第四章 烧结理论-1.
烧结热力学
图4-7三种扩散机构
第四章烧结 从图可看出：空位与原子交换位置时，一个空位移动了5个原子间距， 而5个原子各移动了一个原子间距，说明空位扩散速度远大于原子扩散速
度，金属相互扩散形成孔隙就是因为空位和空位扩散机构。
烧结过程中，由于空位和扩散起重要作用，因此体积扩散机构中，以烧 结颈为扩散空位“源”。
第
烧
四
章
结
Sintering
第四章烧结 烧结定义：把坯块或松装粉末体加热到其基本组元熔点以下的温度，约 0.7~0.8T绝对熔点或2/3熔点，并在此温度下保温，从而使粉末颗粒相互结 合起来，改善其性能的一种热处理过程。 烧结过程坯块变化：用低于熔点的温度加热坯块时，坯块收缩而致密 化，结果强度增加，物理化学性能提高。烧结温度达到一定值时，水分或 有机物蒸发或挥发，吸附气体排出，应力消除，粉末颗粒表面氧化物还 原，接着是原子的相互扩散，粘性流动和塑性流动，颗粒间接触面增大，
Q——扩散激活能；R——气体常数；T——绝对温度。 从上式可看出，扩散系数随温度升高而增大。
正常烧结温度下，扩散系数很高，烧结体可以均匀化。如Fe-石墨结构
件，在1100℃下，C向奥氏体中扩散的扩散系数是7×10-9m2· sec-1。 Fe-Ni合金，在1100℃下，Fe往Ni中扩散的扩散系数是8 ×10-14m2· sec-1。
Ⅲ最终阶段——闭孔隙球化和缩小阶段 多数孔隙被分离使闭孔隙数量增加，并不断球化和缩小。这一阶段由于
小孔隙数量逐渐较少，烧结块缓慢收缩。
第四章烧结
图4-2烧结阶段示意图
第四章烧结 （3）烧结原动力 烧结过程中孔隙大小发生变化，粉末体总表面积减小，孔隙表面自由 能的降低即是烧结原动力。 a.烧结动力公式：
烧结理论
Part 2： 粉末烧结
§3 烧结技术的发展
外力的引入：HP、HIP、 超高压烧结（纳米晶材料）
Part 2： 粉末烧结
快速烧结技术
1 电固结工艺
2 快速热等静压(quick-HIP)
3 微波烧结技术
4 激光烧结 5 等离子体烧结 6 电火花烧结
第二章
烧结热力学基础
§1 烧结的基本过程与孔隙结构的演化
三类体系：
• • • •
48
蒸气压较高：Mn,Zn，Cd,CdO等 高温:接近烧结材料的熔点 化学活化：添加氯离子的烧结 纳米粉末的烧结
Part 2： 粉末烧结
由Gibbs-Kelvin公式得到蒸气压差 P=Poγ Ω /(kTR) Po —平面的饱和蒸气压； R—曲面的曲率半径。
49
Part 2： 粉末烧结
收缩和分布
Part 2： 粉末烧结
研究范畴:
烧结过程的驱动力 烧结热力学，即解决Why的问题 物质迁移方式 烧结机构，即解决How的问题， 也就是说物质迁移方式和迁移速度
Part 2： 粉末烧结
研究方法:
烧结几何学 烧结物理学 烧结化学 计算机模拟 双球模型 原子迁移机构,扩散机构 组元间的反应（溶解、形成 化合物）及组元与气氛间的 反应 借助于建立物理、几何或化 学模型，进行烧结过程的计 算机模拟（蒙特-卡洛模拟）
互不固溶系
组元间既不溶解，也不形成化合物 Ag-W、Cu-W、Cu-C等
Part 2： 粉末烧结
液相烧结 在烧结过程中存 在液相的烧结过程。
Part 2： 粉末烧结
烧 结 操 作 的 重 要 性
1 粉末冶金工艺两个基本加工步骤之一 磁粉芯和粘结磁性材料例外
烧结基本理论与类型介绍
（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。
12
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
13
14
15
（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。
20
（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
21
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
4
（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。
17
二、 烧结温度和烧结时间 1. 烧结温度
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。
铁矿粉烧结理论
烧结速度/mm/min
21 20 19 18 17 16 15 14 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 29 28 27 26 25 24 23 22 21 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
一般来说，碳的燃烧在较低温度和氧含量较高的条件下，以生成CO2为主；在较高 温度和氧含量较低的条件下，以生成CO为主。烧结废气中，碳的氧化物是以CO2为 主，只含少量的CO。
图4－2 在烧结试验过程测得废气中的 氧气、二氧化碳和一氧化碳的变化
(试验所用燃料量为7％)
通常用燃烧比(CO/CO+CO2)来衡量烧结过程中碳的化学能利用程度，用废气成分 来衡量烧结过程的气氛。燃烧比大则碳的利用差，还原性气氛较强，反之碳的利用 好，氧化气氛较强。还原性气氛较强时，CO可以将Fe2O3还原为Fe3O4，因此，烧结 混合料中配碳量越过，烧结矿亚铁含量越高。 影响燃烧比的因素有： a.燃料粒度 (图4-3) b.混合料中燃料含量 (图4-4) c.烧结负压 (图4-5) d.料层高度 (图4-6) e.返矿量 (图4-7)
R
当扩散速率与化学反应同步，即 = 时，整个反应稳定进行， 则碳粒燃烧的总速度为：
V VR KD KR S CO2 KCO2 KD KR
VD
VR
K K K ≈ ，此时，过程的总速度取决于化学 在低温下， K ﹤﹤ ， 反应速度，称燃烧处于“动力学燃烧区”。
R D R
在高温下， ﹤﹤ ， ≈ ，此时，过程的总速度取决于氧的 扩散速度，称燃烧处于“扩散燃烧区”。 当燃烧处于动力燃烧区时，燃烧速度受温度影响较大，随温 度升高而增加，而不受气流速度、压力和固体燃料粒度的影响。 当燃烧处于扩散燃烧区时，燃烧速度取决于气体的扩散速度， 而温度的改变影响不大。 烧结过程在点火后不到一分钟，料层温度升高到1200℃～ 1350℃，故其燃烧反应基本上是在扩散区内进行，因此，一切 能够增加扩散速度的因素，如减小燃料粒度、增加气流速度 （改善料层透气性、增加风机风量）和气流中的氧含量，都能 提高燃烧反应速度，强化烧结过程。
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。
第四章 烧结理论-2
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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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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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（一）合金化模型：同心球
假定颗粒A表面上均匀地包覆一层 合金元素B。
均匀化程度因数： F = mt / m∞
m t — 时刻t通过界面的物质量 m∞ — 完成合金均匀化时通过界面 的物质量
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Fe—0.4， W—0.4……
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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
粉末冶金原理第四部分 粉末烧结技术
52
Part 2： 粉末烧结
对于具体的粉末烧结体系，能量平衡， 则:
• • • • K=COS(θ /2)=γ gb/2γ s E=6γ sρ Vb[K+A(1-K)]/G ρ 为烧结进行过程中的密度 对Vb微分，得致密化压力 Pd=6γ s(1-ρ )ρ 2(1-K)/[G(1-ρ o)2] ρ o为坯块的起始密度
一、作用在烧结颈上的原动力(driving force for neck growth) 二 、 烧 结 扩 散 驱 动 力 (driving force atom diffusion) 三、蒸发-凝聚物质迁移动力—蒸汽压差 四、烧结收缩应力（补）-宏观烧结应力
37
Part 2： 粉末烧结
一、作用在烧结颈上的拉应力
46
Part 2： 粉末烧结
• 考虑在烧结颈部与附近区域（线度 为 ρ ）空位浓度的差异 空 位 浓 度 梯 度 ▽ Cv= Cvoγ Ω / （kTρ 2） • 可以发现 • ↑γ （活化） • ↓ρ （细粉） • 均有利于提高浓度梯度
47
Part 2： 粉末烧结
三、蒸发-凝聚气相迁移动力—蒸汽压差 (driving force for mass transportation by evaporation-condensation)
Part 2： 粉末烧结
含 义
2 低于主要组分熔点的温度
* 固相烧结—烧结温度低于所有组分的熔点 * 液相烧结—烧结温度低于主要组分的熔点 但高于次要组分的熔点 WC-Co合金， W-Cu-Ni合金
Part 2： 粉末烧结
含 义
3 烧结的目的
依靠热激活作用，原子发生迁移，粉末 颗粒形成冶金结合 Mechanical interlocking or physical bonging →Metallurgical bonding ↑烧结体的强度
四、烧结.ppt
1第四章烧结4.1 4.1 概述概述烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一。
烧结是粉末和粉末压坯烧结是粉末和粉末压坯，，在适当温度和气氛下加热所发生的现象或过程所发生的现象或过程。
2按烧结过程有无明显的液相出现和烧结系统的组成分为和烧结系统的组成分为：：1）单元系烧结2）多元系固相烧结3) 3) 多元系液相烧结多元系液相烧结3粘结阶段颗粒的原始接触点或面转变成晶体结合颗粒的原始接触点或面转变成晶体结合，，即通过成核即通过成核、、结晶长大等原子过程形成烧结颈等原子过程形成烧结颈。
烧结体密度烧结体密度、、烧结体强度烧结体强度、、导电性等的变化烧结颈长大阶段原子向颗粒结合面迁移原子向颗粒结合面迁移，，烧结颈扩大烧结颈扩大，，颗粒间距缩小颗粒间距缩小，，晶粒长大，晶界越过孔隙移动晶界越过孔隙移动。
烧结体密度烧结体密度、、烧结体强度等的变化闭孔隙球化和缩小阶段烧结体致密度达到烧结体致密度达到90%90%90%以上以上以上，，孔隙闭合后孔隙闭合后，，孔隙形状趋于球形并缩小缩小。
4.2 4.2 烧结的基本过程烧结的基本过程41）烧结为什么会发生烧结为什么会发生？？2）烧结是怎样进行的烧结是怎样进行的？？4.34.3 烧结理论的两个最基本的问题51）烧结为什么会发生烧结为什么会发生？？烧结是系统自由能减低的过程。
•由于颗粒结合面的增大和颗粒表面的平直化，粉末体的总表面积和总表面自由能减小•粉末体内孔隙的总体积和总表面积减小•粉末内晶格畸变的消除62）烧结是怎样进行的烧结是怎样进行的？？烧结的机构和动力学问题，研究烧结过程中各种物质迁移方式以及速率。
7单元系烧结是指:纯金属或有固定成分的化合物的粉末在固态下的烧结，不会出现新组成物或者新相，也不会出现凝聚状态的改变。
4.4 4.4 单元系烧结单元系烧结8一、烧结温度和时间•单元系的烧结主要机构是扩散和流动构是扩散和流动。
粉末冶金培训资料-烧结理论
粉末冶金钢的烧结
• 为什么烧结 ? • • • • • • 烧结工艺 影响烧结的参数 烧结过程中发生了什么？ 烧结机理 烧结粉末冶金钢 烧结的类型
为什么烧结？
生坯状态 (冷焊)Leabharlann 烧结状态 (颗粒间的粘接)
金属粉末压坯
多孔金属
生坯和烧结状态
压制后
烧结后
烧结工艺
温度
1 室温
2
3
4
时间 1 脱蜡 (300 - 700℃) 2 C 分解 (800 - 950℃) 3 烧结 (1100 - 1300℃) 4 冷却 (冷却速率)
• 相变： F, P, B, M, γ • 碳化物析出
烧结的不同类型
• 温度 (< 1150 ℃, >1150 ℃) • 烧结炉 (批次炉, 推杆炉, 网带炉, 步进梁炉) • 气氛 (真空, 吸热性气氛, N2/H2) • 状态 (液相, 固相) • 压力 (常压, 增压) • 活化能 (颗粒尺寸, 形状，合金系统)
Fe - Cu 体系烧结膨胀机理
90%Fe 10%Cu 1150 ℃
烧结收缩机理
Fe-Cu 和 Fe-Cu-C 体系的尺寸变化
Cu
Cu + 1%C
影响尺寸变化的因素
• • • • • • • • 颗粒尺寸 合金元素 充填和压制不均匀 零件中合金元素分布不均匀 形成液相 烧结温度和时间 烧结炉的温度分布不均匀 烧结炉内气体流动不好
Ni 在 Fe-基的均质化
影响均质化的因素
Ni 颗粒尺寸: 5 um, 10 um 温度: 1000 - 1300C 时间: 0.5 -500 h
重要因素:
• 温度 • Ni 颗粒尺寸 • 时间
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、简述烧结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。
据统计，每生产1t生铁需1.7～1.9t铁矿石，若是贫矿，需要的铁矿石则更多。
另外，由于长期的开采和消耗，能直接用来冶炼的富矿愈来愈少，人们不得不大量开采贫矿（含铁25%～30%）。
但贫矿直接入炉冶炼是很不经济的，所以必须经过选矿处理。
选矿后的精矿粉，在含铁品位上是提高了，但其粒度不符合高炉冶炼要求。
因此，对开采出来的粉矿（0～8mm）和精矿粉都必须经过造块后方可用于冶炼。
我国铁矿资源丰富，但贫矿较多，约占80%以上，因此，冶炼前大都需经破碎、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）烧结工艺：自1978年马钢冷烧技术攻关成功后，一批重点企业和地方骨干企业基本完成了热烧改冷烧工艺。
部分企业建成原料混匀料场，并投入使用，绝大多数钢铁企业实现了自动化配料、混合机强化制粒、偏析布料、冷却筛分、整粒及铺底料技术。
（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，我国最大烧结机75m2，60年代130 m2，80年代265m2，90年代宝钢二、三期和武钢等450m2烧结机相继投产，这些都是我国自行设计、自行制造，并实现自动化生产的。
烧结理论
烧结理论基础(Basic Theory of Sintering)Content:§1 导言Introduction§2 烧结的推动力与过程的能量变化Driving force for Sintering and Energy Change during in the Process§3 烧结理论的定量处理Quantitative Treatment upon Sintering theory§4 气相烧结Vapor-state Sintering§5 固相烧结Solid-state Sintering§6 液相与活化烧结Liquid Phase and Activated Sintering§1 导言烧结(Sintering)通常是指粉粒集合体(即坯体)在高温作用下，内表面的减少，气孔率降低，颗粒间接触面加大，以及机械强度提高的过程。
烧结总是意味着固体粉状成型体在低于其熔点温度加热，使物质自发地充填颗粒间隙而致密化的过程。
烧结可以发生在单纯的固体之间，也可以在液相参与下进行，前者称固相烧结，后者称液相烧结，无疑，在烧结过程中可能会包含有某些化学反应的作用，但重要的是，烧结并不依赖于化学反应的作用。
它可以在不发生任何化学反应的情况下，简单地将固体粉料加热，转变成坚实的致密烧结体。
这是烧结区别于固相反应的一个重要方面。
将固体粉料加热，在一定高温下烧结的过程中，可能伴随有脱水、热分解、相变、共溶、熔融和溶解、固相反应、以及析晶，晶体长大，溶质的溶入与偏析和无定形玻璃相的凝固等多种物理、化学变化过程。
近代陶瓷科学关于烧结方面，主要是弄清三个问题：1)烧结过程的推动力，2)烧结过程中物质的传递机构，3)烧结后期的气孔收缩和致密化过程。
在从理论上处理这些问题时，又存在两种不同的作法：a) 唯象理论或热力学理论：从烧结热力学与烧结动力学的观点出发，不考虑烧结体内微观质点的具体结构及其变化细节来解决整个烧结体系的可能性、变化方向、限度以及烧结速率等问题。
烧结理论简介
Coble 的多面体模型(十四面体)
图 十四面体模型及十二面体模型
十四面体模型由正八面体沿其顶点在边长1/3处截去一部分而得到，截后有6个四边形 8个六边形的面，这种多面体可按体心立方紧密堆积在一起 。紧密堆积时，多面体的 每个边为三个多面体所共有，它们之间近似形成一个圆柱形气孔、气孔表面为空位源。 每个顶点为四个多面体所共有。
1、
＝f(G-
1 2
)
断裂强度
G 强度 晶粒尺寸
2、气孔 强度(应力集中点)； 透明度(散射)； 铁电性和磁性。
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。
§14－1 概述
其中的固态颗粒结合起来的作用。
实验结果：0.1～1m的颗粒中间充满硅酸盐液相，其P = 1.23～12.3MPa。 毛细管力造成的烧结推动力很大!!
A 第一阶段：颗粒重排
B 溶解－沉淀传质
P114
影响此种烧结机理的因素：
时间 颗粒的起始粒度 溶解度 润湿性 液相数量 烧结温度。
*四、各种传质机理分析比较
2、不同区域浓度
无应力浓度：C0 有压应力浓度：
exp(- EV ) kT
Cc
exp(- EV ) kT
2
exp(-
E
V
kT
)
C0
exp(
kT
)
又 kT 1
武科大烧结理论总结翻译
第一章烧结定义：1. 烧结是一种粘结颗粒成一个连贯的热处理，主要的固体结构通过大众运输事件往往发生在原子尺度。
结合会提高强度和降低系统的能量。
2. 烧结是用来从金属或/和利用热能陶瓷粉体的密度控制的材料和部件的生产加工技术烧结驱动力的总的界面能的降低：相关术语:密度外表积颈项比收缩膨胀两种主要形式的液相烧结：瞬时、持续液相烧结理论的问题/?第二章烧结测量技术1.压汞法它是一种含开孔网络的材料的孔隙大小分布估计方法。
2.泡点测试测量最大连通孔尺寸。
3.氦气测比重是衡量闭合孔隙率显微结构：烧结材料的微观结构特征参数，包括孔隙结构以及晶粒大小，晶粒取向，晶粒的形状，相对量的每个阶段，和连接或接触之间的相。
1〕烧结颗粒直接成像是可能使用热台光学或电子显微镜。
2〕定量显微镜提供了一种从抛光截面取自烧结材料中获取信息。
如何表达的尺寸变化？正式，线性尺寸变化定义为Δ1／10，反映在初始绿色长度L0变化到最终的烧结长度Ls作为△L.如果烧结后的尺寸较大时，这一过程被称为肿胀和Δ1／10是积极的，而如果烧结后的尺寸小，过程被称为收缩和Δ1／10是负的。
测量外表面积的两个主要的分析技术，气体吸附和气体渗透性。
都需要一个开放的孔结构允许通过测试气体的访问。
热反应：热测量在某些应用烧结材料是重要的，但很少使用的热性能随烧结。
然而，热特性做证明重要的反应烧结过程的理解。
例如，不同的热分析是在确定第一温度熔体形成液相烧结过程中的帮助。
对于相对相含量的测定X射线衍射，对浓度分布测定的电子探针分析。
总结：许多重要的参数可以从微观结构的测定。
晶粒尺寸，确定的外表积，孔的尺寸或脖子的尺寸为函数的烧结时间和烧结温度对烧结动力学检查允许第三章：固相烧结原理——烧结形成固体颗粒之间的链接当被加热时！-------链接去除自由外表减少外表能量，通过晶粒生长的晶粒边界区域的二次消除。
相应的温度是绝对的烧结温度对绝对的熔化温度。
大多数材料具有烧结温度在0.5和0.8之间的同源性。
烧结理论知识培训课件
烧结理论知识培训课件烧结是一种重要的金属加工工艺，它指的是将细小的金属粉末通过高温压制和烧结过程将其转化为具有一定强度和形状的金属零件。
烧结技术在航空航天、汽车、电子、化工等领域有着重要的应用。
因此，为了满足市场需求和提高企业竞争力，我们需要深入了解烧结理论知识。
一、烧结的基本原理与步骤烧结的基本原理是通过高温和压力将细小的金属粉末烧结成一定形状和尺寸的金属零件。
其步骤包括：1.混合：将不同材料的金属粉末按照一定比例混合均匀。
2.成型：将混合均匀的金属粉末按照设计要求进行成型，如挤压成型、注射成型等。
3.烧结：将成型后的金属粉末在高温环境下进行烧结处理，使其成为整体零件。
4.加工：根据实际需要，对烧结成的零件进行加工或者表面处理，如车削、磨削、喷涂等。
二、烧结的特点1.能够制造高强度和高精度的金属零件。
2.可制造各种不规则和复杂的形状。
3.烧结生产工艺简单、流程短，可以提高生产效率和节约生产成本。
4.可以使用多种不同材料的金属粉末进行混合烧结，获得具有良好性能的合金材料。
5.在烧结过程中，可以控制粉末的成分和密度，获得不同的结构和性能。
三、烧结的应用及前景1.航空航天领域：烧结技术被广泛应用于航空航天领域，用于制造发动机部件、轮毂轴承、航天器外壳及燃料结构等。
2.汽车领域：烧结技术可以用于制造汽车零件，如制动器、发动机缸体等。
3.电子领域：烧结技术可以制造具有特殊性能的电子元器件，如热敏电阻、电阻器等。
4.医疗领域：烧结技术可以用于制造人体骨骼植入物、假牙、人工关节等医疗器械。
由此可见，烧结技术在未来的制造业中具有重要的应用前景和市场需求。
烧结理论知识培训教材
目录第一章烧结厂烧结工艺、设备情况简介………………………第一节烧结厂简介…………………………………………………………………………第二节烧结生产工艺流程…………………………………………………………………第三节烧结设备情况简介…………………………………………………………………第二章烧结的基础理论知识………………………………………………………第一节烧结生产主要技术经济指标………………………………………………………第二节原料基本知识………………………………………………………………………第三节配料基本知识………………………………………………………………………第四节混料基本知识………………………………………………………………………第六节烧结基本知识………………………………………………………………………第五节成品矿处理基本知识………………………………………………………………第三章烧结应知应会知识…………………………………………………………第一节配料工技能知识……………………………………………………………………第二节混料工技能知识……………………………………………………………………第三节烧结工技能知识……………………………………………………………………第四章烧结工艺方面的知识………………………………………………………第一节原料管理……………………………………………………………………………第二节铁矿石烧结…………………………………………………………………………第三节烧结工艺操作管理…………………………………………………………………第四节烧结调整基准………………………………………………………………………第五节烧结现场配料计算及检化验事项…………………………………………………第五章烧结生产以来典型生产事故案例………………………………………生产事故案例一……………………………………………………………………………生产事故案例二……………………………………………………………………………生产事故案例三……………………………………………………………………………生产事故案例四……………………………………………………………………………第六章烧结设备情况介绍…………………………………………………………第一节原料系统设备……………………………………………………………………一、铁料设备…………………………………………………………………………………二、熔剂设备…………………………………………………………………………………三、燃料设备…………………………………………………………………………………第二节烧结机系统设备………………………………………………………………一、混合制粒设备……………………………………………………………………………二、铺底和布料设备…………………………………………………………………………三、点火炉及助燃风机………………………………………………………………………四、烧结机本体及传动设备…………………………………………………………………五、烧结机台车………………………………………………………………………………六、机头机尾密封……………………………………………………………………………七、烧结机单辊破碎机………………………………………………………………………八、主抽风机及附属设备……………………………………………………………………第三节成品矿处理设备…………………………………………………………………一、烧结矿破碎设备…………………………………………………………………………二、烧结矿筛分设备…………………………………………………………………………三、烧结矿冷却设备…………………………………………………………………………四、返矿给料设备……………………………………………………………………………第四节除尘设备……………………………………………………………………………第七章烧结投产以来发生的典型设备事故案例…………………………设备事故案列一……………………………………………………………………………设备事故案列二……………………………………………………………………………设备事故案列三……………………………………………………………………………设备事故案列四……………………………………………………………………………附录…………………………………………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………………………第一章烧结车间烧结工艺、设备情况简介第一节烧结车间简介烧结车间是分二期新建二台90m2烧结机。
烧结理论基础备
1、烧结原理概述烧结是目前国内外钢铁企业最广泛采用的铁原产造块方法。
现在各烧结厂使用的烧结机几乎都是下部抽风的带式烧结机。
据此，烧结过程可以概括为：将烧结混合料配以适量的水分，经混匀及制粒后铺到烧结机的台车上，烧结料表面点火，在下部风箱强制抽风作用下，料层内燃烧自上而下燃烧并放热，混合料在高温作用下发生一系列物理、化学变化，最终固结成烧结矿。
对烧结过程的解剖研究，抽风烧结过程有明显的分层性。
一般自上而下分为五层：烧结矿带、燃烧带、预热干燥带、水分冷凝带及原始料带。
烧结点火后，五带依次出现，随时间的推移，各层向下移动，最后各层又依次消失，最后剩下的全部是烧结矿层。
烧结矿带又称成矿带，在烧结矿层中，空气被预热，烧结矿被冷却，表面和裂缝处出现氧化现象。
在同燃烧层接近处所生成的液相温度降低冷凝并结晶，使烧结料固结，形成烧结矿。
在燃烧带内，燃料被上部加热的空气氧化燃烧，放出热量，使烧结料加热，温度升高（一般可达1100~1500℃）。
从燃料开始着火（焦粉着火温度一般为700℃）到燃烧完毕需要一定时间，燃烧带有一定厚度（15~80mm）。
在燃烧带内进行着软熔、还原、氧化以及石灰石和硫化物分解等反应。
此带对烧结过程产量及质量影响很大。
该带过宽则料层透气性差，导致产量低，过窄则烧结温度低，液相量不足，烧结矿粘结不好，强度低。
该带的宽窄受燃烧粒度、抽风量等因素影响。
在干燥预热层中发生水分蒸发，并从燃烧带出来的高温废气中吸收热量，使燃料加热到着火温度。
此层内还会出现固相反应、氧化还原反应以及结晶水分解等。
此带特点是热交换迅速，由于热交换剧烈，废气温度很快从1000℃下降到60~70℃。
水分冷凝带又称过湿带，因上层下来的废气中含有大量水汽，由于废气温度降低到与之相应的露点以下，水汽重新凝结于混合中，产生过湿现象。
水分冷凝破坏已造好的混合料小球，使料层透气性变差。
原始料带处于料层最下部。
在此带中物料的物理、化学性质基本不变。
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对烧结定义的理解-2： ● 烧结的目的 依靠热激活作用，使原子发生迁移，粉末颗 粒形成冶金结合。Mechanical interlocking or physical bonging → Metallurgical bonding
→ 改善烧结体组织
→ 提高烧结体强度 等性能
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对烧结定义的理解-3： ● 低于主要组分熔点的温度 * 固相烧结 — 烧结温度低于所有组分的熔点
* 液相烧结 — 烧结温度低于主要组分的熔点，
但可能高于次要组分的熔点：
WC-Co合金， W-Cu-Ni合金
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（二） 烧结的重要性
研究方法：
烧结几何学 烧结物理学 烧结化学 烧结模型：两球模型、球-板模型 物质迁移机构：扩散、流动 组元间的反应（溶解、形成化合物） 及与气氛间的反应
计算机模拟
借助于建立物理、几何或化学模型， 进行烧结过程的计算机模拟（蒙特-卡 洛模拟）
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烧结过程中，粉末系统自由能的降低是烧结进行 的驱动力。 1. 单元系烧结驱动力的来源 单元系中粉末颗粒处于化学平衡态，烧结驱动力 主要来自系统过剩自由能的降低。
→
系统的过剩自由能包括： 1）总界面积和总界面能的减小
E=γs.As+γgb.Agb/2 （主要）
1）粉末冶金生产中不可缺少的基本工序之一 （磁粉芯和粘结磁性材料例外） 2）对PM制品的性能有决定的影响（烧结废品很难补救， 如铁基部件的脱渗碳和严重的烧结变形） 3）烧结消耗是构成粉末冶金产品成本的重要组成部分 （设备、高温、长时间、保护气氛）。
烧 结 的 重 要 性
4）纳米块体材料的获得依 赖烧结过程的控制
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（三） 烧结的分类
粉末体烧结类型 不施加外压力
施加外压力
固相烧结 单相粉末
多相粉末
液相烧结
长存液相 瞬时液相
热压 热锻
热等静压
反应烧结
活化烧结
超固相线烧结 液相热压 反应热压 反应热等静压
强化烧结
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§4.6 液相烧结
§4.7 热压和活化烧结
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第一节 概述
一、基本概念 （一） 烧的定义
● 简单描述：烧结（Sintering）指粉末或粉末压坯在适当温 度、气氛下受热，借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程。 ● 定义：粉末或粉末压坯在一定的气氛中，在低于其主要 成分熔点的温度下加热而获得具有一定组织和性能的材料
二、烧结理论研究的目的、范畴和方法 研究目的：研究粉末压坯在烧结过程中微观结构的演化
(microstructure evolution)和物质传递规律，包括 ——
孔隙数量或体积的演化—致密化
晶体尺寸的演化—晶粒的形成与长大
（纳米金属粉末和硬质合金）
孔隙形状的演化—孔隙的连通与封闭
孔隙尺寸及其分布的演化—孔隙粗化、收缩和分布
按烧结过程有无液相出现
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。
无限固溶系：Cu-Ni、Cu-Au、Ag-Au等
有限固溶系：Fe-C、Fe-Ni、Fe-Cu、W-Ni等
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研究范畴：
烧结过程的驱动力 烧结热力学，即解决Why的问题 物质迁移方式 烧结动力学—烧结机构，即解决How的问题， 即物质迁移方式和迁移速度 上述理论在典型烧结体系中的应用
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互不固溶系：Ag-W、Cu-W、Cu-C等
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液相烧结
在烧结过程中出现液相的烧结。
包括：稳定液相（长存液相）烧结
不稳定液相（瞬时液相）烧结
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三、烧结技术的发展
● 外力的引入（加压同时烧结）：
HP、HIP、超高压烧结（纳米晶材料）等
气压烧结
●快速烧结技术
1 电固结工艺 2 快速热等静压(quick-HIP) 3 微波烧结技术 4 激光烧结
5 等离子体烧结
6 电火花烧结
第二节 烧结过程热力学
一、烧结驱动力 driving force for sintering
或制品的过程。
● 比较：烧结、烧成、煅烧、固相反应的概念
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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，
钛等）和催化材料（铁，镍，铂等）等。
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按烧结过程有无外加压力
●无压烧结 (Pressureless sintering) 包括：固相烧结、液相烧结等 ●加压烧结（有压烧结）
施加外压力 (Applied pressure or pressureassisted sintering) ，热等静压 HIP、热压HP等
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《粉末冶金原理》
第四章 烧结理论
Theory of Sintering
程继贵 jgcheng63@ 材料科学与工程学院
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本章内容
§4.1 概述
§4.2 烧结过程热力学
§4.3 烧结机构
§4.4 单元系烧结 §4.5 多元系固相烧结