第十一章烧结 概述 收缩 收缩 说明: 收缩 无气孔的:颗粒聚焦 多晶体 b:开口堆积体中颗 粒中心逼近 c:封闭堆积体中颗 烧结现象示意图 粒中心逼近
收缩 a 收缩 b 收缩 无气孔的 多晶体 c 说明： a: 颗粒聚焦 b: 开口堆积体中颗 粒中心逼近 c: 封闭堆积体中颗 粒中心逼近 烧结现象示意图 第十一章 烧结 概述
烧结的定义 物理性质变化:、气孔率、强度↑、 致密度↑ 定义1: 缺点:只描述宏观变化,未揭示本质。 定义2: 衡量烧结的指标: 收缩率、气孔率、吸水率、实际密度/理论密度
一、烧结的定义 物理性质变化：V 、气孔率 、强度 、 致密度…… 定义1： 缺点：只描述宏观变化，未揭示本质。 定义2： 衡量烧结的指标： 收缩率、气孔率、吸水率、实际密度/理论密度
与烧结有关的一些概念 1、烧结与烧成 烧成: 烧结: 2、烧结与熔融 3、烧结与固相反应 烧结: 相同点: 熔融: 不同点:
二、与烧结有关的一些概念 1、烧结与烧成 烧成： 烧结： 2、烧结与熔融 烧结： 熔融 ： 3、烧结与固相反应 相同点： 不同点：
、烧结过程推动力 粉状物料的表面能>多晶烧结体的晶界能 ☆烧结能否自发进行? lm材料烧结△G1卡 a-石英→B△G200卡/mol 般化学反应△ΔG↓几万卡/mol 结论:由于烧结推动力与相变和化学反应的能量相比, 很小,因而不能自发进行,必须加热!!
三、烧结过程推动力 粉状物料的表面能 > 多晶烧结体的晶界能 * 烧结能否自发进行？ G mol m / - G 200 /mol 1 G 1 /g 一般化学反应 几万卡 石英 卡 材料烧结 卡 → 结论：由于烧结推动力与相变和化学反应的能量相比， 很小，因而不能自发进行，必须加热!!
烧结难易程度的判断: TOBy晶界能 Sy 表面能 愈小愈易烧结,反之难烧结。 例 Al2O3:两者差别较大,易烧结; 共价化合物如SiN4SiC、AIN难烧结
SV GB 表面能 晶界能 SV GB 例： Al2O3 : 两者差别较大，易烧结； 共价化合物如Si3N4、SiC、AlN 难烧结。 *烧结难易程度的判断： 愈小愈易烧结，反之难烧结
推动力与颗粒细度的关系: 颗粒堆积后,有很多细小气孔弯曲表面由于表面 张力而产生压力差, 当为球形:△P=2r 当非球形:△P=y(+) 结论:粉料愈细,由曲率而引起的烧结推动力愈大!!
*推动力与颗粒细度的关系： 颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面 张力而产生压力差， 当为球形： P＝2/r ) 1 r 1 P ( 1 2 r 当非球形： ＝ + 结论：粉料愈细，由曲率而引起的烧结推动力愈大!!
四、烧结模型 1945年以前:粉体压块 1945年后,GC. Kuczynski(库津斯基提出:双球模型 中 中心距不变 心距缩短 (C) (B) p=x/4r P=x/2r p=x/2r A=nx/r A=2x3/2r A=n x/r 2r /4 /2r
四、烧结模型 1945年以前：粉体压块 1945年后，G.C.Kuczynski (库津斯基)提出：双球模型 中 心 距 不 变 中 心 距 缩 短 V x r A x r x r / 2 / / 2 4 2 3 2 = = = V x r A x r x r / 4 / 2 / 4 4 2 3 2 = = = V x r A x r x r / 2 / / 2 4 3 2 = = =
第二节固态烧结 对象:单一粉体的烧结 蒸发一凝聚 主要传质方式:扩散 塑性流变
第二节 固态烧结 对 象： 单一粉体的烧结。 主要传质方式： 蒸发－凝聚 扩 散 塑 性 流 变
、蒸发一凝聚传质 根据开尔文公式: P yu 1 ART (+-) →传质原因:曲率差别产生AP 条件:颗粒足够小,r<10pm 定量关系:△P~p 存在范围:在高温下蒸汽压 较大的系统。硅酸盐材料 不多见
一、蒸发－凝聚传质 存在范围：在高温下蒸汽压 较大的系统。硅酸盐材料 不多见。 r x P 根据开尔文公式： ) 1 1 ln ( 0 1 dRT x M P P = + 传质原因：曲率差别产生P 条件：颗粒足够小，r <10m 定量关系：P ～
根据烧结的模型(双球模型中心距不变) 蒸发一凝聚机理(凝聚速率=颈部体积增加) →球形颗粒接触面积颈部生长速率关系式 X 3√hM 3/2 01/3,3 2R/T 3/2x2 讨论:1、x/r~t3,证明初期x/r增大很快, 但时间延长,很快停止。 说明:此类传质不能靠延长时间达到烧结 2、温度T增加,有利于烧结。 3、颗粒粒度↓,愈小烧结速率愈大。 4、特点:烧结时颈部扩大,气孔形状改变,但双球 之间中心距不变,因此坯体不发生收缩,密度不变
根据烧结的模型(双球模型中心距不变) 蒸发－凝聚机理(凝聚速率＝颈部体积增加) 球形颗粒接触面积颈部生长速率关系式 3 1 3 2 1/ 3 3 / 2 3 / 2 2 0 3 / 2 ) . . 2 3 ( t R T d M P r x − = 讨论：1、x/r ～t 1/3 ，证明初期x/r 增大很快， 但时间延长，很快停止。 说明：此类传质不能靠延长时间达到烧结。 t r x 2、温度 T 增加，有利于烧结。 3、颗粒粒度 ，愈小烧结速率愈大。 4、特点：烧结时颈部扩大，气孔形状改变，但双球 之间中心距不变，因此坯体不发生收缩，密度不变