粉末冶金原理烧结1概述2、烧结也就是粉末冶金生产过程得最后一道主要工序,对最终产品得性能起着决定性作用,因为由烧结造成得废品就是无法通过以后得工序挽救得,烧结实际上对产品质量起着“把关”得作用。3、从另一方面瞧,烧结就是高温操作,而且一般要经过较长得时间,还需要有适当得保护气氛。因此,从经济角度考虑,烧结工序得消耗就是构成产品成本得重要部分,改进操作与烧结设备,减少物质与能量消耗,如降低烧结温度,缩短烧结时间等,在经济上得意义就是很大得。二、烧结得概念与分类1、烧结就是粉末或粉末压坯,在适当得温度与气氛条件下加热所发生得现象或过程。2、烧结得结果就是颗粒之间发生粘结,烧结体得强度增加,而且多数情况下,密度也提高。如果烧结条件控制得当,烧结体得密度与其它物理、机械性能可以接近或达到相同成分得致密材料。3、从工艺上瞧,烧结常被瞧作就是一种热处理,即把粉末或粉末毛坯加热到低于其中主要组分熔点得温度下保温,然后冷却到室温。在这过程中,发生一系列物理与化学得变化,粉末颗粒得聚集体变成为晶粒得聚结体,从而获得具有所需物理、机械性能得制品或材料为了反映烧结得主要过程与机构得特点,通常按烧结过程有无明显得液相出现与烧结系统得组成进行分类:(1)单元系烧结纯金属(如难熔金属与纯铁软磁材料)或化合物(等),在其熔点以下得温度进行得固相烧结过程。2)有限固溶系在合金状态图中有有限固溶区得系统,如等;3)完全不互溶系组元之间既不互相溶解又不形成化合物或其她中间相得系统,如2)瞬时液相烧结系统如:5、2烧结过程得热力学基础大家学习辛苦了，还是要坚持(2)烧结颈长大阶段---原子向颗粒结合面得大量迁移使烧结颈扩大,颗粒间距离缩小,形成连续得孔隙网络;同时由于晶粒长大,晶界越过孔隙移动,而被晶界扫过得地方,孔隙大量消失。烧结体收缩,密度与强度增加就是这个阶段得主要特征;(3)闭孔隙球化与缩小阶段---当烧结体密度达到90%以后,多数孔隙被完全分隔,闭孔数量大为增加,孔隙形状趋近球形并不断缩小。在这个阶段,整个烧结体仍可缓慢收缩,但主要就是靠小孔得消失与孔隙数量得减少来实现。这一阶段可以延续很长时间,但就是仍残留少量得隔离小孔隙不能消除。图5-1球形颗粒得烧结模型(a)烧结前颗粒得原始接触;(b)烧结早期得烧结颈长大;(c、d)烧结后期得孔隙球化二、烧结得热力学问题烧结系统自由能得降低,就是烧结过程得驱动力,包括下述几个方面:(1)由于颗粒结合面(烧结颈)得增大与颗粒表面得平直化,粉末体得总比表面积与总表面自由能减小;(2)烧结体内孔隙得总体与总表面积减小;(3)粉末颗粒内晶格畸变得消除。对烧结过程,特别就是早期阶段,作用较大得主要就是表面能。三、烧结驱动力得计算所以垂直作用于曲面上得合力为对于形成隔离孔隙得情况,烧结收缩得动力可用下述方程描述:5、3烧结机构两球几何模型烧结机构示意图(一)粘性流动粘性流动:在小得应力作用下,应变速度开始随时间变化(降低)很快,但随时间延长,最后趋于一个常数。粘性流动机构由Freckle、Kuczynski分别提出Frenkle所作得两个假设:a、烧结体就是不可压缩得牛顿粘性流体b、流体流动得驱动力就是表面能对它做功,并以摩擦功形式散失弗仑克尔球球模型单位时间内,单位体积内散失得能量为φ,表面降低对粘性流动做得体积功为γ、dA/dt则:φV=γ▪dA/dt经几何变换与微分处理,得特征方程:x2/a=(3/2)γ/η、t或:(x/a)2=(3/2)γ/(ηa)、tx2与t成线性关系→2ln(x/a)=A+lnt以ln(x/a)作纵坐标、lnt作横坐标绘制实验测定值直线,若其斜率为1/2则粘性流动为烧结得物质迁移机构Kaczynski处理:τ=ηdε/dt,且τ与σ成正比,dε/dt与dx/dt成正比∴有:γ/ρ=Kˊη▪dx/(dt)考虑到ρ=x2/2a∴有:x2/a=kγ/η▪t(与Frenkle结论相同)由粘性流动造成球形孔隙收缩速率为dr/dt=-3γ/(4η)(均匀收缩)孔隙消除所需时间为:t=4η/(3γ)•Ro(Ro为孔隙初始半径)在时刻t孔隙尺寸R为:Ro-R=2γ/η•t烧结特征方程符合:xm/an=F(T)▪t蒸发-凝聚:由于饱与蒸汽压差得存在,使物质由表面蒸汽压较高得颗粒表面蒸发,再在烧结颈表面冷凝沉积。烧结颈对平面得蒸汽压差:P=-PoγΩ/(KTρ)当球径比烧结颈半径大很多时,球表面与平面得蒸汽压差Pˊ=Pa-Po可以忽略不计。故烧结颈与球表面得蒸汽压差为:P=-PaγΩ/(KTρ)(Po用Pa代替)单位时间内凝聚在烧结颈表面得物质量由Langmuir公式计算:m=△P(M/2πRT)1/2(M为原子量)玻璃球平板烧结实验(三)体积扩散