宗燕兵等：不同镁含量钢渣陶瓷的致密化机制 ·1239· 和样品B(高镁样品)在不同烧结温度T,不同保温 1.0 时间下的线性收缩率ε（△L/Lo)如表3和表4所示. 06 表3低镁样品在不同烧结温度不同保温时间下的收缩率 烧结温度 0.4 ■1000℃ Table 3 Low magnesium sample shrinkage at different sintering temper- atures and holding times ( 02 ★1100℃ ▲1140℃ 0 保温时间/ 收缩率/% -0.2 -0.4 min T=1000℃ T=1100℃ T=1140℃ -0.6 1 0.20 1.3 1.50 -0. 0.20020.40.60.81.0121.41.61.82.0 7.60 Ig(t/min) 10 10.20 图1不同烧结温度下低镁样品gs-lg 15 0.33 3.0 10.75 Fig.1 Igs-lgt for low magnesium samples at different sintering tem- 30 0.50 6.0 peratures 60 0.80 6.4 1.2 烧结温度 1.0 ■1110℃ ★1160℃ 0.8 ▲1190℃ 表4高镁样品不同烧结温度不同保温时间下的收缩率 Table 4 High magnesium sample shrinkage at different sintering temper- 0.6 atures and holding times 0.4 0.2 保温时间/ 收缩率/% 0 min T=1110℃ T=1160℃T=1190℃ 1 0.86 1.57 1.82 020200204060.810121416 Ig(t/min） 15 2.75 7.78 9.53 图z不同烧结温度下高镁样品gs一g 30 4.28 10.63 14.20 Fig.2 Ige-lgt for high magnesium samples at different sintering tem- 2.2致密化机制讨论 peratures 由于陶瓷材料的烧结为热激活过程，因此可以 结温度的升高，k值均逐渐增大.低镁样品在1000 通过对烧结激活能的计算来判断致密化机理[]，根 ℃时，k值仅为0.19，随着烧结升高至1140℃，k值 据Singh]提出的初、中期烧结线收缩率方程，如下 增加到7.26：与低镁样品相比，高镁样品从1110℃ 式所示： 的0.85增加到1190℃的1.82 Ige mlgt lgk (2) 表5低镁和高镁样品不同烧结温度下烧结速率系数 式中，ε为陶瓷坯体的线性相对收缩率；m为反应级 Table 5 Sintering rate coefficient for low magnesium and high magnesi- 数：t为保温时间，min;k为烧结速率常数. um samples at different sintering temperatures 根据文献[20]介绍，烧结速率系数k与烧结温 样品 烧结温度/K k 度T之间有如下关系： 1273 0.19 k=Ae~各 (3) 低镁样品 1373 1.24 式中，Q为烧结激活能，k·mol-1;R为气体常数，为 1413 7.26 8.314Jmol-1.K-1;T为绝对温度，K:A为与界面张 1383 0.85 力、扩散系数和颗粒半径相关的常数. 高镁样品 1433 1.58 低镁和高镁样品在不同温度下，保温时间及其 1463 1.82 对应的收缩率值已在表3和表4中列出，数据代入 式(2)，绘制低镁和高镁样品的lgs-lg1散点图并进 对式(3)两边求自然对数得下式： 行线性拟合，如图1和图2所示，其中斜率为m,截 d=hd-是 (4) 距为lgk. 由直线的截距即可求出烧结速率系数k,计算 -装 (5) 结果见表5.可以看出，低镁样品和高镁样品随着烧 由式(4)可知，若求得lnk-T-1的斜率，则可计宗燕兵等: 不同镁含量钢渣陶瓷的致密化机制 和样品 B(高镁样品)在不同烧结温度 T,不同保温 时间下的线性收缩率 着(驻L / L0 )如表 3 和表 4 所示. 表 3 低镁样品在不同烧结温度不同保温时间下的收缩率 Table 3 Low magnesium sample shrinkage at different sintering temper鄄 atures and holding times 保温时间/ min 收缩率/ % T = 1000 益 T = 1100 益 T = 1140 益 1 0郾 20 1郾 3 1郾 50 5 — — 7郾 60 10 — — 10郾 20 15 0郾 33 3郾 0 10郾 75 30 0郾 50 6郾 0 — 60 0郾 80 6郾 4 — 表 4 高镁样品不同烧结温度不同保温时间下的收缩率 Table 4 High magnesium sample shrinkage at different sintering temper鄄 atures and holding times 保温时间/ min 收缩率/ % T = 1110 益 T = 1160 益 T = 1190 益 1 0郾 86 1郾 57 1郾 82 15 2郾 75 7郾 78 9郾 53 30 4郾 28 10郾 63 14郾 20 2郾 2 致密化机制讨论 由于陶瓷材料的烧结为热激活过程,因此可以 通过对烧结激活能的计算来判断致密化机理[18] ,根 据 Singh [19]提出的初、中期烧结线收缩率方程,如下 式所示: lg着 = mlgt + lgk (2) 式中,着 为陶瓷坯体的线性相对收缩率;m 为反应级 数;t 为保温时间,min;k 为烧结速率常数. 根据文献[20]介绍,烧结速率系数 k 与烧结温 度 T 之间有如下关系: k = Ae - Q RT (3) 式中,Q 为烧结激活能,kJ·mol - 1 ;R 为气体常数,为 8郾 314 J·mol - 1·K - 1 ;T 为绝对温度,K;A 为与界面张 力、扩散系数和颗粒半径相关的常数. 低镁和高镁样品在不同温度下,保温时间及其 对应的收缩率值已在表 3 和表 4 中列出,数据代入 式(2),绘制低镁和高镁样品的 lg着鄄鄄lgt 散点图并进 行线性拟合,如图 1 和图 2 所示,其中斜率为 m,截 距为 lgk. 由直线的截距即可求出烧结速率系数 k,计算 结果见表 5. 可以看出,低镁样品和高镁样品随着烧 图 1 不同烧结温度下低镁样品 lg着鄄鄄lgt Fig. 1 lg着鄄鄄lgt for low magnesium samples at different sintering tem鄄 peratures 图 2 不同烧结温度下高镁样品 lg着鄄鄄lgt Fig. 2 lg着鄄鄄lgt for high magnesium samples at different sintering tem鄄 peratures 结温度的升高,k 值均逐渐增大. 低镁样品在 1000 益时,k 值仅为 0郾 19,随着烧结升高至 1140 益 ,k 值 增加到 7郾 26;与低镁样品相比,高镁样品从 1110 益 的 0郾 85 增加到 1190 益的 1郾 82. 表 5 低镁和高镁样品不同烧结温度下烧结速率系数 Table 5 Sintering rate coefficient for low magnesium and high magnesi鄄 um samples at different sintering temperatures 样品 烧结温度/ K k 1273 0郾 19 低镁样品 1373 1郾 24 1413 7郾 26 1383 0郾 85 高镁样品 1433 1郾 58 1463 1郾 82 对式(3)两边求自然对数得下式: lnk = lnA - Q RT (4) lnk = lgk lge (5) 由式(4)可知,若求得 lnk鄄鄄 T - 1的斜率,则可计 ·1239·