第8章烧结过程;
烧结是粉末冶金、陶瓷、耐火材料、超高温材料制备的—个重要工序。
烧结的目的是把粉状物料转变为致密体。这种烧结致密体是一种多晶材料。
其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成，烧结过程直接影响显微结构中晶粒尺寸和分布、气孔尺寸和分布以及晶界体积分数。;§8.1固相烧结
一．??概述
1．烧结定义：
成型粉末经过成型、加热到一定温度开始收缩，低于物质熔点温度以下?致密、坚硬烧结体的过程。
?物理性质变化：V?、气孔率?、强度?、
致密度?……
微观定义：固态中分子(或原子)间存在相互吸引，通过加热使质点获得足够的能量进行迁移，使粉末体产生颗粒粘结，产生强度并导致致密化和再结晶的过程称为烧结。
;粉状成型体的烧结过程示意图
点接触?线接触?中心距靠近
开气孔?独立气孔?缩小消失;a)烧结前b)烧结后
铁粉烧结的SEM照片;2．烧结的衡量指标
（1）坯体的收缩率
（2）气孔率、吸水率
（3）实际密度、相对密度、/理论密度
?
3．烧结与烧成
（1）烧结是原指加热致密化。
（2）烧成：脱水、坯体内气孔分解、多相反应、溶解、烧结等一系列过程。
（含义和范围比烧结宽，可以表述多相系统的变化，）
;4.烧结与熔融－》都是由原子热振动引起的，
（1）熔融：全部组分都是液相
（2）烧结：远低于固态物质熔融温度进行，至少有一个组元处于固态。
（3）烧结温度TS：
金属粉末TS?(0.3~0.4)TM，
盐类TS?0.57TM，
硅酸盐TS?(0.8~0.9)TM
?
;5．??烧结中的显微组织
(1)?微观晶相组成未发生变化，仅仅是晶相显微组织结构排列更加致密，结晶程度更加完善。
(2)?杂质与添加剂：参与固相反应或出现液相
;6．烧结与固相反应。
均在低于材料熔点或熔融温度之下进行的。并且在过程的自始至终都至少有一相是固态。
两个过程不同之处是固相反应必须至少有两组元参加如A和B，并发生化学反应，最后生成化合物AB。AB结构与性能不同于A与B。
而烧结可以只有单组元，或者两组元参加，但两组元并不发生化学反应。仅仅是在表面能驱动下，由粉体变成??密体。
;从结晶化学观点看，烧结体除可见的收缩外，微观晶相组成或未变化，仅仅是晶相显微组织上排列致密和结晶程度更完善。或发生一定的反应。
实际生产中往往不可能是纯物质的烧结。
例如纯氧化铝烧结：
为促使烧结而人为地加入一些添加剂外，
原料氧化铝中还或多或少含有杂质。
少量添加剂与杂质的存在，就出现了烧结的第二组元、甚至第三组元，因此固态物质烧结时，就会同时伴随发生固相反应或局部熔融出现液相。
实际生产中，烧结、固相反应往往是同时穿插进行的。;二．固相烧结过程
?
1．压制坯体－颗粒之间点接触，可以不通过化学反应而紧密结合成坚硬的物体，这一过程必然有一推动力在起作用。
2．高温作用下－（1）颗粒接触面积的扩大、颗粒聚集、体积收缩；（2）颗粒中心的递近、形成晶界。
3．气孔排除－气孔形状变化、体积缩小。
烧结过程是由颗粒重排、气孔充填和晶粒生长等阶段组成。
;;烧结过程的三个阶段;二．??烧结的推动力
?
1．表面能降低－
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，总表面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态变化，使系统的表面能减少。
烧结致密化的驱动力是固-气界面消除所造成的表面积减少和表面自由能降低，以及新的能量更低的固-固界面的形成所导致的烧结过程中自由能发生的变化。;颗粒度为1微米的粉料烧结时所降低的自由焓约为几十J/mol，
这个能量与相变(?-石英??,几百－几千J/mol)和化学反应(几万－几十万J/mol)前后能量的变化相比是非常小的，
因此必须加以高温才能促使粉末转变成固相烧结体。
;2．粉状物料的表面能多晶烧结体的晶界能
*烧结能否自发进行？
用晶界能/表面能比作衡量，越小，推动力越大。
例如Al2O3粉料的表面能约为1J/mol，晶界能为0.4J/mol，二者比值为0.4，相对而言比较容易烧结。
而一些共价键材料，如Si3N4、SiC、AlN等，则由于它们的晶界能gGB与表面能gSV的比值高，烧结推动力小而难以烧结。
;3．颗粒之间的毛细孔－曲面内外压差?P会使表面曲率大的地方蒸气压或可溶性增加。有利于物质传输。
;把一根毛细管插入液槽中并经过此管吹气泡，如果忽略重力作用，阻止气泡扩张的阻力仅仅是新增的表面积和