第六章 活化烧结 1.活化烧结 activated sintering ( 采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的 密度和其它性能得到提高的方法称为活化烧结。 >尽管烧结过程十分复杂，但总是受流动、扩散、蒸发凝聚等机 构所限制，只要使这些过程的活化能降低，就能加快烧结反应的 速度，这就是活化烧结的热力学本质。 设K代表烧结反应的速度常数，它与烧结过程活化能Q的关系为 K=Aexp(-Q/RT) (1) 降低烧结活化能Q 加快烧结反应的速度有三种途径 (2)升高烧结温度T (3)增大A值 包含所谓反应原子碰撞的“频率因素”，改善烧 结粉末的接触情况往往能促进反应，如外加应力
第六章 活化烧结 采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的 密度和其它性能得到提高的方法称为活化烧结。 1.活化烧结（activated sintering） 包含所谓反应原子碰撞的“频率因素”，改善烧 结粉末的接触情况往往能促进反应，如外加应力 等。 Ø 尽管烧结过程十分复杂，但总是受流动、扩散、蒸发凝聚等机 构所限制，只要使这些过程的活化能降低，就能加快烧结反应的 速度，这就是活化烧结的热力学本质
依靠外界因素活化烧结过程 (气氛中添加活化剂，烧结填料中添加 强还原剂，循环改变烧结温度，施加外 应力等) 两种方法 提高粉末的活性，使烧结过程活化 粉末或粉末压坯的表面预氧化一如， 湿气氛 烧结钼片，添加活化元素以及使烧结形成少 量液相等)
两种方法 依靠外界因素活化烧结过程 （气氛中添加活化剂，烧结填料中添加 强还原剂，循环改变烧结温度，施加外 应力等） 提高粉末的活性，使烧结过程活化 ( 粉末或粉末压坯的表面预氧化——如，湿气氛 烧结钼片，添加活化元素以及使烧结形成少 量液相等）
活化烧结最重要的应用是通过添加ⅰ等过渡族金属使钨粉活化烧结： (将VO3或W粉与镍盐的含铵溶液混合，用高压氢还原直接获得包覆粉) 24 1300℃，JhH: W+Pd 20 2 17 16 W+Ni 15 12 W+Pt W) 3 8 0 0.1 1 10 0.010.0250.0750.25 分子层 Ni, 图5-69·0.6μm钨粉采用不同活化 图5-70 添加镍对钨粉压坯 剂烧结后收缩率比较 烧结密度的影响 添加量以覆盖钨粉表面的分子层数表示 1-1100C:2-1200℃，3-1300℃ 原理：钨粉颗粒表面完全被镍的原子层覆盖，当钨在镍等金属中溶解时，首先在钨颗 粒表面生成所谓“载体相”，然后钨原子通过该相向镍中不断扩散，粉末坯块发生体 积收缩。钨颗粒表面层内留下大量的空位缺陷，有助于物质迁移的进行。（本质：扩 散活化能降低)
原理：钨粉颗粒表面完全被镍的原子层覆盖，当钨在镍等金属中溶解时，首先在钨颗 粒表面生成所谓“载体相” ，然后钨原子通过该相向镍中不断扩散，粉末坯块发生体 积收缩。钨颗粒表面层内留下大量的空位缺陷，有助于物质迁移的进行。（本质：扩 散活化能降低） 活化烧结最重要的应用是通过添加Ni 等过渡族金属使钨粉活化烧结: (将WO3或W粉与镍盐的含铵溶液混合，用高压氢还原直接获得包覆粉)
2.强化烧结(enhanced sintering) 即广义的活化烧结。 液相烧结 热压（以及热等静压、热挤压） 主要 包括 活化烧结（以及放电等离子烧结） 相稳定或混合相烧结
2.强化烧结 (enhanced sintering) 即广义的活化烧结。 热压 ( 以及热等静压、热挤压) 液相烧结 活化烧结(以及放电等离子烧结) 相稳定或混合相烧结 主要 包括
第七章 全致密工艺 1.热压(hot pressing) 热压又称为加压烧结，是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常 烧结温度或更低一些，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品。 应用：难熔金属(W、Ta、Mo等)，难熔化合物（碳化物、硼化物、 氮化物、硅化物)，制造硬质合金拉丝模、压制模、精密轧辊等。 诗连用8特目 时码升2秒 电阻加热 感应加热 方法 真空加热 振动热压 均衡热压 (粉末体在各个方向上均衡受压)
第七章 全致密工艺 热压又称为加压烧结，是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常 烧结温度或更低一些，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品。 1.热压 ( hot pressing) 应用：难熔金属（W、Ta、Mo等），难熔化合物(碳化物、硼化物、 氮化物、硅化物)， 制造硬质合金拉丝模、压制模、精密轧辊等。 电阻加热 感应加热 方法 真空加热 振动热压 均衡热压 （粉末体在各个方向上均衡受压）
模具材料： 低温、高压的操作，选择金 属或硬质合金模； 高温、低压操作，选择石墨模
模具材料: 高温、低压操作，选择石墨模。 低温、高压的操作，选择金 属或硬质合金模；
热压致密化过程有三个连续过渡的基本阶段： 1)快速致密化阶段 又称微流动阶段，颗粒发生相对滑动、破碎和塑性变形。 2)致密化减速阶段 以塑性流动为主要机构，类似烧结后期的闭孔收缩阶段。 3)趋近终极密度阶段 受扩散控制蠕变为主要机构，此时，晶粒长大使致密化速度大为 降低
热压致密化过程有三个连续过渡的基本阶段： 1）快速致密化阶段 又称微流动阶段，颗粒发生相对滑动、破碎和塑性变形。 2）致密化减速阶段 以塑性流动为主要机构，类似烧结后期的闭孔收缩阶段。 3）趋近终极密度阶段 受扩散控制蠕变为主要机构，此时，晶粒长大使致密化速度大为 降低
塑性流动理论，典型烧结速度方程式： - 1-p{1--p do/dt=0,=Aexp(Q/RT) 得到 -8 ·(ln1-(1-pE)2·n(1-pe)}+b) 上式代表了对某一特定材料，在恒压下热压的终极密度随温度而变化的关系式 式中 P 压力： 屈服极限一粘性系数；PE一一 终极密度 b 常数。 扩散蠕变理论，典型烧结速度方程式： 与T有关！ da =-KP· d(1+bt) 0 1+b ,其中d=d,+ktexpfO/KI. K=15/2(D.2/kTdb) 玻尔兹曼常数；d。一 原始平均晶粒大小。 绝对温度。D,—体积扩散系数：2一原子体积： 为孔隙率，。-一为时间=0时的孔隙度 上式考虑了烧结后期晶粒长大使致密化速率降低的影响。依据晶界扩散的物质迁移机构， 晶界是空位扩散的阱
塑性流动理论，典型烧结速度方程式： 扩散蠕变理论，典型烧结速度方程式： 上式考虑了烧结后期晶粒长大 使致密化速率降低的影响。依据晶界扩散的物质迁移机构， 晶界是空位扩散的阱。 Dv——体积扩散系数； c——屈服极限； ——粘性系数； 与T有关！ ,其中 , d d exp[ / ] 0kt Qg KT
2.电火花烧结(Spark Plasma Sintering) 放电等离子烧结（又称电火花烧结），是将金属等粉末装入由石墨等材料制成的模具内， 利用上下模冲兼通电电极将特定烧结电源和压力施迦于所烧结粉末，经过放电等离子活化、 电阻加热、热塑变形和冷却阶段制取高性能材料或制件。 Uper plunger Vacuum water electric pole cooling room Sintering pressure producing system DC pulse SPS controller producer Uper plunger- 系统组成部分：由上、下 Positing measurement unit 柱塞组成的压力施加装置； Powder Working atmoshpere 水冷上、下冲头电极；水 Lower plunger (vacuum/gas) 冷真空室；脉冲电流发生 Water cooling controller unit 器；位置测量单元；气氛 Thermal detector 控制系统；水冷控制单元； 温度测量单元以及各种安 全装置。 Lower plunger electric pole 图1电火花烧结(SPS)系统结构示意图町]
放电等离子烧结（又称电火花烧结）,是将金属等粉末装入由石墨等材料制成的模具内, 利用上下模冲兼通电电极将特定烧结电源和压力施加于所烧结粉末, 经过放电等离子活化、 电阻加热、热塑变形和冷却阶段制取高性能材料或制件。 2.电火花烧结(Spark Plasma Sintering) 系统组成部分: 由上、下 柱塞组成的压力施加装置； 水冷上、下冲头电极；水 冷真空室；脉冲电流发生 器；位置测量单元；气氛 控制系统；水冷控制单元； 温度测量单元以及各种安 全装置
Ist step 2nd step 3rd step 4th step Pressure Aulsuap pue amejadwal 'amssald Temp Density 小压力 脉冲电流 电阻加热 Time 图2 SPS烧结压力、烧结温度、烧结材料的 致密度与烧结时间的关系 向粉末施加较小的压力（使粉末颗粒相互接触） 向粉末通以脉冲电流（粉末颗粒的接触点产生放电等离子以击穿粉末颗粒表面的氧 化膜、排出其吸附的空气，并活化颗粒表面，以加速粉末的热压烧结和致密化过程) 对粉末进行电阻加热并且施加较大的成形压力（粉末致密化过程） 卸压
向粉末通以脉冲电流（粉末颗粒的接触点产生放电等离子以击穿粉末颗粒表面的氧 化膜、排出其吸附的空气, 并活化颗粒表面，以加速粉末的热压烧结和致密化过程） 对粉末进行电阻加热并且施加较大的成形压力（粉末致密化过程） 向粉末施加较小的压力（使粉末颗粒相互接触） 脉 冲 电 流 电 阻 加 热 卸压 小 压 力