无机材料科学第10章烧结.ppt
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;烧结的定义;;;烧结过程中结构及性能变化;;烧结的意义;显微结构;显微结构影响材料性质:; 主要内容
1、烧结推动力及模型
2、固相烧结和液相烧结过程中的四种基本传质
产生的原因、条件、特点和动力学方程。
3、烧结过程中晶粒生长与二次再结晶的控制。
4、影响烧结的因素。;收缩;烧结过程中性质的变化:;烧结与烧成:物理变化/化学变化
烧结与熔融:液相
烧结与固相反应:反应;烧结过程推动力; 离子化合物Al2O3 : 两者差别较大,易烧结;
共价化合物Si3N4 : 两者差别较小,难烧结。;颗粒堆积后有很多细小气孔, 弯曲表面产生压力差;四、烧结模型
1945年以前:粉体压块
颗粒形状不一
颗粒大小不一 无法进行定量化研究
颗粒在不同部位堆积密度不一
1945年后,G.C.Kuczynski (库津斯基)提出:双球模???
等径球模型:各处环境和几何条件完全相同
只要研究任意两个球之间变化,代表了整个压块烧结过程
中的变化 ;中
心
距
不
变;§10-2 固态烧结;一、蒸发-凝聚传质;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;x/r ~t1/3初期x/r 增大很快;时间延长,很快停止。
温度 T 增加,有利于烧结。
颗粒粒度 ? 愈小烧结速率愈大。
烧结时颈部扩大,气孔形状改变,但双球之间中心距不变。;二、扩散传质
对象:多数固体材料,由于其蒸汽压低。
(一)、颈部应力模型(见书图9-6)
;说明:颈部应力主要由;(二)、颗粒中心靠近机理
中心距缩短,必有物质向气孔迁移,气孔作为空位源。
空位消失的部位: 自由表面、晶界、位错。
考查空位浓度变化。
;;2、不同区域浓度;自颈部到接触点浓度差:?1C = Ct-Cc; 3、扩散途径 ;扩散途径;(三)、扩散传质的动力学关系 ;和;换成体积收缩或线收缩:(中心距逼近速率);(2)、原料起始粒度:;(3)、温度对烧结过程的决定性作用。;b、综合各种烧结过程; 2、中期 晶界和晶格扩散显著。
特点:气孔率降为5%,收缩率达80%~90%。
原因:颗粒粘结,颈部扩大,
气孔形状由不规则?圆柱形管道,且相互连通;
晶界开始移动;晶粒正常生长。;Coble 的多面体模型(十四面体);3、后期
特点:气孔完全孤立,位于顶点,晶粒已明显长大,
坯体收缩率达90%~100%。 ;§10-3 液相参与的烧结;;二、流动传质
1、粘性流动(粘性蠕变传质)
(1) 定义:;(2) 粘性蠕变速率;初期动力学方程:(Frankel双球模型)
高温下粘性蠕变两个阶段:
接触面增大,颗粒粘结直至气孔封闭
封闭气孔粘性压紧,残留气孔缩小;颈部增长公式:;麦肯基粘性流动坯体内的收缩方程:(近似法);实线:表示由式;2、塑性流动(L少);三、溶解-沉淀传质 ;3、传质过程
第一阶段:T? ,出现足够量液相,固相颗粒在?P 作用下重新
排列,颗粒堆积更紧密; ;A 第一阶段:颗粒重排
线性收缩关系式:;30
20
10;B 第三阶段:;Kingery模型:;例:MgO+2wt%高岭土在1730℃下的烧结情况:;*四、各种传质机理互相影响;§10-4 晶粒生长与二次再结晶;一、晶粒生长
概念
晶粒长大不是小晶粒相互粘结,而是晶界移动的结果;晶粒生长取决于晶界移动的速率。;推动力:
?G差别使晶界向曲率中心移动;同时小晶粒长大,界面能 ?;晶界移动速率:;2、晶粒长大的几何情况;晶粒长大定律;界面通过夹杂物时形状变化;3、晶界移动
(1)移动的七种方式;(A) Vb=0 (B) Vb = Vp (C) Vb Vp_;后期:当Vp=Vb时;4、讨论:坯体理论密度与实际密度存在差异的原因?;Zener理论;二、二次再结晶;晶粒异常长大的原
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