粉末冶金原理与工艺-烧结原理.ppt

;粉末冶金过程;;本章要点;本章要点;粉末体烧结类型;烧结是指粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程。;烧结特点;烧结特点;;烧结的特点;烧结类型;无压烧结;加压烧结;烧结过程;过程：在粉末颗粒的原始接触面，通过颗粒外表附近的原子扩散，由原来的机械嚙合转变为原子间的冶金结合,形成晶界;由原始颗粒接触面开展形成的晶界;;

范德华力:接触压力ｐ＝20-300Mpa

〔接触距离为0.2nm时〕

静电力

金属键合力:约为范德华力的20倍

电子作用力

附加应力〔存在液相〕

金属键合力

电子作用力

电子云重叠，导致电子云密度增加;前期的特征

形成连续的孔隙网络，孔隙外表光滑化

后期的特征

孔隙进一步缩小，网络坍塌并且晶界发生迁移;;原子的扩散，颗粒间的距离缩短

烧结颈间形成了微孔隙

微孔隙长大

聚合导致烧结颈间的孔隙结构坍塌

银粉的烧结提供了相关证据;;三、闭孔隙的形成和球化;孔隙结构演化;烧结驱动力

近代烧结理论认为：粉状物料的外表能大于多晶烧结体的晶界能，就是烧结最主要的推动力。

物质迁移机理;单元系粉末烧结驱动力;;合金粉末烧结的驱动力;;外表张力作用在烧结颈上的拉应力引起的驱动力;外表张力作用在引起的驱动力;外表张力作用在引起的驱动力;外表张力作用在引起的驱动力;外表张力作用在引起的驱动力;物质迁移机理;物质迁移机理;蒸发-凝聚

扩散传质

流动传质

溶解-沉淀;;扩散传质指质点〔或空位〕借助于浓度梯度推动而迁移的过程。烧结初期由于黏附作用使粒子间的接触界面逐渐扩大并形成具有负曲率的接触区，由于外表张力的作用，这个区域形成张应力，而在粒子接触的中心部位形成同样大小压应力。;流动传质;2、塑性流动;溶解-沉淀传质;内容;烧结初期

——双球模型

烧结中期

——coble多面体模型〔圆柱形孔隙〕

烧结后期

——coble多面体模型〔球形孔隙〕;烧结初期模型

双球模型;扩散传质外表扩散的动力学关系;根本观点：

低温时，外表扩散起主导作用

而在高温下，让位于体积扩散

细粉末的外表扩散作用大。

;烧结早期孔隙连通，外表扩散的结果导致小孔隙的缩小与消失，大孔隙长大

烧结后期外表扩散导致孔隙球化

金属粉末外表氧化物的复原，提高外表扩散活性

;烧结动力学方程

烧结颈长大是颈外表附近的空位向球体内扩散

球内部原子向颈部迁移的结果

颈长大的连续方程

dv/dt=Jv.A.Ω

;Jv=单位时间内通过颈的单位面积空位个数

即空位流速率

由Fick第一定律

Jv=Dvˊ.▽Cv=Dvˊ.△Cv/ρ

Dv‘=空位扩散系数〔个数〕;假设用体积表示原子扩散系数，

即Dv=Dv‘Cvo=Dvo.exp(-Q/RT)

dv/dt=ADv‘.Ω.△Cv/ρ

其中A=(2πX).(2ρ)

V=πX2.2ρ

ρ=X2/2a

→x5/a2=20DvγΩ/KT.t

;Kingery-Berge方程：ρ=X2/4a

x5/a2=80DvγΩ/KT.t

孔隙收缩动力学方程

孔隙外表的过剩空位浓度

Cv=CvoγΩ/〔kTr〕;

假设孔隙外表至晶界的平均距离与孔径处于同一数量级，那么空位浓度梯度

▽Cv=CvoγΩ/〔kTr2〕

由Fick第一定律

dr/dt=-Dv’▽Cv

=-DvγΩ/〔kTr2〕;别离变量并积分

ro3-r3=3γΩ/〔kT〕.Dvt

.线收缩率动力学方程：

由第二烧结几何模型

△a/a=1-Cosθ=2Sin2(θ/2)

=2(θ/2)2θ=x/a很小

=x2/2a2

=△L/L

;与Kingery-Berge烧结动力学方程联立

L/Lo=[(20γΩDv/21/2kT)2/5t2/5

L/Lo可用膨胀法测定

实验验证：

ln△L/Lo—lnt作曲线

其斜率为2/5

;晶界是空位的“阱”〔Sink〕，对烧结的奉献表达在：

.晶界与孔隙连接，易使孔隙消失

.晶界的扩散激活能仅体积扩散的一半，Dgb》Dv

细粉烧结时，在低温起主导作用，并引起体积收缩

.烧结动力学方程

x6/a2=(960Dgbγδ4/kT).t〔δ=晶界宽度〕;固态烧结模型;扩散方式：;Coble的多面体模型(十四面体)