烧结过程及机理(新)
陶粒滤料烧结机理
陶粒滤料烧结机理
陶粒滤料是一种轻质、多孔、具有良好物理和化学性能的材料，其制备过程涉及到了烧结机理。
陶粒滤料的烧结过程是指在一定的温度条件下，陶粒中的固体颗粒通过表面扩散和体积扩散的方式相互结合，形成具有一定强度和形状的烧结体。
具体来说，陶粒滤料的烧结过程可以分为以下几个阶段：
1. 颗粒重排阶段：在高温下，陶粒中的固体颗粒会发生热膨胀，颗粒之间的接触点受到压力而发生重排，使得颗粒之间的空隙减少，颗粒间的接触面积增大。
2. 烧结颈形成阶段：随着温度的升高，颗粒之间的接触点开始发生黏结，形成烧结颈。
烧结颈的形成是烧结过程的关键，它使得颗粒之间开始形成固体连接。
3. 烧结颈长大阶段：在烧结颈形成的基础上，颗粒之间的连接逐渐加强，烧结颈逐渐长大。
此时，颗粒之间的空隙进一步减少，烧结体的密度逐渐增加。
4. 闭孔球化和晶粒长大阶段：随着烧结过程的进行，陶粒中的闭孔逐渐球化，晶粒也逐渐长大。
这个阶段对于陶粒滤料的物理和化学性能有着重要影响。
最终，经过以上几个阶段的烧结过程，陶粒滤料形成了具有一定强度和形状的烧结体，其内部多孔结构使得陶粒滤料具有良好的吸附、过滤和分离性能，被广泛应用于水处理、污水处理、石油化工等领域。
需要注意的是，陶粒滤料的烧结过程是一个复杂的物理化学过程，其烧结机理受到多种因素的影响，如原料成分、颗粒大小、烧结温度、烧结时间等。
因此，在实际生产过程中，需要根据具体情况对烧结工艺进行优化和控制，以获得性能优异的陶粒滤料产品。
等离子体活化烧结过程的机理与应用
等离子体活化烧结过程的机理与应用摘要等离子体活化烧结是一种烧结时间短、烧结温度低的固结方法，它融等离子体活化、热压和电阻加热为一体。
它通过等离子体活化颗粒表面和快速升温来提高粉末的烧结性，从而实现快速烧结。
本论文对目前主要烧结方法和等离子体活化烧结法的新应用进行了综述，分析了等离子体活化烧结法的优点和研究方向，确定了机理研究的路径。
研究了等离子体活化烧结设备和工艺路线。
活化了WC-Co, A1203, WC, Cu粉，对比了活化前后材料微观结构的异同，分析了原因，提出了等离子体活化模型，主要包括三个模型，同普通电阻加热烧结相比，等离子体活化具有特殊的效果。
采用等离子体活化烧结法烧结了A1203 , Zr0:纳米粉和WC-Co以及Cu粉，该方法在工艺参数和产品性能方面均优于传统烧结、微波烧结和微波等离子体烧结法。
在机理探讨上，主要从热力学和动力学入手，分析了等离子体活化烧结的本质。
关键词:等离子体活化烧结，纳米级A1203，纳米级ZrOz} Cu} WC-Co Mechanism and Application of Plasma ActivatedSintering ProcessingStudent: Iibo ZhangSupervisor: Prof. Jinhui PTNGFaculty of Materials and Metallurgical EngineeringKunming University of Science and TechnologyAbstractPlasma Activated Sintering (PAS)is a short time, hightemperature densification process based on three main contributions:plasma generation, pressure application andresistance sintering.It is a new rapid densification processthat has the potential to minimize the grain growth by enhancing particle sinterability through particle surfaceactivation and rapid heating.In this paper, major sintering processing and Nev.% application of plasma activated sintering have beenreviewed. The advantages and the direction of research ofplasma‘activated sintering have been analyzed. Theresearch method of mechanism has been determined.The equipment and processing of plasmasintering were investigated.昆明理工大学硕士学位论文(缩写本)论文题目:等离子体活化烧结过程的机理与应用一..卜一，}rr名:业:姓专研究方向:指导教师:彭金辉(教授)学习期限:昆明理工大学硕士学位论文缩写本等离子体活化烧结过程的机理与应用2000年1绪论二“““”””..““”““”””””..””””””:.”””….””..”..””””..””..”….”..”..””:.””””””..“..””..“..….，.….””..”“..”””:.“.““二”....”””二“. (4)等离子体活化烧结法简介..”..“..”二”:.““..““””:.””.”””等离子体活化烧结法的应用二””””””““”:.”..”””””.”””“....””...-”..”””“.”.......”””””.”.....等离子体活烧结耀的初姗究.. (5)11，l内j姗.立勺.1门.11. 4等离子体活化烧结法的优点和主要研究方向 (6)2'设备的研制和工艺路线二” (6)2. 1等离子筛悦结设备的琳}. .................................................:. (6)2. 2烧结模的确定.”.“””..“....”:.””“”..““..”..”“......””””“.”“”““..”二”.. (7)2. 3试验装置和工艺路线 (7)2.3.1工艺路线 (7)232 -i验装置及其参数二””””””””””””“””..”:.”””..””.””二“ (8)3活化作用原理和撇模型研究 (9)3. 1活化i}金二“ (9)3.1.1实验原料二””….”:.“…”.....…….”””..””””””““““‘“..””:.”””.”””..”“““..“.“...……”…”...…””.”.…3.12实验装置.””.””二””””””“””””””””””“..““.’.......”””””””“二“. (9)3.13实验方案.”“””””””””””””””””““““““““..…，.”””“….“:.““.””.”.”””““”..“..““......…….“...….3. 2实验结果与分析.””””””””””””“”””“”“..“:.””””””””“..”“....”””””””””“”““:.”““........“.. (10)3. 3机理模型的提出.””..”””””:.”””””””..“”““二“..“.“，..…”””””..““““…“…”…”.”.”二”..””:.”:.””…1l3.3.1电流流经颗粒模型.“....“..““....“......””””””:.“““““....”””””””””““:.”:.“:.“““““.. (I1)3.32活化粉末粒子对模型二”.”.”:.”.”””””..”“““““….””””.”:.””””“....·..····……”·········..·····……”113.33多点放电模型............….….””..”..”””””””””““….“.….”””””””””“““““““.”“““..“.“““““:..1233.4脉冲电压的独特活化效果.”””.”””””“.......“.，....”””.”””””“..““..“:.“二“.. (13)4活化烧结材料.““..“““““.”..“””“”..”””“....”””””“””..”........“”””””””””””“”“”..”:.“.......“..“......“” (13)4. I烧结材料的用途和性质..“..“.”““““““:.”…””””””:.”””“:.“““……”….”:.”””.””””””二””..”:..144. 2纳米级Al众的烧结及其性能二“….””..””.”””””””““..”“·”“..””:.”””·”””””””””””””””””·1442.I不同颗粒尺寸氧化铝的相对理论密度随时间的变化关系二” (14)422相对密度与维氏硬度之间的关系…….””””””:.“:.““:.““““.“..“.....….…““...…“““.巧423册中烧结方法的比较“ (15)42.4烧结后微观结构分析.”””””””””””..““....“:.“..“”.......”””..”一”””””””””” (15)4. 3 WC-6%Co的烧结..”..“..….….”“””””“:.”““““”..“..““:.””””:.”.””””.”””””::..”.”…”….“.…”.164.3.1成形压力与相对密度的关系.“”“..““.....””:.”””..”:.。
银浆 烧结机理
银浆烧结机理银浆烧结机理银浆烧结是一种常见的制备电子元件材料的方法，特别适用于制备导电性良好的银膜。
本文将介绍银浆烧结的机理以及其应用。
一、银浆烧结的机理银浆烧结是指将银纳米颗粒通过加热使其粘结在一起，形成连续的导电银膜的过程。
具体机理如下：1. 银纳米颗粒分散：首先，在溶剂中将银颗粒分散成胶体或者溶胶状态。
这些颗粒通常具有纳米级的尺寸，因此具备较大的比表面积，有利于后续的烧结过程。
2. 银颗粒接触：将银浆涂覆在基底上，通过加热将银纳米颗粒之间的间隙逐渐减小，使其相互接触并形成颗粒接触点。
3. 颗粒熔结：随着温度的升高，银纳米颗粒表面的有机物开始分解，使颗粒之间的接触面积增大。
当温度达到一定程度时，银纳米颗粒表面开始熔化，形成银原子之间的结合。
4. 颗粒扩散：在熔结的银颗粒中，银原子开始扩散，使得颗粒之间的结合更加紧密。
扩散过程主要受温度和时间的影响，较高的温度和较长的烧结时间可以促进颗粒的扩散，从而得到更好的烧结效果。
5. 颗粒烧结：随着时间的推移，银颗粒之间的结合不断增强，形成连续的导电银膜。
经过适当的烧结条件，银膜的导电性能可以达到较高水平。
二、银浆烧结的应用银浆烧结技术具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 印制电路板（PCB）制备：银浆烧结可用于制备PCB上的导电线路，具有导电性好、耐腐蚀、耐高温等特点。
2. 太阳能电池制备：银浆烧结广泛应用于太阳能电池的制备过程中，用于制备电池的导电网格。
3. LED封装：银浆烧结可用于制备LED封装过程中的导电膜，有助于提高LED的导电性能。
4. 传感器制备：银浆烧结可用于制备各种传感器中的导电薄膜，如压力传感器、湿度传感器等。
5. 电子器件制备：银浆烧结还可用于制备各类电子器件中的导电膜，如电容器、电阻器等。
总结：银浆烧结是一种常见的制备电子元件材料的方法，通过加热使银纳米颗粒熔结并形成连续的导电银膜。
银浆烧结技术在印制电路板、太阳能电池、LED封装、传感器制备以及电子器件制备等领域有着广泛的应用。
烧结过程的主要机理
烧结过程的主要机理
嘿，咱今儿就来聊聊这烧结过程的主要机理呀！这就好像是一场奇妙的“变形记”。
你看啊，那些粉末颗粒就像是一群调皮的小孩子，一开始都各玩各的。
但当把它们放到一起，再给点温度呀、压力呀这些条件，嘿，神奇的事情就发生啦！它们就开始相互靠近，你挤我我挤你的，慢慢就黏在一起啦。
这其中啊，有个很重要的环节，那就是扩散。
这扩散就好比是这些小孩子们互相分享自己的玩具一样，你给我一点，我给你一点，慢慢地大家就变得亲密无间啦。
通过扩散，这些粉末颗粒之间的物质就开始流动，把它们紧紧地连接在一起。
还有啊，表面能也起着不小的作用呢！这表面能就像是小孩子们想要一起玩的那种渴望。
为了降低这个表面能，它们就会努力地去结合，让自己变得更稳定。
这烧结过程可不简单呀，就跟盖房子似的。
你得先把材料准备好，然后一点一点地搭建起来。
粉末颗粒们也是这样，在温度和其他条件的促使下，一点一点地形成一个坚固的整体。
想象一下，如果没有这些奇妙的机理，我们怎么能得到那些坚硬的烧结制品呢？那我们生活中的好多东西可就没法做出来啦！比如说那些精美的陶瓷制品，不就是通过烧结才变得那么漂亮、那么耐用的嘛。
而且呀，这烧结过程还很考验技术呢！温度高了不行，低了也不行，就跟做饭掌握火候一样重要。
要是火候不对，那做出来的东西可就不咋地啦。
所以说呀，这烧结过程的主要机理可真是太有意思啦！它就像是一个魔法，把那些小小的粉末颗粒变成了我们生活中各种各样有用的东西。
咱可不能小瞧了它哟！这就是烧结过程的神奇之处，让我们对它充满了敬畏和好奇。
材料科学基础--第九章-烧结
中心距L缩短 坯体收缩
适用： 蒸发-凝聚传质
扩散传质
球体-平板模型
扩散传质
烧结会引起体积的收缩和致密度增加，常用线收缩率或密度值来评
价烧结的程度。对模型(B)，烧结收缩是因颈部长大，两球心距离 缩短所引起的。故可用球心距离的缩短率 L 来表示线收缩率（L0烧结前两球心距离，L-烧结后缩短值）： L0
烧结后期：传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密 度达到95%以上，制品强度提高。
（二）烧结推动力
能量差（具体表现为：压力差、空位浓度差、溶解度差）
1、能量差 粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，即能量差是烧结的 推动力，但较小。烧结不能自发进行，必须对粉料加以高温，才 能促使粉末体转变为烧结体
2、颈部空位浓度分析
1）无应力区（晶体内部）的空位浓度：
c0
n0 N
exp
EV kT
2）应力区的空位浓度：
受压应力时，形成体积为Ω空位所做的附加功为：
En
受张应力时，形成体积为Ω空位所做的附加功为：
Et
所以，在接触点或颈部区域形成一个空位所做的功为：
3）温度的影响
T↑，D*＝D0exp（－Q/RT）↑↑， x/r、△L/L↑↑。
温度升高，加快烧结。温度在烧 结中往往起决定性作用。
在扩散为主的烧结中，除体积扩
散外，质点还可以沿表面、界面或
位错等处进行多种途径的扩散。库
津斯基综合各种烧结过程，得出烧
结动力学典型方程为：
( x)n r
F(T ) rm
多相反应和熔融、溶解、烧结等，其包括范围较宽。 烧结：仅是粉料经加热而致密化的简单过程，是烧成过程的一个
烧结生产工艺
8）、烧结矿整粒
主要设备： 1、一次冷矿筛（椭圆振动筛） 2000×6000、筛孔20mm 2、二次冷矿筛（直线振动筛） 2000×6000、筛孔5mm； 10mm。 整粒分级为： 1、大成品≥20mm； 2、铺底料：10-20mm； 3、小成品：5-10mm； 4、冷返矿：≤5mm。 我厂大小成品分后又混供。
4）、烧结配料
一、主要设备： 1、配料圆盘； 2、拉式皮带机； 3、配消器及湿 式除尘器； 4、配料矿槽； 5、称量设备；
二、配料的目的： 1、使烧结料化学成份和物理性质稳定，符合烧结生 产需要； 2、使烧结料有一定的原始透气性，提高烧结生产率； 3、使烧结料化学成份稳定，符合高炉冶炼需要； 4、实现烧结和炼铁的物料平衡、资源利用和效益最 大化。 三、配料方法： 1、容积配料法； 2、重量配料法；
2、水分的蒸发、冷凝与结晶水分解
一、水的作用： 1、利用水的表面张力，将烧结料制成具有 一定强度的颗粒和小球； 2、在料层自动蓄热过程中将温度压缩在一 个较窄的区间内。 二、蒸发与冷凝： H2O（液）=H2O（气） 三、露点 四：结晶水的分解：
3、碳酸盐的分解和氧化钙的化合
9、烧结矿贮存与转运
1、成品矿槽：360m3×6； 2、SW系列皮带机； 3、S系列皮带机。
10、抽风与除尘
1、主抽风机；额定风量9000m3/min；匹 配电机3200KW；大烟道直径3600mm； 2、机头除尘器：198m2(4电场)；多管除尘 器824管； 3、成品电除尘器50m2(3电场)；燃料电除 尘器30m2(3电场)；1#、2#机尾电除尘器 40m2(3电场)；配料电除尘器40m2(3电 场)。
4、铁氧化物分解、氧化和还原
1、铁氧化物主要有三种形态：FeO、Fe2O3、 Fe3O4 2、分解：3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2。 3、氧化和还原： Fe FeO Fe3O4 Fe2O3 从左至右为氧化过程，放热；从右至左为还 原过程，吸热。 4、烧结过程总体上是氧化气氛，局部存在还 原气氛。
烧结工艺原理及方法
生烧结
爆炸机理：
➢ 颗粒的塑性变形以及颗粒间的相互碰撞、 孔隙塌缩、颗粒表层的破坏导致颗粒表 面的沉热和融化-发生焊接 ➢ 颗粒破碎、孔隙的填充、颗粒表面由于 热量的沉积而发生部分熔焊和固态扩散 结合
烧结设备
烧结是在热工设备中进行的，这里热工设备指的是先进陶瓷生产
窑炉及附属设备。烧结陶瓷的窑炉类型很多，同一制品可以在不 同类型的窑内烧成，同一种窑也可烧结不同的制品。主要介绍常
液相烧结过程及机理
有液相参加的烧结称为液相烧结。粉料中含少量杂质，在烧结中 出现液相；或某一组分在高温下熔融出现液相 流动传质比扩散传质速度要快的多，烧结速率高，导致在更低的 温度下获得致密的烧结体
➢ ➢
液相烧结具体的条件：
液相对固相颗粒的润湿 固相在液相中有相当的溶解度
➢
➢
液相具有合适的粘度
表面扩散
晶格扩散 蒸发-凝聚 气相扩散
晶粒表面
晶粒表面 晶粒表面 晶粒表面
颈部
颈部 颈部 颈部
表面扩散率Ds
晶格扩散率D1 蒸气压差Δp 气相扩散率Dg
固相烧结的主要传质方式是扩散传质 存在表面扩散、晶界扩散和体积扩散，不是每种扩散传质均能
导致材料收缩或气孔率降低。
物质以表面扩散或晶格扩散方式从表面传递到颈部，不会引起 中心间距的减小，不会导致收缩和气孔率降低 颗粒传质从颗粒体积内或从晶界上传质到颈部，会引起材料的 收缩和气孔消失，真正导致材料致密化 材料的组成、颗粒大小、显微结构(气孔、晶界)、温度、气氛 及添加剂等都会影响扩散传质，进而影响材料的烧结。
用的间歇式窑炉、连续式窑炉和辅助设备。
间歇式窑炉按其功能新颖性可分为电炉、高温倒焰窑、梭式窑和 钟罩窑
烧结原理(详细资料)
烧结原理所谓烧结就是将粉末压坯加热到一定温度（烧结温度）并保持一定的时间（保温时间），然后冷却下来，从而得到所需性能的材料，这种热处理工艺叫做烧结。
烧结使多孔的粉末压坯变为具有一定组织和性能的制品，尽管制品性能与烧结前的许多工艺因素有关，但是在许多情况下，烧结工艺对最终制品组织和性能有着重大的甚至是决定性的影响。
硬质合金的烧结过程是比较复杂的，但是这些基本知识又是必须掌握的。
4.1 烧结过程的分类烧结过程的分类方法很多，按烧结制品组元的多少可以分为单元系烧结和多元系烧结，如钨、钼条烧结属于单元系烧结，硬质合金绕结则属于多元系烧结。
按烧结时组元中相的状态分为固相烧结和液相烧结，如钨钼的烧结过程中不出现液相，属于固相烧结，硬质合金制品在烧结过程中会出现液相，属于液相烧结。
按工艺特征来分，可分为氢气烧结、真空烧结、活化烧结、热等静压烧结等。
许多烧结方法都能用于硬质合金的烧结。
此外，还可以依烧结材料的名称来分，如硬质合金烧结，钼顶头烧结。
从学习烧结过程的实质来说，将烧结过程分为固相烧结和液相烧结两大类是比较合理的，但在生产中多按烧结工艺特点来进行分类。
4.2 烧结过程的基本变化硬质合金压坯经过烧结后，最容易观察到的变化是压块体积收缩变小，强度急剧增大，压块孔隙度一般为50%，而烧结后制品已接近理论密度，其孔隙一般应小于0.2%，压块强度的变化就更大了，烧结前压坯强度低到无法用一般方法来测定，压坯只承受生产过程中转移时所必备的强度，而烧结后制品却能达到满足各种苛刻工作条件所需要的强度值,显然制品强度提高的幅度较之密度的提高要大得多。
制品强度及其他物理机械能的突变说明在烧结过程中压块发生了质的变化。
在压制过程中，虽然由于外力的作用能增加粉末体的接触面,而颗粒中表面原子和分子还是杂乱无章的，甚至还存在有内应力，颗粒间的联结力是很弱的，但烧结后颗粒表面接触状态发生了质的变化，这是由于粉末接触表面原子﹑分子进行化学反应，以及扩散、流动、晶粒长大等物理化学变化，使颗粒间接触紧密，内应力消除，制品形成了一个强的整体，从而使其性能大大提高。
第四章-固相反应与烧结
VR
d(Cdt
x)
Kn (C x)n
x d(Cx)
t
0 (Cx)n 0 Kndt
n 1 1[(C 1 x)n 1C 1 n 1]K n t
讨论：
当n＝0 ，x＝K0t；
x d(Cx) t
n1,
0
(Cx)
K1dt
0
lnCC xK1t
n＝2 ,
x C(Cx) K2t
2） 非均相固相反应系统
F 2(R 0 x )l 2R 0 l(1 G )2
N
1
R02l
F F.N
2
1
(1G)2
R0
1
ddG tKnF(1G)n
n0时F ， 0(G)1(1G)2 K0t n1时F ， 1(G)(1G)1 21K1t
(4) 、 设颗粒为立方体时，
a 3 (a x )3
1
G
a x a (1 G )3
AB
设经dt通过AB层单位截面的A的量为dm
A
B
x dx
由Fick第一定律得
dm dC dtD.(dx)|x
CA=C0 0
设反应产物AB密度为，分子量为dm dx
且为稳定扩散
dC (dx)|x
＝C0 x
dxDC0 dt x
x22D0C tKt
_______抛物线速度方程
而实际通常以粉状物料为原料，因而又作下列假设：
3、 固相反应的分类
纯固相反应
( 1) 按物质状态分 有液相参加的反应 有气体参加的反 应
加成反应 置换反应 (2) 按反应性质分 热分解反应 还原反应
(3) 按反应机理
化学反应速率控制过程 晶体长大控制过程 扩散控制过程
催化剂强化烧结过程的机理研究
催化剂强化烧结过程的机理讨论傅菊英（中南工业高校矿物工程系）摘要为讨论催剂强化烧结过程的机理进行了试验，结果表明：催化剂可以提高磁铁矿的氧化速度，降低焦粉热解温度。
将0.02%催化剂加到焦粉中，焦粉的开头热解温度从460℃降到365℃,热解终止温度从720℃降到560℃。
分别将0.01%催化剂加入到锐钛磁铁精矿和低氟磁铁精矿中，烧结矿采用系数提高0.04~0.05t∙m-2∙hT 和0.02~0Q3t∙m-2.hl TI分别从66.8%提高到68.7%和从63.82%提高到67.16%,每吨烧结矿固体燃耗降低3kg。
关键词烧结氧化催化剂磁铁矿焦炭INVESTIGATION OF THE MECHANISM OF CATALYST,S STRENTHENING SINTER PROCESSINGFu JuyingAbstract Test result indicated that the catalyst can increase oxidation rate of magnetite and decrease the initial temperature of heat decomposition of coke.By adding 0.02%catalystthe initial temperature of heat decomposition of coke was decreased from 460℃to 365℃,the final temperature of heat decomposition was decreased from 720℃to 560°C.By respectively adding 0.01%catalyst to vanadium-titan magnetite concentrate o r low-fluorine concentrate,sinter productivity was increased by 0.04lm∙h l to 0.5t∙m-2∙h, and 0.02（.m2 h ,）to 0.03t-m2∙h ',the tumbler strength was respectively increased from 66.8%to 68.7%and from63.82%to 67.16%.The solid f uel consumption was decreased by 3kg∕t.Keywords sinter, oxidation, catalyst, magnetite, coke 1前言随着高碱度厚料层、低温烧结、小球团烧结等技术的进展和推广，我们国家以细精矿为主的烧结矿产质量有很大的提高，数量上基本上能满意高炉需要。
材料科学基础2-第三章-烧结过程
通常可将烧结过程分成几步：
a.烧结前颗粒堆积：颗粒间彼此以点接触，有的相 互分开，有较多的空隙。
ab. T，t，产生颗粒间键合和重排，粒子相互 靠拢，a中的大孔隙逐渐消失，气孔总体积迅速减少， 但颗粒间仍以点接触为主，总表面积没有缩小
bc.有明显的传质过程，由点接触逐渐扩大为面接 触，粒界增加，固-气表面积相应减少，但空隙仍连 通。
➢无液相参与的烧结，即只在单纯固相颗粒之间进 行的烧结称为固相烧结
➢有部分液相参与的烧结称为液相烧结 ➢通过蒸发-凝聚机理进行传质的烧结称为气相烧结
3. 根据烧结体系的组元多少分类： ➢烧结可分为单组元系统烧结、二组元系统烧结和多 组元系统烧结。单组元系统烧结在烧结理论的研究中 非常有用。而实际的粉末材料烧结大都是二组元系统 或多组元系统的烧结。
❖在烧结过程中，坯体内部发生一系列物理变化过程：
（i）颗粒间首先在接触部分开始相互作用，颗粒接触 界面逐渐扩大并形成晶界（有效粘结，Bonding）
（ii）同时气孔形状逐渐发生变化、由连通气孔变成孤 立气孔并伴随体积的缩小，气孔率逐渐减少
（iii）发生数个晶粒相互结合，产生再结晶和晶粒长 大等现象
第三章
烧 结 过程
❖一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物、 粘土等）粉末经压制成为坯体，坯体中含有大 量气孔，颗粒之间的接触面积较小，强度较低。
❖烧结---将坯体加热到一定温度后，坯体中颗 粒开始相互作用，气孔逐渐收缩，气孔率逐渐 减少，颗粒接触界面逐渐扩大为晶界，最后数 个晶粒相互结合，产生再结晶和晶粒长大，坯 体在低于熔点温度下变成致密，坚硬的烧结体
烧结过程有两个共性的基本特征：一是需要高温加热，第二是 烧结的目的是为了使粉体致密，产生相当强的机械强度
纳米颗粒烧结机理
纳米颗粒烧结机理引言：纳米颗粒烧结是一种重要的材料加工方法，通过高温下的压力和热处理，将纳米颗粒结合成致密的块状材料。
本文将探讨纳米颗粒烧结的机理，包括烧结过程中的原理和影响因素。
一、纳米颗粒烧结的原理纳米颗粒烧结的原理基于固体颗粒之间的扩散和结合过程。
在高温下，纳米颗粒表面的原子会发生扩散，使颗粒之间的接触面积增大。
当颗粒之间的接触面积足够大时，原子会重新排列，形成新的结合界面。
这种界面的形成使得纳米颗粒之间的结合更加牢固，从而形成致密的块状材料。
二、纳米颗粒烧结的影响因素1. 温度：温度是纳米颗粒烧结过程中最重要的影响因素之一。
较高的温度可以促进原子的扩散和结合，从而加快烧结速度。
然而，过高的温度可能导致颗粒的烧结过度，使得材料的性能下降。
2. 压力：压力可以增加颗粒之间的接触力，促进原子的扩散和结合。
适当的压力可以提高烧结的致密度和强度，但过高的压力可能导致颗粒的变形或破碎。
3. 时间：烧结时间是影响纳米颗粒烧结的另一个重要因素。
较长的烧结时间可以使得颗粒之间的结合更加牢固，但过长的时间可能导致能量浪费和生产效率的降低。
4. 纳米颗粒的性质：纳米颗粒的形状、大小和表面性质都会影响烧结过程。
较小的颗粒通常具有更高的表面能，需要更高的温度和压力才能实现有效的烧结。
此外，表面修饰和添加剂的引入也可以改善烧结效果。
三、纳米颗粒烧结的应用纳米颗粒烧结技术在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。
以下是一些典型的应用领域：1. 陶瓷材料：纳米颗粒烧结可以用于制备高性能的陶瓷材料，如氧化铝、氧化锆等。
通过控制烧结条件和添加适当的添加剂，可以获得具有优异力学性能和高温稳定性的陶瓷材料。
2. 金属材料：纳米颗粒烧结也可以用于制备金属材料，如铜、铁等。
通过烧结过程中的原子扩散和结合，可以获得高密度和高强度的金属材料。
3. 磁性材料：纳米颗粒烧结可以用于制备磁性材料，如氧化铁、钕铁硼等。
通过控制烧结条件和添加适当的添加剂，可以获得具有优异磁性性能的材料。
一、烧结基本原理
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
Ⅰ.烧结时间：
如NaF和Al2O3 试块的烧结收缩曲线
x 5 Ⅱ.原料的起始粒度： r 粒度与接触颈部增长关系图 r 在扩散传质的烧结过程中，起始粒度的控制相当重要 3
Ⅲ.温度对烧结过程的决定性作用
温度升高，自扩散系数 D* D0 exp( Q RT )
D*明显增大，故升高温度必然加快烧结的进行。
对球形曲率：弯曲表面由于表面张力而造成的压差
1 1 P ( ) 对非球形曲面： r1 r2
烧结的推动力：
2 P r
G VP
结论：弯曲表面上的附加压力与球形颗粒 ( 或曲面 ) 曲率
半径成反比，与粉料表面张力成正比，故粉料越细，由 曲率引起的烧结推动力越大
x 160D * 5 5 5 ( ) r t r kT
1 3 1
扩散传质初期动力学方程可以写成：
Y
P
1 Kt log Y log t K ' P
Y — 烧结收缩率 K — 烧结速率常数 t — 烧结时间
logY—t作图为一直线，截矩 ＝K’(随T升高而升高)，斜率＝1/P(不 随T变化)
颈表面 颗粒接触点 空位扩散方向： 颈表面 颗粒内部
扩散方式：表面扩散、晶界扩散、体积扩散
2. 扩散传质的动力学 (1) 烧结初期 烧结初期物质迁移路线图 坯体变化：以表面扩散为主，气孔率大，收缩约在 1%左右 动力学方程：
颈部增长速率：
x 160 D * 5 5 5 ( ) r t r kT
第九章 烧 结
主要内容：
烧结有关概念；推动力* 固态烧结* 液相烧结# 晶粒长大与二次再结晶* 影响烧结的因素*
陶瓷烧结原理
陶瓷烧结原理
陶瓷烧结是通过加热粉末状陶瓷原料，在一定时间内保持一定的温度，使原料颗粒之间发生表面融合和颈缩现象，最终形成致密的固体块状材料的过程。
它是一种常用的陶瓷成型方法，常用于制作各种陶瓷制品。
陶瓷烧结的原理可以分为四个阶段：加热阶段、颈缩阶段、烧结阶段和冷却阶段。
首先，在加热阶段，通过提供热能，使陶瓷原料的温度逐渐升高。
在这个过程中，原料中的有机物会发生分解和燃烧，释放出气体和水蒸气。
接下来是颈缩阶段，在这个阶段，温度继续上升，陶瓷颗粒之间的接触面积增大，颈缩现象开始发生。
颈缩是指颗粒之间的表面融合，颗粒逐渐变得胶状。
这个过程中，粉末颗粒之间的距离减小，空隙逐渐消失。
然后是烧结阶段，在这个阶段，温度进一步升高，使陶瓷颗粒之间更加牢固地结合在一起。
这是因为烧结过程中，颗粒表面发生熔融和扩散，形成新的晶体和结晶相，这些结晶相能够填充原来的空隙，使材料变得更加致密和坚固。
最后是冷却阶段，在这个阶段，将加热功率减小，让材料缓慢降温。
这样可以避免突然降温导致的热应力，陶瓷制品在冷却过程中会发生收缩，如果冷却过快可能会导致开裂。
综上所述，陶瓷烧结的原理是通过加热原料使其发生颈缩和烧结，最终形成致密的陶瓷制品。
这个过程中温度的控制非常重要，不仅影响烧结的程度，还会影响材料的性能和质量。
第14章烧结
这一浓度差导致内部质点向表面扩散，推动质点迁移，可以
加速烧结。
11
五、烧结过程的动力学描述方法
ห้องสมุดไป่ตู้
a).坯体收缩率或颈部变化：dv/dt，ΔV/V，颈部半
径x/原始粒径r；
b).气孔率和吸水率： dPc/dt； c).体积密度与理论密度之比θ：
θ=烧结体体积密度/真密度，dθ/dt。
12
六、烧结模型
愈容易烧结，为了促进烧结，必须使γSV > γGB 。一般Al2O3粉的 表面能约为1J/m2 ，而晶界能为0.4J/m2 ，两者之差较大，比较 易烧结；而Si3N4、SiC和AlN等， γGB / γSV比值高，烧结推动力 小，因而不易烧结。
9
粒度为 1μm的材料烧结时所发生的自由焓降低约为8.3J/g。
3.烧结的分类 固相烧结：烧结发生在单纯的固体之间 液相烧结：有液相参与的烧结
2
4、烧结过程
有固相反应发生 不产生固相反应
5.烧结的特点
a).远低于熔点温度下，质点发生迁移、扩散、开始
烧结（0.3-0.5Tm）；
b).对于硅酸盐材料，完全烧结温度在（0.7-0.8Tm）； c).烧结主要是物理过程，但也伴随有固相反应； d).烧结前后主晶相不变化。
蒸发-凝聚传质的特点： 1) 坯体不发生收缩。烧结时颈部区域扩大，球的形状变为椭 圆，气孔形状改变，但球与球之间的中心距不变。 2) 坯体密度不变。气孔形状的变化对坯体一些宏观性质有可 观的影响，但不影响坯体密度。
二、扩散传质
在大多数固体材料中，由于高温下蒸气压低， 则传质更易通过固态内质点扩散过程来进行。
2、传质机理：由于颗粒表面（凸面蒸
气压比颈部（凹面）蒸气压高），
热压烧结特有的烧结机理
热压烧结特有的烧结机理热压烧结，听起来就像是个高大上的词，其实里面的奥秘可真不少。
想象一下，一块小小的粉末，经过一系列的变幻，最后变成了坚固的材料，这个过程可真是妙不可言。
它就像是把一堆小石子放在一起，轻轻一捏，竟然能让它们紧紧相连，化身为坚硬的石头。
热压烧结的魔法，就在于这种高温和压力的结合。
可别小看了这两者，它们可是真正的主角。
高温像个热情的厨师，把粉末煮得软软的，压力则像个严厉的教练，让粉末们齐心协力，变得紧密无比。
你知道吗？热压烧结的秘密还在于颗粒的形状和大小。
就好比你在拼乐高，方方正正的块儿比圆圆的更容易搭。
粉末颗粒如果形状规整，烧结时可就能更好地“抱团取暖”。
颗粒的大小也很讲究，小颗粒能填补大颗粒之间的缝隙，哎呀，这就像是把豆腐干和米饭搭配在一起，口感刚刚好。
这样一来，烧结出来的材料就会更加坚固，简直是让人惊叹。
再说说这个温度，一般来说，温度越高，材料的流动性就越强。
就好比冰淇淋在阳光下融化，越热越流动。
而当温度达到某个临界点，粉末之间就会开始互相“粘”在一起，形成牢不可破的结构。
像是朋友们一起打牌，随着时间的推移，大家越玩越熟，最后成为了无话不谈的好伙伴。
这种现象被称为“扩散”，听起来复杂，其实就是让每个粉末都有机会找到自己的小伙伴，大家一起抱团取暖。
别忘了，烧结过程中还会有气体的参与。
那些小气泡就像调皮的孩子，在粉末之间穿梭，可能会影响最终的效果。
气体的存在就像是“搅局者”，让一切变得更加复杂。
为了避免这种情况，研究人员常常会选择在真空环境下进行热压烧结，确保一切尽在掌控之中。
这样一来，产品的质量就能得到保证，像是精心调配的鸡尾酒，绝对不会让人失望。
热压烧结还有一个特别的地方，就是它的效率。
相比于其他的烧结方式，热压烧结能在短时间内完成高质量的产品，简直就像是一家快餐店，快得让人惊讶。
制造商们真的是赚到了，省时省力，产品质量也不差，这可是一举两得的好事。
这种方法还特别适合生产复杂形状的零件，想想那些形状各异的机械零件，热压烧结能够让它们轻松成型，绝对是技术上的一次飞跃。
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密 度
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.随烧结温度的升高，比电导和抗拉强度增加。
2.曲线表明，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。
3.温度继续升高，物质开始向空隙传递，密度增大。 当密度达到理论密度的90～95％后，其增加速度显著 减小，且常规条件下很难达到完全致密。说明坯体 中的空隙(气孔)完全排除是很难的。
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。
如果固体在高温下有较高蒸气压，则可以通 过气相导致物质从凸表面向凹表面处传递。此 外若以固体表面的空位浓度C或固体溶解度L分 别代替式2中的蒸气压P，则对于空位浓度和溶 解度也都有类似于式 2的关系，并能推动物质 的扩散传递。
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。
图9 凹凸不平的固体表面的附加压强差及物质迁移
三、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
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。
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10 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。
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
第二节 烧结过程及机理
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。
比电导(Ω-1·cm-3)
拉力(kg/cm3) (g/cm2)
烧结初期
产生键合，空隙变形、缩
烧
小（即大气孔消失），固-
结
气总表面积没有变化。
过
程 的
烧结中期
传质开始，粒界增大，空 隙进一步变形、缩小，但
三
仍然连通，形如隧道。
个
阶
段
烧结后期
传质继续进行，粒子长大， 气孔变成孤立闭气孔，密
度达到95%以上，制品强
度提高。
二、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。
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：
ln c = 2 SLM 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
(a)
(b)
图10 被水膜包裹的两固体球的粘附
图11 在扩展的粘附接触面上的变形作用 （A处的细线表示粘附力）
(二) 物质的传递
在烧结过程中物质传递的途径是多样的，相应 的机理也各不相同。但如上所述，它们都是以表 面张力作为动力的。 有流动传质 、扩散传质 、 气相传质 、溶解—沉淀传质。
1．流动传质 这是指在表面张力作用下通过变形、流动引起 的物质迁移。属于这类机理的有粘性流动和塑性 流动。
c = exp[− G f + 3 ] kT kT
在颈部表面的过剩空位浓度为
c'−c0
=
c
3
= exp
−1
c0
c0
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。
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。
时可能取决于另一种机理。
图12 不同烧结机理的传质途径
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，
F − = v （3）
S
x
式中，τ是极限剪切力。
2． 扩散传质
扩散传质是指质点(或空位)借助8所示，烧
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
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
C0
=
n0 N
= exp(− Gf 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
(二)烧结过程的模型示意图
根据烧结性质随温度的变化，我们可以把烧结 过程用图6的模型来表示，以增强我们对烧结过 程的感性认识。
图6 粉状成型体的烧结过程示意图
6/1
12/2
a)烧结前
b)烧结后
图7 铁粉烧结的SEM照片
a)烧结前
b)烧结后
图7 BICUVOX.10烧结的SEM照片
坯体中颗粒重排，接触处
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。
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，并可以用开尔文本公式表 达：
对于球形表面 ln P = 2M （1）
P0 dRTr
对于非球形表面
ln P = M ( 1 + 1 )（2）
P0 dRT r1 r2