第五章 烧结技术
陶瓷工艺学第五章全解
5.2.4 烧结参数对于烧结样品性能的影响
5.2.4.1 材料参数对烧结的影响
烧结粉体的特征，如颗粒尺寸、尺寸分布、颗粒形状、颗粒团聚 体以及团聚程度都严重影响着致密化过程以及烧结制品的显微结 构。理想的颗粒品质是尺寸小、无团聚、等轴颗粒形状、尺寸分 布范围小、纯度高。 (1) 颗粒尺寸对烧结的影响 原始粉料中的颗粒尺寸越小，致密化速率越快。这种观点可以根据 有关的分形理论来解释。该分形理论指出，对于由固相颗粒组成的 两相或多相系统中，颗粒具有相同的特征，但尺寸不同，在一定温 度下进行的烧结过程中，这些颗粒具有相似的几何特征变化，使这 些变化产生所需的时间可以通过简单的定律来判断。
2018年10月25日
(2) 粉体结块和团聚对烧结的影响
结块(agglomerates)的概念是指小部分的颗粒通过表面力和/或固体 桥接作用结合在一起；而团聚(aggregates)描述的是颗粒经过牢固 结合和/或严重反应形成的粗大颗粒。结块和团聚形成的粗大颗粒 都是通过表面力结合的。单位质量的表面力与颗粒尺寸成反比。 因此，对于亚微尺寸以下的粉体颗粒，结块和团聚问题非常严重。
2018年10月25日
在煅烧过程中形成的固相桥接主要是由于固相颗粒之间的部分烧 结或颈部生长。 如果在颗粒制备过程中已经形成了松散的结块体，煅烧过程的热 处理将使这些结块体转变成更加坚硬的团聚体。
由于烧结颈部的尺寸随着煅烧温度的升高而增大，团聚体的结合 强度随着温度的升高而提高。通常通过球磨，利用机械能来破坏 这些团聚体。
2018年10月25日
一般来讲，烧结样品的原始粉体粒度分布在0.1～100µm 之间；其总表面能为500～0.5 J/mol。而一般粉体氧化 后的表面能变化基本上在300～1500 kJ/mol范围。 因此这样的粉体的总表面能本身就比较小，如果要利用本身数 值就不大的总表面能的减小来完成烧结的话，控制烧结工艺参 数就显得非常必要。
烧结技术综述
1文献综述1.1烧结生产概况1.1.1烧结及其发展烧结法是迄今为止除北美以外使用最为广泛的铁矿石造块方法。
自20世纪80年代起烧结技术得到了快速发展，主要体现在烧结工艺和新技术的研究开发和应用上。
烧结工艺方面如自动化配料、混合料强化制粒、偏析布料、冷却筛分、整粒技术及铺底料技术等；新技术主要表现为球团烧结技术、小球烧结技术、低温烧结技术等。
上述工艺和技术目前已经在大部分钢铁企业推广应用，并取得了显著的经济效益。
1897年，T.Huntington和F,Heberlein申请并注册了第一个有关烧结方面的专利。
1905年，E.J.Savelsberg首先把T.Huntington-F.Heberlein烧结杯用于铁矿石烧结，从而开辟了烧结法进行铁矿粉造块的新纪元。
在当今的冶金生产中，烧结已成为一道重要的单元工序并占有相当重要地位。
据统计，全世界约有一半的生铁是用烧结矿生产的。
过去十年中，世界上烧结矿年产量维持在538×106t~586×106t范围内。
从1989年起，由于独联体和其他部分东欧国家发生巨变，因此，它们的钢铁工业进行了重新调整，导致烧结矿产量有所下降。
欧洲和日本的经济衰退也影响了产量，但是不久烧结矿的产量又慢慢恢复。
东欧和独联体的产量将下降，而中国、朝鲜和台湾的产量将继续上升。
尽管出现新的炼铁工艺，但是在下一个十年中或更长的时间内，它们仍不可能对高炉产量有巨大影响。
因此，烧结矿产量在未来相当长的时间内仍将维持在目前水平。
1.1.2烧结生产目的铁矿粉烧结是一种铁矿粉造块的方法，是将细粒含铁物料与燃料、熔剂按一定比例混合，再加水润湿、混匀和制粒成为烧结料，加于烧结设备上，点火、抽风，借助燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化，生成部分低熔点物质，并软化熔融产生一定数量的液相，将铁矿物颗粒润湿粘结起来，冷却后，即成为具有一定强度的多孔块状产品一侥结矿。
烧结生产的目的主要是：1.将粉状物料制成具有高温强度的块状料以适应高炉冶炼、直接还原等在流体力学方面的要求；2.通过烧结改善铁矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善；3.通过烧结去除某些有害杂质，回收有益元素以达到综合利用资源和扩大炼铁矿石原料资源的目的。
烧结工艺及操作培训讲义
烧结生产工艺目录第一章烧结工艺基本知识第二章烧结对原燃料的要求第三章 烧结生产的主要设备 第四章 烧结生产的发展方向第五章竖炉工艺简介第一章烧结工艺基本常识 第一节 烧结生产的发展及其在冶金工业中的地位一、烧结工艺的产生和发展产生：1、原始的烧结方法只能处理冶金行业中的废弃物、高炉灰、铁皮、硫酸渣，变废为宝。
2、随着钢铁工业的快速发展，矿石的开采量大大增加，而且优质矿石（高含铁量60%以上）越来越少，贫矿越来越多（Fe低25-30%）而优质矿石1.7-1.9t炼一吨，贫矿需3-4吨，而贫矿直接入炉不经济，所以必须经过处理，而经磁选后的铁精粉Fe60%以上，但粒度不符合标准（高炉矿石10-40mm），因此产生了造块工艺发展：最早英国、瑞典、德国、我国在建国以后得到发展60０㎡、１８０㎡、１３０㎡、９０㎡、６５㎡、２４㎡等；我厂运行４台，２×７１．５㎡、２×１００㎡；四期技改项目２×２００ ㎡ 二、 铁矿粉烧结的意义 （１）通过烧结可为高炉提供化学成分稳定，粒度均匀，还原性好，冶金性能高的优质烧结矿，为高炉优质、高产、低耗、长寿创造良好条件。
（２）去除有害杂质如硫、锌等。
（３）可利用工业生产的废弃物，如高炉炉尘、轧钢皮、硫酸渣、钢渣等。
（４）可回收有色金属和稀有、稀土金属。
三、 烧结矿质量对高炉冶炼有哪些影响？ （１）含铁量下降１％焦比上升２％ 产量下降３％。
（２）ＦｅＯ变动１％，焦比１％－１．５％，产量影响１％－５％。
（３）Ｒ２（ｃａｏ／ｓｉｏ２）变化０．１０对焦比、产量影响３％－３．５％。
（４）烧结矿的强度：强度不够时，高炉内部容易形成５㎜以下的面子，产量下降０．５％－１．０％，焦比升高０．５％。
（５）烧结矿的还原性、ＲＤＩ（低温还原粉化）对高炉影响较大。
第二节 烧结方法分类及生产工艺流程 一、烧结的含义 １、烧结定义：所谓烧结，即是将各种粉状含铁原料，按要求配入一定数量的燃料和熔剂，混合均匀制粒后布到烧结设备上点火烧结；在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学反应的作用下，混合料中部分易熔物质发生软化、熔化，产生一定数量的液相，铁矿粉或富矿粉在一定的高温作用下，并与其他未熔矿石（返矿）颗粒作用；随着温度的降低，冷却后液相将矿粉颗粒粘结成块，这个过程称为烧结，所得的矿块叫做烧结矿。
烧结动力学
◎液相浸润
固相被液相很好浸润是实现液相烧 结的基本要求。
固相被液相浸润取决于系统的温度 和化学反应。
Θ角越小，固相越容易被液相浸润。
◎液相烧结又可依据固相、液相和气 孔相的相对体积进一步划分为液相烧结、 粘滞复相烧结和粘滞玻璃相烧结三类。
粘滞复相 烧结区
固相烧结 液相烧结区
粘滞玻璃相烧结
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
液相烧结区
二、固相烧结
◎固相烧结是没有液相参加，或液相 量极少不起作用的烧结。
◎固相烧结过程中主要发生晶粒中心 相互靠近，晶粒长大，减小粉末压实体的 尺寸以及排出气孔等变化。
第五章 烧结动力学
烧结——是指粉状物料在高温作用下， 气孔排出，体积收缩，逐渐变成坚固整体 的过程。
烧结的目的是使坯体致密化，并获得 预期的显微结构和性能。
烧结过程中，陶瓷坯体将发生复杂的 物理化学变化，并受多种动力学因素制约。
一、烧结类型划分
◎按烧结方式，可划分为无压烧结和 施加外力烧结两类。
◎按烧结机理，可划分为固相烧结和 液相烧结两种类型。
气孔体积及界面面积减小引起的吉布斯自 由能的降低（Kelvin，1987）。
5. 颗粒粗化 烧结总是伴随着微观结构的粗化。 由于驱动力降低以及使扩散路径变长，
晶粒粗化将降低烧结速率，从而使动力学 过程变慢。
由于质量守恒，若颗粒平均尺寸增加， 晶粒数必然减少。
位于晶界的气孔（或其他夹杂物）具 有保持在晶界的倾向，这是由于它的存在 会减小晶界能。
气孔
陶瓷材料工艺学--第五章 陶瓷材料的烧结
a. 影响铁和钛的价态； b. 使SiO2和CO还原； c. 形成氮化合物。
结论：气氛的影响有好有坏，关键是看坯体的组成。
（4）升温与降温速度对产品性能的影响
75%Al2O3瓷的升温速率与性能的关系曲线 1―抗折强度；2―温度系数；3―介质损耗角
（4）升温与降温速度对产品性能的影响
全部组元都转变为液相，而烧结是在低于主要组分的熔点下进
行的。
这两个过程均在低于材料熔点或熔融温
度之下进行的。并且在过程的自始至终都至少有一相是固态。
固相烧结一般可分为三个阶段：初始阶段，主要表现为颗粒形状 改变；中间阶段，主要表现为气孔形状改变；最终阶段，主要表现为 气孔尺寸减小。
烧结过程
收缩
降温速率对坯体的白度和性能都有影响。特别是 含玻璃相多的陶瓷，应采取高温快冷和低温慢冷的制 度。
高温快冷可避免泛黄、釉面析晶，提高光泽；低 温慢冷可减少应力，避免开裂等。
影响陶瓷材料烧结的工艺参数:
（1）烧成温度 （2）保温时间 （3）烧成气氛 （4）升温与降温速率
本节小结
1、 烧结的定义和烧结的方法 2、 烧结的类型
接触部位 颈部 颈部 颈部 颈部 颈部 颈部 颈部
相关参数 晶格扩散率,Dl 晶界扩散率,Db
粘度,η 表面扩散率,Ds 晶格扩散率,Dl 蒸汽压差,Δp 气相扩散率,Dg
5.3.2 晶粒过渡生长现象
晶粒的异常长大是指在长大速度较慢的细晶基体内有少部分区域快 速长大形成粗大晶粒的现象。
在烧结过程中发生异常长大与以下主要因素有关： ① 材料中含有杂质或者第二相夹杂物 ② 材料中存在高的各向异性的界面能，例如固/液界面
三、气孔排除
烧结工艺技术课件(PPT93页)
轻烧白云石—以白云石为原料在1000℃左右煅烧而成。
2.2 烧结过程配加熔剂目的:
a、混合料中加入碱性熔剂，可以使得烧结矿熔剂化，将炼 铁需要的部分熔剂在高炉内的化学反应转移到烧结过程 中，可以强化高炉冶炼、改善高炉造渣过程和降低焦比。 同时改善烧结性能，强化烧结过程和改善透气性，提高 烧结矿的产质量指标。
从转炉的炉气中经除尘器回收的含铁原料，含铁量较高，并 含有钢渣和石灰粉末。 氧化铁皮：
轧钢过程中剥落下来的轧钢皮，含铁60～75％，有害杂质少， 密度大，可以有效提高烧结矿的品位，降低烧结煤耗，是很好的 烧结原料。 红泥：
炼钢转炉的烟尘，含铁量较低，但含有部分的CaO和MgO。 钢渣：
炼钢的副产品，钢渣中碱性物质多，含铁量较低，同样也含有 部分CaO和MgO。
利用系数=烧结机台时产量/烧结机有效抽风面积 单位：吨/米2 ·时
返矿率：烧结矿经筛分，筛上为成品烧结矿，筛 下为返矿，筛下返矿占烧结矿总产量的百分率为返 矿率。
返矿率=筛下返矿量/烧结矿总产量·100%
第二部分 烧结工艺
一、总工艺流程 二、原料准备工序 三、配料工序 四、混合造球工序 五、烧结工序 六、冷却工序
b、熔剂中的CaO和MgO与烧结矿中的铁氧化物等及SiO2 等在高温作用下，生成低熔点化合物，改善烧结矿强度 和还原性。
c、熔剂中的生石灰遇水后，发生消化反应生成消石灰，并 放出热量可以提高料温，减少烧结过程的过湿现象。
d、通过调整含镁熔的配加量，可以合理控制烧结矿中 MgO的含量，从而达到调剂高炉炉渣良好流动性的目的。
b、燃料粒度过小时影响： 燃料粒度过小，烧结燃烧速度过快，难以达到所需
要的烧结温度，同时恶化了烧结料层的透气性，并且过 小粒度的燃料有可能被气流带走。
第五章 烧结ppt课件
rs n rs0 n kt
式中，rs为在时间t时的晶粒平均半径，为在时间为0时的晶粒平均 半径，k为晶粒生长速率常数。半径（或晶料尺寸）指数n取决于晶粒 生长机理；n＝3和n＝2分别为扩散控制相界面反应控制。
fes4fes7o上述反应必须完成于釉层封闭之前5008508501050730950350450500800250920600350082气孔率高2540应力缓冲573高温阶段950烧成温度长石瓷烧成温度1350氧化保温期9501020低速升温或保温加速气流与空气过剩系数保证上述氧化分解与脱水进行完全彻底玻化成瓷期1020烧成温度液相的提前出现高岭土长石石英的最低共熔点985由于camg杂质液相会在950就出现液相对成瓷的促进作用1液相促进晶体生长2al92595010502液相促进坯体致密化玻璃相达4050玻化成瓷期内的收缩曲线玻化成瓷期内的两个阶段15105tatb玻化成瓷期内的收缩曲线t开始烧结温度ta烧结温度下限tb烧结温度上限过烧温度tatb烧结温度范围tb玻化成瓷范围一般情况
优点： １）提高烧结驱动力。 ２）可制备具有控制的微观结构和优化性能
的陶瓷复合材料
.
5.4.1 液相烧结的阶段
(a)液相烧结不同阶段的示意图 (O:熔化;Ⅰ:重排;Ⅱ:溶解-沉 淀;及Ⅲ:气孔排除)。
(b)在不同温度下，氧化铝-玻 璃体系中，实际致密化作为烧 结时间的函数所示 意的不同LPS阶段
.
• 氧化反应
✓参与物: 坯体内的碳素、有机物、硫化物
✓氧化反应:
350～450℃
FeS2＋O2
FeS＋SO2
4FeS ＋7O2500～800℃ 2Fe2O3＋4SO2
S＋O2 250～920℃SO2
什么是烧结技术？
什么是烧结技术？烧结技术是一种重要的粉末冶金工艺，通过在高温条件下将粉末压制成型，然后进行烧结使之结合成为致密的固体材料。
下面将从不同角度介绍烧结技术的相关知识。
一、烧结技术的基本原理烧结技术背后的基本原理是粉末颗粒之间在高温下发生熔结和再结晶的过程。
当遇热自生过程进行时，粉末颗粒表面的氧化物将与其他颗粒的颗粒表面发生反应，产生化学键并形成致密固体结构。
通过调控烧结温度和时间，可以实现粉末颗粒之间的结合，从而制备出具有一定形状和力学性能的材料。
在烧结技术中，压力是一个重要的因素。
通过在烧结过程中施加一定的压力，可以增加粉末颗粒之间的接触面积，促进原子扩散和成核过程的进行，从而提高材料的致密性和力学性能。
二、烧结技术的应用领域1. 金属材料制备：烧结技术在金属材料制备中具有广泛的应用。
通过烧结工艺，可以制备出高强度、高硬度的金属材料，如不锈钢、钨合金等。
同时，烧结技术还可用于制备金属复合材料，如金属陶瓷复合材料，以提高材料的综合性能。
2. 耐磨材料制备：烧结技术在耐磨材料制备中也发挥着重要作用。
通过控制烧结过程中的温度和压力，可以制备出具有优异耐磨性能的材料，如陶瓷刀具、陶瓷磨具等。
3. 功能材料制备：烧结技术还可用于制备具有特殊功能的材料。
例如，通过加入适量的添加剂，可以在烧结过程中形成特定的结构或相，从而赋予材料特殊的光学、磁学或电学性能，如透明陶瓷、氧化锆等。
4. 环保材料制备：传统的材料制备过程中可能会产生大量的废水和废气，对环境造成严重的污染。
而烧结技术由于其无需使用溶剂和燃料，可有效减少环境污染。
因此，烧结技术也被广泛应用于环保材料的制备领域。
三、烧结技术的发展前景随着科学技术的不断发展，烧结技术正不断演进和改进。
通过引入新的材料、新的工艺和新的设备，可以进一步提高烧结材料的性能和制备效率。
未来，烧结技术有望在材料科学领域发挥更大的作用，为我们创造更多的可能性。
综上所述，烧结技术作为一种重要的粉末冶金工艺，通过高温压制和烧结过程制备出具有不同功能和性能的材料。
烧结技术
烧结生产0概述全世界的矿石储量2500亿吨，富矿20%我国矿石储量500亿吨，富矿5%随着钢铁工业的发展，天然富矿从产量和质量上都不能满足高炉冶炼的要求。
而且精矿粉和富矿粉都不能直接入炉冶炼。
为了解决这一难题，将粉矿制成块状人造富矿。
方法：烧结法和球团法。
一、现代高炉对原料的要求1、节焦上（1）、铁矿石品位高，杂质少。
首钢经验：品位提高1%，焦比下降2%，产量提高3%。
产量提高，单位热损失减少，加入熔剂少，减少热量支出。
（2）、熟料比高。
不用或少加熔剂，减少热量支出，冶金性能好。
（3）碱度高。
可以不加石灰石，减少热量支出。
C a C O=CaO+CO2 吸热32、透气性（1）粒度均匀大小不均造成小块填到大块中间破块透气性上限40~50mm下限5~10mm。
（2）粉末少（3）强度高3、冶炼性能（1）还原性好有利于铁氧化物还原，有利于煤气利用的改善与焦比的下降（2）低温还原粉化率低粉化率高粉末多影响透气性（3）软熔性能软化温度高软化区间窄使成渣带下移变薄改善透气性二、人工富矿的方法１、烧结法烧结是将各种粉状含铁原料，配入一定数量的燃料和熔剂，混匀后，进行燃烧，进行一系列的物化反应，产生一定数量的液相，冷凝后粘结起来的块状产品叫做烧结矿，这个过程叫烧结。
２球团法球团矿：把润湿的铁精矿粉和少量的添加剂混合，再造球设备中滚动成9~16mm左右的圆球，在经过干燥，预热，焙烧、均热、冷却、发生一系列的物化反映，使生球固结，成为高炉需要的球团矿。
三、烧结矿在钢铁工业中的重要地位１、扩大矿石来源贫矿经过选矿、造块、烧结制成烧结矿，供高炉使用。
富矿粉经过造块后，供高炉使用。
２、可以改善高炉技术经济指标改善了原料的物理化学性能。
孔隙率高，反应面积增大，加速冶炼过程。
粒度均匀，透气性好。
机械强度高还原性好。
低温还原粉化率低，高温还原软化性好，提高冶炼效果。
３、能够充分利用冶金工业和化学工业的废品。
烧结可以利用高炉炉灰，轧钢皮，硫酸渣、转炉尘作为原料，合理利用资源，降低生产成本。
第5章 烧结工艺及设备
三氧化二铁，又称为赤铁矿、红矿， Fe2O3：三氧化二铁，又称为赤铁矿、红矿，一般 粉矿多以赤铁矿为主。 粉矿多以赤铁矿为主。
Fe3O4：又称为磁铁矿、黑矿，一般精矿多以磁铁 又称为磁铁矿、黑矿， 矿为主。磁铁矿的化学分子式可视为Fe +FeO， 矿为主。磁铁矿的化学分子式可视为Fe2O3+FeO， 其中FeO称为氧化亚铁，简称为亚铁。 FeO称为氧化亚铁 其中FeO称为氧化亚铁，简称为亚铁。在烧结生 产中， 产中，烧结矿的亚铁含量与烧结燃耗和烧结矿质 量密切相关， 量密切相关，因此亚铁是烧结工艺的一个重要指 标。
铅
铜 砷
钛
钾， 钠 氟
易挥发，在炉内循环累积，造成结瘤，降低焦炭及矿石的强度。 易挥发，在炉内循环累积，造成结瘤，降低焦炭及矿石的强度。 氟高温下气化，腐蚀金属，危害农作物及人体， 侵蚀破坏炉衬。 氟高温下气化，腐蚀金属，危害农作物及人体，CaF2侵蚀破坏炉衬。
冶金与材料工程学院
TFe：全铁， TFe：全铁，指物料中以各种化合物形态存在的 铁的总和。又称为含铁原料的含铁品位。 铁的总和。又称为含铁原料的含铁品位。烧结矿 的全铁越高，高炉的产量越高，渣量低，焦比低。 的全铁越高，高炉的产量越高，渣量低，焦比低。 过高的含铁品位可能导致烧结矿强度的降低 的含铁品位可能导致烧结矿强度的降低。 但过高的含铁品位可能导致烧结矿强度的降低。 由于烧结矿和含铁原料中，铁多以Fe 由于烧结矿和含铁原料中，铁多以Fe2O3和Fe3O4 形式存在，因此烧结矿和含铁原料化验TFe FeO， TFe和 形式存在，因此烧结矿和含铁原料化验TFe和FeO， TFe和FeO可计算 可计算Fe 的含量. 由TFe和FeO可计算Fe2O3和Fe3O4的含量.
冶金与材料工程学院
金属冶炼过程中的烧结技术
将混合好的烧结料在烧结设备中进行高温 烧结，使原料熔融、固结，形成具有一定 强度和冶金性能的烧结制品。
烧结制品在冷却过程中进行整粒处理，以 减小颗粒度，提高制品的物理性能。
烧结设备的分类与选择
连续式烧结设备
如带式烧结机、步进式烧结机等 ，适用于大规模、连续化生产。
间歇式烧结设备
如台车式烧结炉、转盘式烧结炉 等，适用于小规模、间歇性生产 。
2023-2026
ONKU
金属冶炼过程中的烧 结技术
WENKU
WENKU
WENKU
汇报人：可编辑
REPORTING
2024-01-05
CATALOGUE
目 录
• 烧结技术概述 • 烧结原理及影响因素 • 烧结工艺及设备 • 烧结技术的应用与实例 • 烧结技术的挑战与未来发展
烧结的目的是为了使粉末或压坯通过 烧结获得所要求的物理、化学和机械 性能，使其成为具有所需综合性能的 制品或材料。
意义
烧结是粉末冶金工艺中的关键工序， 通过烧结可得到各种密度、孔隙率、 机械性能和物理性能的制品或材料， 以满足各种不同的用途要求。
烧结技术的发展历程
古代烧结
人类在长期的生产实践中，如烧制陶器、冶炼金属等，发展了烧结 技术。
在烧结过程中，粉末颗粒之间的物理 化学作用力发生变化，导致颗粒间的 空隙逐渐缩小，最终形成致密的结构 。
烧结温度的影响因素
烧结温度是影响烧结过程的重要因素，它决定了粉末颗粒间的黏合程度和扩散速 度。
适当的烧结温度可以提高粉末的致密度和机械性能，而温度过高可能导致材料过 烧或性能下降。
烧结气氛的影响因素
烧结技术的挑战与未来发 展
烧结技术的挑战
高温环境下的材料稳定性
材料化学 第五章 烧结
2.烧结与熔融：
烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的。烧 结与熔融这两个过程都是由原子热振动而引起的，但熔 融时全部组元都转变为液相，而烧结时至少有一个组元 是处于固态的。
烧结温度(TS)和熔融温度(TM)有一定的规律：
金属粉末 TS(0.3-0.4) TM
盐类
TS0.57 TM
硅酸盐 TS(0.8-0.9) TM
扩散传质途径可以分为表面扩散界面扩散和体积扩散表面扩散指粒子沿颗粒表面到颈部传质界面扩散指粒子沿着两颗粒之间的界面到颈部传质体积扩散指粒子由晶粒内部到颈部传质4空位的消失当晶格内结构基元原子或离子移至颈部原来结构基元所占位置成为空位
第五章 烧 结
材料的合成或处理往往是在一个高温环
境，在这个环境下，材料不仅能发生化学变 化，而且往往会发生物理变化如密度，强度， 导电性，透光率等变化，这些变化会对材料 的性能产生重要的影响。烧结是研究材料在 高温下的物理变化.
为了证实这种传质机构的存在，有人拍下 NaCl球形颗粒烧结90分钟后的显微照片，发现 颈部加粗，但中心距不变，从而证实了上述传质 机构的存在。
二、 扩散传质 如果被烧结的物质挥发性极小，在高温下
的蒸气压很小，那么在烧结过程中虽然也存在着 蒸发—凝聚过程，但其数量是微不足道的。
实际上这类陶瓷(如氧化铝)烧结时的物质迁移 是靠比较快的体积扩散及界面扩散来实现的。
2.无机材料的性能不仅与材料组成(化学组成和结构) 有关，还与材料的显微结构有密切关系。
材料的显微结构主要指在各类显微镜(包括高分辨 率电子显微镜)下观察到的内部组织结构，它包括 不同晶相与玻璃相的存在与分布；晶粒的大小、分 布与取向；气孔的尺寸、形状与位置；各种杂质 (包括添加物)缺陷和微裂纹的存在形式和分布，以 及晶界的特征等等。
烧结工艺技术
烧结工艺技术烧结的基本工艺过程是将压坯装舟或放置在传送带上，送入连续式烧结电炉中，随着烧舟或传送带向前移动，粉末压坯经过预热，在预定的烧结温度下保温，然后经冷却出炉，得到烧结制品。
烧结工艺是根据烧结材料的化学成分及其性能要求确定的。
烧结工艺技术是否合理与实际生产时执行情况如何，直接决定了烧结件的组织结构和制品的最终性能。
因此，必须重视烧工艺的制定和执行。
第一节烧结前的准备一、烧结工艺规范的检查与核实1）待烧结的压件应符合烧结工艺卡上规定的产品名称及代号。
2）检查压件烧结所需的保护气氛的成分、压力和流量是否符合烧结工艺上的规定。
3）全面检查烧结炉的控温仪表、传动系统等是否正常，压件烧结的各段温度应调整到烧结工艺卡上的规定值。
二、压坯的检查检查的目的是把不合格压坯在装舟前剔出。
捡查的主要内容如下：1）几何尺寸及偏差；2）单重（粉重不足或超）；3）外观（掉边掉角、分层裂纹、严重拉）；上述捡查，除外观可在装舟或摆料时逐件检查外，其余各项只能按工艺规范控制要求进行抽检。
有些项目，如压坯密度的均匀性，对烧结件的质量影响很大。
由于压坯的均匀性主要与原料粉的配方、压模结构和压制方案有关，其质量检测与控制也应在这几个工艺环节来完成，所以在烧结前的检查项目中并未包括进去，因为对半成品的这些项目的检查，只是作为成形工序检验后的一种复验。
三、装舟及摆料根据压坯的形状和尺寸确定装舟方式。
装舟时既要做到适当多装，又要防止压坯过挤、烧结时粘结和变形。
对不同配方及密度的乐坯必须分开装舟。
1）压坯摆放方式由于压坯的强度较低，装舟时不能将压坯散乱倒人烧舟内，而要根据压坯形状和尺寸合理、整齐摆放，切忌过挤或过松、过慢或过浅。
高径比很小的压坯可分层摆放，高径比很大则单层摆放为佳。
直径差异较大的套类可采用套装，把直径小的压坯置于大件中间，这样做，既可提高装舟量，又能减少薄壁零件的变形。
过小零件(几克重的)如不好摆放，则应采用填料装舟烧结。
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。
烧结技术毕业论文
烧结技术毕业论文烧结技术是一种重要的制造工艺，可以用来制造多种材料和产品，尤其在金属、陶瓷、电子等领域有着广泛应用。
本文以烧结技术为主题，介绍了烧结技术的原理、特点、应用及未来发展方向等方面的内容。
一、烧结技术的原理烧结技术是一种将粉末材料通过高温加热并压制成形的制造工艺。
其原理是将粉末材料经过混合后，通过模具压制成形，然后在高温条件下进行烧结处理。
在烧结过程中，由于温度的升高，粉末材料颗粒之间的原子间能发生扩散、融合，最终相互结合成为致密的块状材料。
因此，烧结技术最大的特点是可以制备高致密度的材料，具有优异的物理、力学性能。
二、烧结技术的特点1. 可以制备高致密度的材料。
由于粉末材料在烧结过程中得到了充分的热处理，因此可以得到高致密度、均匀性好的材料。
2. 可以制备复杂的形状。
烧结技术可以通过模具的加工制作出复杂的形状和结构，可以满足复杂产品的需要。
3. 可以控制材料的结构和性能。
通过在烧结过程中调整热处理条件，可以得到具有不同结构和性能的材料。
4. 高效、节能。
烧结过程中，由于热源和原料之间的接触面积大，热量传递效率高，因此可以节约能源，提高制造效率。
三、烧结技术的应用烧结技术在金属和陶瓷材料的制造、电子材料和器件制造、粉末冶金等领域都有广泛应用。
1. 金属材料的制造。
以钢铁为例，高温烧结可以使铁的纤维结构变得更加均匀，提高强度和硬度，同时能够使铁的化学性质变得更加稳定。
2. 陶瓷材料的制造。
陶瓷材料中的高温烧结技术，使得陶瓷材料得到致密的结构，提高了其强度、硬度和防折性，同时使得陶瓷具有耐高温、抗腐蚀的能力。
3. 电子材料和器件制造。
烧结技术在电子材料的制造和器件制造中也有广泛应用。
通过烧结制造的电子材料具有更好的导电性和电化学性能，能够广泛应用于各种电子器件和电化学应用领域。
4. 粉末冶金。
烧结技术也是粉末冶金技术的关键步骤之一，其烧结后的材料具有均匀的结构和优异的物理和化学属性。
四、烧结技术的未来发展方向对于烧结技术的研究与开发，相关专家和学者提出了一些方向的建议。
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CO，CH4，碳氢化合物气体 ● 氮基气氛：含氮量很高的烧结气氛： 10% H2 +N2
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1
下，气氛中少量CH4（＞1%）的
存在，可能导致渗碳；
4） 一般转化气中，脱碳、渗碳还与 气氛露点有关。→气氛碳势控制
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四、可控碳势气氛和气氛碳势控制原理
（一）气氛碳势和可控碳势气氛
● 气氛碳势：气氛的相对含碳量，相当于一定温度
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5. 氧化与脱碳
● 氧化：多出现于烧结降温阶段 ● 脱碳：氧化的另一种形式，多发生于高温烧结 阶段 6. 金相组织缺陷 ● 二次网状渗碳体缺陷 ● 大块渗碳体聚集 ● 连通孔隙缺陷
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750～1000 825～900 940～1080
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焙烘的目的（常用于Cu、青铜）：
● 充分挥发并烧除硬脂酸锌润滑剂； ● 使粉末颗粒表面氧化，得到薄层氧化物，实现活化烧
结，温度380-500℃，氧化物层厚＜500A。
1. 烧结温度 铁基制品烧结温度的选择主要依据制品成分（含碳
量、合金元素）、性能要求（力学性能）和用途（结构 件、减摩件）等来确定。
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℃
温 度
加热
1050-1200oC 烧结保温 空冷 水冷
时间，hr
③
①
②
④
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● 要无氧化烧结 ，应在①区；
● ＞800℃ H2还原区域更大；
● 随温度升高，欲保持CO/CO2 气氛的还原性，需降低CO2%
● CO和H2的还原能力随温度变 化规律相反。
③
①
②
④
3. 烧结气氛的选用原则 ● 保持烧结体成分基本不变（特殊除外）；
● 一定的还原性（许多情况下需要）； ● 腐蚀性小； ● 对人无害，生产、使用安全 ● 成本—来源、制取工艺 国外粉末冶金工业用烧结气氛举例
气氛种类
应用所占比例
应用举例
吸热型气体 分解氨气体 放热型气体 H2、N2、真空
70％ 20％ 5％ 5％
碳钢 不锈钢、碳钢
铜基材料 铝基材料及其它
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不同烧结气氛的成本比较：
以电解氢的成本为参考：
H2：1.0； 氮基（nitrogen-based）气氛：
0.6；
分解氨（dissociated l of Materials Science and Engineerin23g
▲ 吸热、放热型气体比较
● 放热型气氛制备时空气比例较高，燃料气完全燃烧，而 吸热型气氛制备时空气比例较低，燃料气不完全燃烧；
● 放热型气氛中CO2含量较高，而吸热型气氛中中可能有 少量未燃烧的燃料（CH4）；
吸热性气氛(endothermal gas)： 0.2；
放热性气氛(exothermal gas)： 0.1；
真空(vaccum)：昂贵（设备投资大）
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二、吸热型气氛和放热型气氛
● 转化气的概念：以碳氢化合物气体（天然气、石油气、
通过转化器，若空气与原料气体比例较高，反应过程中放出 的热量足够维持转化器的反应温度，不需外部向反应器供热， 由此得到的转化气。
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● 吸热型气体：制备转化气时，若空气与原料气体比例
较低，反应过程中放出的热量不足以维持转化器的反应温 度，需外部向反应器供热，由此得到的转化气称……
准备）→烧结（预热、保温、冷却）→出炉→烧结体
一、烧结前的准备
（一）压坯的检查 ● 目的：去除尺寸、单重不合格或有掉边、掉角、分
层、裂纹等缺陷的压坯，减少烧结废品。
● 方法：抽检、肉眼观察、仪器检测。
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几种铜合金的烧结温度范围
烧结材料
6-6-3青铜 90Cu-10Sn青
铜 纯铜 70-30黄铜 Cu-Ni-Zn合金
成
Cu 其余 其余
Zn 5～7
－
分 （％）
Sn
Ni
5～7 －
9～11 －
100
－
－
－
67～70 其余
－
－
65 20～21 － 14～15
Pb 2～4
－
－ － －
烧结温度 范围（℃）
750～830 750～830
● 铁基制品烧结时间的选择主要依据制品成分（含碳
量、合金元素）、单重、几何尺寸、壁厚、密度、装 炉方式等；
● 烧结时间与烧结温度有关；
● 一般烧结时间1.5-3h。 ● 在连续炉中，保温时间：
t = L/l ▪n
t — 保温时间（min） L— 烧结带长度（cm） l — 烧舟或石墨板长度（cm） n — 推舟间隔（min/舟）
焦炉煤气）为原料，采用空气或水蒸气在高温下进行反应， 而得到的以H2、CO、CO2、N2为主，并含有少量CH4和 H2O的混合气体。
由天然气转化—— 称为转化天然气…… 由煤气转化 ——？
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● 放热型气体：制备转化气时，原料气体与空气按一定比例
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铁基制品烧结温度范围
序号 1
烧结温度 适用制品范围举例 （±10℃）
1050
高碳（石墨2.5％以上）、低密度（＜6.0g/cm3 ）
2
1080
含油轴承、气门导管，石墨添加量1.5～2.5％的减 摩零件
2: Fe + CH4 = （Fe，C） + 2H2
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2） CO2/CO中，T↑，发生脱碳的
CO2平衡浓度很低，说明高温在
CO2/CO中易脱碳；T＜700℃，
脱碳趋势降低；
2
3） CH4/H2气氛中，通常烧结温度
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School of Materials Science and Engineerin26g
2. 无脱碳烧结控制原理
在CH4/H2和CO/CO2气氛中：
1） 图中两线分别为在CO2/CO气氛
2
和CH4/H2气氛中Fe与C反应平衡时
1
气相平衡组成与温度关系
1: Fe + 2CO = （Fe，C） + CO2
物等 3）维持或改变烧结材料中的有用成分：活化气氛、渗碳气氛
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2. 烧结气氛的分类
● 氧化性气氛：如纯Ag或Ag-氧化物复合材料及氧化物陶 瓷的烧结：空气
● 还原性气氛：含有H2或CO组份的烧结气氛： 硬质合金烧结用氢气氛，铁基、铜基粉末冶金零件的
《粉末冶金原理》
第五章 烧结技术
Sintering Technology
程继贵 jgcheng63@
材料科学与工程学院
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本章内容
§5.1 烧结工艺 §5.2 烧结气氛 §5.3 烧结炉 §5.4 特殊烧结技术和烧结新技术
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第一节 烧结工艺
烧结基本工艺过程：粉末压坯→装料（装炉、烧结前的
下气氛与一定含碳量的烧结材料达到反应平衡时（不 渗碳、不脱碳），该材料中的碳含量。
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3. 升温及冷却速度
● 升温速度影响润滑剂等的挥发速度； ● 冷却速度影响制品的微观结构和性能
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→
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冷却方式对抗拉强度的影响（kgf/mm2）
冷却方式 铁 铜 制 品 中 的 含 铜 量 （％）
0
2
4
8
A
13.16
20.3
28.4 36.9
B
13.16 18.9
29.8 34.5
C
11.6
15.3
20.1
23
D
12.5
18.5
20.1 21.7
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School of Materials Science and Engineerin11g