粉末冶金原理第七章

7.2
烧结过程的热力学基础
7.2.1 烧结的基本过程 7.2.2 烧结的热力学问题 7.2.3 烧结驱动力的计算
7.2
烧结过程的热力学基础
图7-1
烧结球之间形成烧结颈的扫描 电子显微照片
7.2.1 烧结的基本过程
(1)黏结阶段 烧结初期，颗粒间的原始接触点或面转变成 晶体结合，即通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈。 (2)烧结颈长大阶段 原子向颗粒结合面大量迁移，使烧结 颈扩大，颗粒间的距离缩小，形成连续的孔隙网络；同时由 于晶粒长大，晶界越过孔隙移动，而被晶界扫过的地方，孔 隙大量消失。 (3)闭孔隙球化和缩小阶段 当烧结体密度达到90％以后， 多数孔隙被完全分隔，闭孔数量增加，孔隙形状趋近球形并 不断缩小。
7.2.1 烧结的基本过程
图7-2 球形颗粒的烧结模型 a)烧结前颗粒的原始接触 b)烧结早期的烧结颈长大 c)、d)烧结后期的孔隙球 化
7.2.2 烧结的热力学问题
1)由于颗粒结合面(烧结颈)的增大和颗粒表面的平直化，粉 末体的总比表面积和总表面自由能减小。 2)烧结体内孔隙总体积和总表面积减小。 3)粉末颗粒内晶格畸变逐渐消除。
7.2.3 烧结驱动力的计算
图7-3
烧结颈模型
7.2.3 烧结驱动力的计算
图7-4
两球模型
7.2.3 烧结驱动力的计算
图7-6 颈部直径为X的两球形 颗粒的烧结剖视图
7.2.3 烧结驱动力的计算
图7-7
不同温度下烧结时间对烧结颈大小、表面积减小率、 收缩率和致密化的影响
7.3
烧结理论与物质迁移
图7-38 烧结过程接触面和孔隙形状、尺寸的变化模型
7.3.5 烧结末期
图7-26 烧结时间与孔隙率、孔径、晶粒之间的关系。
7.3.6 数据分析
图7-27 球形银粉颗粒在800℃下通过 晶格扩散主导的烧结数据
7.3.6 数据分析
图7-28 钼粉在不同温度下烧结的收缩率的 对数与热力学温度倒数的关系
7.3.7 烧结图
图7-30 4μm钨粉的烧结图
7.4
烧结孔隙结构的变化
7.4.1 烧结孔隙的结构 7.4.2 烧结中的压制压力效应
7.4.1 烧结孔隙的结构
图7-31 烧结时的孔隙结构变化示意图(其变化从颗粒间的接触点开始)
7.4.1 烧结孔隙的结构
图7-32 微结构随烧结温度不同而改变 a)774℃下烧结的微观图 b)950℃下烧结的微观图 c)1400℃下烧结的微观图
7.3.1 烧结的基本概念
图7-10 根据曲面上的两个主曲率 半径点得到的曲率
7.3.1 烧结的基本概念
图7-11 颗粒间烧结黏结的原子级观察
7.3.2 物质迁移机理
1.黏性流动 2.蒸发和凝聚 3.体积扩散 4.表面扩散 5.晶界扩散 6.塑性流动
7.3.2 物质迁移机理
表7-1 烧结时物质迁移的各种可能过程
第7章 粉体材料烧结致密化原理与技术
7.1 概述 7.2 烧结过程的热力学基础 7.3 烧结理论与物质迁移
7.1
概述
(1)单元系烧结 纯金属(如难熔金属和纯铁软磁材料)或稳定 成分化合物(Al2O3，B4C，BeO，MoSi2等)，在其熔点以下的 温度进行固相烧结过程。 (2)多元系固相烧结 由两种或两种以上的组分构成的烧结 体系，在其低熔组分的熔点以下温度所进行的固相烧结过程。 (3)多元系液相烧结 以超过系统中低熔组分熔点的温度所 进行的烧结过程。
7.4.1 烧结孔隙的结构
图7-35 烧结过程中晶粒大小与孔隙大小关系图
7.4.2 烧结中的压制压力效应
图7-36 63μm球状铜粉在烧结中的压制压力效应
7.4.2 烧结中的压制压力效应
图7-37 模压和等静压成形的烧结收缩效应对比
7.5
固相烧结
7.5.1 单元系粉末烧结 7.5.2 多元系粉末烧结
7.3.2 物质迁移机理
图7-12 两球几何模 a)ρ≈ /2a b)ρ≈ /4a
1.黏性流动
图7-13 弗伦克尔球—球模型
1.黏性流动
图7-15 玻璃球—平板烧结实验 1—750℃，直线斜率=2.1 2—725℃，直线斜率=2.1
2.蒸发和凝聚
图7-16 氯化钠小球烧结实验 1—750℃，直线斜率=3.3 2—725℃，直线斜率=3.4 3—700℃，直线斜率=2.8
7.5.1 单元系粉末烧结
1.烧结温度与烧结时间 2.烧结密度与尺寸的变化 3.烧结体显微组织的变化 4.影响烧结过程的因素
1.烧结温度与烧结时间
1)低温预烧阶段(α≤0.25)。 2)中温升温烧结阶段(α=0.4～0.55)。 3)高温保温完成烧结阶段(α＝0.5～0.85)。
1.烧结温度与烧结时间
7.4.1 烧结孔隙的结构
图7-33 烧结后阶段孔隙孤立和球状化过程图 a)孔隙在晶界呈现平衡的固-气晶界沟 b)、c)随着孔隙的拖曳晶界增长 d)孔隙由于晶界的脱离而孤立
7.4.1 烧结孔隙的结构
图7-34 烧结过程中两种可能的孔隙-晶粒边界结构 a)致密化后孔隙位于晶粒边界位置 b)未致密化时孔隙孤立的情况
7.3.1 烧结的基本概念 7.3.2 物质迁移机理
7.3.1 烧结的基本概念
图7-8 两球烧结模型 a)初始点接触 b)早期烧结颈长大 c)后期烧结颈长大 d)完成合并或球体，烧结完成
7.3.1 烧结的基本概念
图7-9 实际烧结行为的显微照片 a)烧结初期 b)烧结中期 c)烧结中后期 d)烧结末期
3.体积扩散
Hale Waihona Puke 图7-17 烧结时空位扩散途径
4.表面扩散
图7-18 烧结铜粉的自扩散系数与 温度的关系 1—40～50μm 2—2～30μm 3—10～15μm 4—3～5μm
5.晶界扩散
图7-19 空位从颗粒接触面向颗粒表面 或晶界扩散的模型 a)无晶界 b)有晶界
6.塑性流动
表7-2 F(T)t的不同表达式
6.塑性流动
图7-21 运用于两球形烧结模型的 烧结机理的分类
7.3.3 烧结初期
表7-3 烧结初期方程：(X/D Bt/
7.3.4 烧结中期
图7-22 烧结中期位于晶界边缘的圆柱孔
7.3.5 烧结末期
图7-23 烧结末期孔隙的微观结构
7.3.5 烧结末期
图7-25 二氧化铀在1400℃烧结时，开孔 和闭孔的变化与总的孔隙率之间的关系