大，易烧结； 共价化合物如Si3N4、SiC、AlN 难
之内有一个负的附加压强（σρ为张应力）。
这必然引起两颗粒接触处有一个压应力（σx）。
分别表示为 F 和Fx
。
24
为了定量分析应力，将颈部单独取出放大，颈部 应力模型见下图。(见书图3-3-5)
25
颈部应力
＝ (1－ 1 ) x
x , － (张应力)
说明：颈部应力主要由
F
产生，Fx可以忽略不计。
理
想
状 况
2
实 颗粒尺寸、形状、堆积方式不同， 颈 际 状 部形状不规则接触点局部产生剪应力 况 晶界滑移，颗粒重排
密度，气孔率
2静压力
(但颗粒形状不变，气孔不可能完全消 除。)
26
2、应力分布不均匀必造成空位浓度梯度
⑴引起浓度差异的原因
第九章 烧 结
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主要内容
1、烧结推动力及模型 2、固相烧结和液相烧结过程中的四种基本传质
产生的原因、条件、特点和动力学方程。 3、烧结过程中晶粒生长与二次再结晶的控制。 4、影响烧结的因素。
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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。
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表面张力能使凹、凸表面处的蒸气压P分别低于和高 于平面表面处的蒸气压Po，
根据开尔文公式：
P
r x
ln P1 M ( 1 1 ) P0 dRT x
传质原因：曲率差别产生P
条件：液相易挥发，颗粒足够
小，r <10m
定量关系： P ～
表面凹凸不平的固体颗粒，其凸处呈正压，凹处 呈负压，故存在着使物质自凸处向凹处迁移。
象： 单一粉体的 气相传质（蒸发－凝聚）
主要传质方式： 扩散传质
流动传质
溶解和沉淀
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（一）气相传质（蒸发－凝聚传质）
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。
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*推动力与颗粒细度的关系：
颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面 张力而产生压力差，
当为球形：P＝2/r 当非球形：P＝ ( 1 1 )
r1 r2
结论：粉料愈细，由曲率而引起的烧结推动力愈大!!
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四、烧结模型
1945年以前：粉体压块
1945年后，G.C.Kuczynski
球模型中
…… 缺点：只描述宏观变化，未揭示本质。
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定义2:在表面张力作用下的扩散蠕变。
优点：揭示了本质。 缺点：未描述宏观物理性质变化。
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烧结的指标
烧结收缩率 强度 实际密度/理论密度 吸水率 气孔率等
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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
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。
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。
烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面 能降低是推动烧结进行的基本动力。
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* 烧结能否自发进行？
1m材料烧结 - 石英
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。
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图1 热压炉
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图2 放电等离子体烧结炉（SPS）
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图3 气压烧结炉（GPS）
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图4 微波烧结炉
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烧结
化学组成、矿物组成
材料性质 结构 显微结构
改变
目的：粉状物料变成致密体。
晶粒尺寸分布 气孔尺寸分布 晶界体积分数
应用
陶瓷、耐火材料、粉沫冶金、超高温材料…… 现代无机材料
如：功能瓷：热、声、光、电、磁、生物特 结构瓷：耐磨、弯曲、湿度、韧性
1 强度
晶粒尺寸
中
心
心
距
距
不
缩
变
短
(库津斯基)提出：双
x2 / 2r A 2x3 / r V x4 / 2r
x2 / 4r A 2 x3 / 2r V x4 / 4r
x2 / 2r A x3 / r V x4 / 2r
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第二节 烧结机理
对 烧结。
存在范围：在高温下蒸汽压较大的系统。硅酸盐材料不多 见。
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（二）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。
对象：多数固体材料，液相不易挥发，其蒸汽压低。
*表面张力是如何成为这种扩散的动力？
1、表面张力引起应力分布的不均匀
由于颈部有一个曲率为ρ的凹形曲面，
就使得颈部在张力的作用下并使在该曲面
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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一、烧结的定义及指标
定义1:压制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，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体的 致密化过程。
物理性质变化：V 、气孔率 、强度 、 致密度