第四章烧结烧结过程及机理再结晶和晶粒长大影响烧结的因素概述第一节概述烧结过程是一门古老的工艺。现在，烧结过程是一门古老的工艺。现在，烧结过程在许多工业部门得到广泛应用，如陶瓷、程在许多工业部门得到广泛应用，如陶瓷、耐火材料、粉末冶金、材料、粉末冶金、超高温材料等生产过程中都含有烧结过程。有烧结过程。烧结的目的是把粉状材料转变为致密体。密体。研究物质在烧结过程中的各种物理化学变化。研究物质在烧结过程中的各种物理化学变化。对指导生产、控制产品质量，对指导生产、控制产品质量，研制新型材料显得特别重?特别重要。一、烧结的定义成型后的粉状物料在低于熔点的高温作用下、用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，新相形成，气孔排除，体积收缩，传递，新相形成，气孔排除，体积收缩，强度提高、强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固整个的过程。状和坚固整个的过程。通常用烧结收缩、强度、密度、通常用烧结收缩、强度、密度、气孔率等物理指标来衡量物料烧结质量的好坏。烧结质量的好坏。二、烧结分类按照烧结时是否出现液相，可将烧结分为两类：按照烧结时是否出现液相，可将烧结分为两类：固相烧结液相烧结烧结温度下基本上无液相出现的烧结，现的烧结，如高纯氧化物之间的烧结过程。间的烧结过程。有液相参与下的烧结，有液相参与下的烧结，如多组分物系在烧结温度下常有液相出现。出现。近年来，在研制特种结构材料和功能材料的同时，近年来，在研制特种结构材料和功能材料的同时，产生了一些新型烧结方法。如热压烧结，生了一些新型烧结方法。如热压烧结，放电等离子体烧结，微波烧结等。烧结，微波烧结等。图1热压炉放电等离子体烧结炉（图2放电等离子体烧结炉（SPS））气压烧结炉（图3气压烧结炉（GPS））图4微波烧结炉第二节烧结过程及机理一、烧结过程首先从烧结体的宏观性质随温度的变化上来认识烧结过程。(一)烧结温度对烧结体性质的影响一烧结温度对烧结体性质的影响是新鲜的电解铜粉(用氢还原的图5是新鲜的电解铜粉用氢还原的，经高压成是新鲜的电解铜粉用氢还原的)，型后，在氢气气氛中于不同温度下烧结2小时然型后，在氢气气氛中于不同温度下烧结小时然后测其宏观性质：密度、比电导、抗拉强度，并后测其宏观性质：密度、比电导、抗拉强度，对温度作图，以考察温度对烧结进程的影响。对温度作图，以考察温度对烧结进程的影响。拉力(kg/cm3)拉力拉力(kg/cm拉力C)(g/cm2)比电导(?-1·cm-3)比电导密度5l比电导2拉力3(结果与讨论：结果与讨论曲线表明，随烧结温度的升高，1.曲线表明，随烧结温度的升高，在颗粒空隙被填充之前(即气孔率显著下降以前)充之前(即气孔率显著下降以前)，颗粒接触处就已产生某种键合，使得电子可以沿着键合的地方传递，生某种键合，使得电子可以沿着键合的地方传递，故比电导和抗拉强度增大。故比电导和抗拉强度增大。3.温度继续升高，物质开始向空隙传递，密度增大。温度继续升高，物质开始向空隙传递，密度增大。但当密度达到理论密度的9095％90～但当密度达到理论密度的90～95％后，其增加速度开始减慢，且常规条件下很难达到完全致密。始减慢，且常规条件下很难达到完全致密。说明坯体中的空隙(气孔)完全排除是很难的。体中的空隙(气孔)完全排除是很难的。(二)烧结过程的模型示意图二烧结过程的模型示意图根据烧结性质随温度的变化，根据烧结性质随温度的变化，我们可以把烧结过程用图的模型来表示的模型来表示，过程用图6的模型来表示，以增强我们对烧结过程的感性认识。程的感性认识。图6粉状成型体的烧结过程示意图6/112/2a)烧结前烧结前b)烧结后烧结后图7铁粉烧结的SEM照片铁粉烧结的照片烧结过程的三个阶段烧结初期坯体中颗粒重排，坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、产生键合，空隙变形、缩即大气孔消失），），固小（即大气孔消失），固气总表面积没有变化。气总表面积没有变化。传质开始，粒界增大，传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。仍然连通，形如隧道。烧结中期烧结后期传质继续进行，粒子长大，传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，气孔变成孤立闭气孔，密度达到95%以上，制品强以上，度达到以上度提高。度提高。二、烧结推动力粉体颗料尺寸很小，比表面积大，具有较高的表面能，粉体颗料尺寸很小，比表面积大，具有较高的表面能，即使在加压成型体中，颗料间接触面积也很小，即使在加压成型体中，颗料间接触面积也很小，总表面积很大而处于较高能量状态。根据最低能量原理，积很大而处于较高能量状态。根据最低能量原理，它将自发地向最低能量状