粉末烧结是将固态素坯烧结成具有某些特定性能的材料的过程。对于不同的 粉末系统和烧结方法,烧结的过程和机理也不尽相同。
烧结过程一般可分为不施加外压力烧结(Pressureless Sintering)和施加外压力 (Applied Pressure or Pressure-Assisted Sintering )烧结两大类。根据烧结时原料的 状态,不加压烧结又可以分为固相烧结和液相烧结;而根据加压方式的不同,加 压烧结可分为热压、热锻和热等静压等烧结方式
粉末烧结的阶段划分及烧结模型
对于无添加剂加入基体粉末的等温烧结过程,按照烧结时间作为划为标准, 可以分为三个阶段
(1)烧结初期
烧结初期又称粘结阶段。在这一阶段,颗粒间的原始接触点或接触面转变成 晶粒结合,即通过扩散、形核和长大等原子或分子迁移过程形成烧结颈。当烧结 颈的截面半径与颗粒半径之间的比值(颈长)达到0.3时,可认为烧结初期结束 [岡。在这个过程中,颗粒内的晶粒和颗粒的外形都基本不发生变化,但是因为 颗粒结合面的增大,烧结体的孔隙性能有明显的变化。对于粉末烧结的初期模型,Frenkel通过能量平衡的关系导出了烧结颈 长大速率与物质扩散粘度之间的关系。并由此建立粉末颗粒粘性流动机制下的颈 长方程。
两个等半径的球形液滴开始点接触,一段时间t后,两液滴相互靠近,形成 一个半径为x (t)的圆形接触面,而液滴其余部分仍保持为球形。
(2)烧结中期
在烧结滤芯中期,原子(分子)向颗粒结合面大量迁移,使烧结颈扩大,颗粒间 距变小,基体粉末形成连续的孔隙网络。同时,晶粒的长大会引起烧结体的收缩, 基体强度的增高是这个阶段的主要特征。
烧结进入中期后,晶粒开始生长,颗粒的形状可简化为Kelvin十四面体(如 图2-3所示),颗粒的空间堆积可抽象为图2-4所示Kelvin十四面体的理想空间 堆积,气孔均沿着十四面体的边线构成连通的结构。气孔的形成是复杂的,但其 截面可以近似地视为圆柱体。
(3)烧结后期
烧结后期又称为孔隙球化和缩小阶段。在本阶段,基体的孔隙逐渐变为非连 续构态,孔隙形状趋近于球形,孔隙的大小以及烧结体的体积发生缓慢的收缩。 本阶段的烧结可能延续很长的时间,材料最终的密度可以接近或达到理论密度, 但仍可能有少量的闭孔存在。
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