第7章 熱壓燒結(jié)

1、熱壓燒結(jié),,第7章,2,7.1 熱壓燒結(jié)的發(fā)展,1826年索波列夫斯基首次利用常溫壓力燒結(jié)的方法得到了白金。而熱壓技術(shù)已經(jīng)有70年的歷史，熱壓是粉末冶金發(fā)展和應(yīng)用較早的一種熱成形技術(shù)。 1912年，德國(guó)發(fā)表了用熱壓將鎢粉和碳化鎢粉制造致密件的專利。 1926～1927年，德國(guó)將熱壓技術(shù)用于制造硬質(zhì)合金。 從1930年起，熱壓更快地發(fā)展起來(lái)，主要應(yīng)用于大型硬質(zhì)合金制品、難熔化合物和現(xiàn)代陶瓷等方面。,3,熱壓燒結(jié)優(yōu)點(diǎn)：許多陶瓷粉體(或

2、素坯)在燒結(jié)過(guò)程中，由于燒結(jié)溫度的提高和燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，而導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大。與陶瓷無(wú)壓燒結(jié)相比，熱壓燒結(jié)能降低燒結(jié)和縮短燒結(jié)時(shí)間，可獲得細(xì)晶粒的陶瓷材料。例如：熱壓氮化硅材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別可達(dá)1100MPa和9MPa·m1/2；熱壓氧化鋁增韌陶瓷的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別為 1500MPa和15MPa·m1/2。,7.1 熱壓燒結(jié)的發(fā)展,4,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,一、熱壓燒結(jié)的概念,燒結(jié)：是陶瓷生坯在高溫下的

3、致密化過(guò)程和現(xiàn)象的總稱。隨著溫度的上升和時(shí)間的延長(zhǎng)，固體顆粒相互鍵聯(lián)，晶粒長(zhǎng)大，空隙(氣孔)和晶界漸趨減少，通過(guò)物質(zhì)的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為堅(jiān)硬的只有某種顯微結(jié)構(gòu)的多晶燒結(jié)體。燒結(jié)是減少成型體中氣孔，增強(qiáng)顆粒之間結(jié)合，提高機(jī)械強(qiáng)度的工藝過(guò)程。燒結(jié)過(guò)程分類：不加壓燒結(jié)和加壓燒結(jié)。,5,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,一、熱壓燒結(jié)的概念,固相燒結(jié)：是指松散的粉末或經(jīng)壓制具有一定形狀的粉末壓坯被置于不超過(guò)其熔點(diǎn)的設(shè)定溫度中，在一定的

4、氣氛保護(hù)下保溫一段時(shí)間的操作過(guò)程。所設(shè)定的溫度為燒結(jié)溫度，所用的氣氛稱為燒結(jié)氣氛，所用的保溫時(shí)間稱為燒結(jié)時(shí)間。加壓燒結(jié)：對(duì)松散粉末或粉末壓坯同時(shí)施以高溫和外壓。熱壓燒結(jié)：是指在對(duì)置于限定形狀的石墨模具中的松散粉末或?qū)Ψ勰号骷訜岬耐瑫r(shí)對(duì)其施加單軸壓力的燒結(jié)過(guò)程。,6,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,一、熱壓燒結(jié)的概念,熱壓法優(yōu)點(diǎn)： 熱壓時(shí)由于粉料處于熱塑性狀態(tài)，形變阻力小，易于塑性流動(dòng)和致密化。 由于同時(shí)加溫、加壓，有助于粉末顆粒的接觸

5、和擴(kuò)散、流動(dòng)等傳質(zhì)過(guò)程，降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時(shí)間，因而抑制了晶粒的長(zhǎng)大。 熱壓法容易獲得接近理論密度、氣孔率接近于零的燒結(jié)體，容易得到細(xì)晶粒的組織，容易實(shí)現(xiàn)晶體的取向效應(yīng)和控制臺(tái)有高蒸氣壓成分納系統(tǒng)的組成變化，因而容易得到具有良好機(jī)械性能、電學(xué)性能的產(chǎn)品。 能生產(chǎn)形狀較復(fù)雜、尺寸較精確的產(chǎn)品。,7,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,二、熱壓燒結(jié)的原理,1、固體粉末燒結(jié)的過(guò)程和特點(diǎn),坯體燒結(jié)宏觀變化：體積收縮，致密度提高，強(qiáng)度增加。 燒結(jié)程

6、度表征：坯體收縮率、氣孔率或體積密度與理論密度之比。 熱力學(xué)表現(xiàn)：燒結(jié)是系統(tǒng)總能量減少的過(guò)程。 燒結(jié)過(guò)程變化：伴隨著氣孔率的降低，顆?？偙砻娣e減少，表面自由能減少及與其相聯(lián)系的晶粒長(zhǎng)大等。,8,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,二、熱壓燒結(jié)的原理,1、固體粉末燒結(jié)的過(guò)程和特點(diǎn),燒結(jié)階段： 燒結(jié)前成型體中顆粒間接觸有的彼此以點(diǎn)接觸，有的則相互分開(kāi)，保留著較多的空隙。隨著燒結(jié)溫度的提高和時(shí)間的延長(zhǎng)，開(kāi)始產(chǎn)生顆粒間的鍵合和重排過(guò)程，這時(shí)粒子

7、因重排而相互靠攏，大空隙逐漸消失，氣孔的總體積迅速減少，但顆粒間仍以點(diǎn)接觸為主，總表面積并沒(méi)減小。,9,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,二、熱壓燒結(jié)的原理,1、固體粉末燒結(jié)的過(guò)程和特點(diǎn),燒結(jié)階段： 顆粒間由點(diǎn)接觸逐漸擴(kuò)大為面接觸，粒界面積增加，固-氣表面積相應(yīng)減少，但氣孔仍然是聯(lián)通的，此階段晶界移動(dòng)比較容易。在表面能減少的推動(dòng)力下，相對(duì)密度迅速增大，粉粒重排、晶界滑移引起的局部碎裂或塑性流動(dòng)傳質(zhì)，物質(zhì)通過(guò)不同的擴(kuò)散途徑向顆粒間的頸部和氣

8、孔部位填空，使頸部漸漸長(zhǎng)大，并逐步減少氣孔所占的體積，細(xì)小的顆粒之間開(kāi)始逐漸形成晶界，并不斷擴(kuò)大晶界的面積，使坯體變得致密化。,10,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,二、熱壓燒結(jié)的原理,1、固體粉末燒結(jié)的過(guò)程和特點(diǎn),燒結(jié)階段： 隨著傳質(zhì)的繼續(xù)，粒界進(jìn)一步發(fā)育擴(kuò)大，氣孔則逐漸縮小和變形，最終轉(zhuǎn)變成孤立的閉氣孔。與此同時(shí)顆粒粒界開(kāi)始移動(dòng)，粒子長(zhǎng)大，氣孔逐漸遷移到粒界上消失，但深入晶粒內(nèi)部的氣孔則排除比較難。燒結(jié)體致密度提高，坯體可以達(dá)到理論

9、密度的95%左右。,11,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,二、熱壓燒結(jié)的原理,2、固體粉末燒結(jié)的本征熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力,本征過(guò)剩表面能驅(qū)動(dòng)力：Ep為燒結(jié)前粉末系統(tǒng)的表面能，Ed為燒結(jié)成一個(gè)致密立方體后的表面能Wm為晶體材料的摩爾質(zhì)量 (g/mol)，γsv為固-氣表面能 (J/m2)，Sp為粉末比表面 (cm2/g)，d為致密固體密度 (g/cm3),12,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,結(jié)論：粉末粒度越粗，比表面越小，本征表面能驅(qū)動(dòng)力就越小；而粒度

10、越細(xì)，比表面越大，本征表面能驅(qū)動(dòng)力就越大。這也是實(shí)際燒結(jié)中細(xì)粉比粗粉易于燒結(jié)的原因。,13,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,2、固體粉末燒結(jié)的本征熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力,本征Laplace應(yīng)力： 顆粒系統(tǒng)有兩個(gè)本征的特點(diǎn)：相接觸顆粒之間存在著“空隙”或孔洞及系統(tǒng)表面的減少。自由能的降低主要是通過(guò)孔洞的收縮來(lái)實(shí)現(xiàn)的。燒結(jié)開(kāi)始時(shí)孔洞的形狀并不是球形，而是由尖角形，圓滑菱形，近球形逐漸向球形過(guò)渡。此時(shí)孔洞的收縮必然伴隨著顆粒接觸區(qū)的擴(kuò)展，這個(gè)接

11、觸區(qū)最先被稱作金屬顆粒之間的“橋”。,14,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,2、固體粉末燒結(jié)的本征熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力,本征Laplace應(yīng)力： 顆粒之間接觸的直接結(jié)果是頸部出現(xiàn)了曲率半徑。Laplace和Young以彎曲液體表面為例，給出了表面的曲率半徑、表面張力和表面所受的應(yīng)力差值。,,式中，R1與R2為表面上相互垂直的兩個(gè)曲線的曲率半徑，對(duì)于一個(gè)球形孔洞，R1=R2,15,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,2、固體粉末燒結(jié)的本征熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力

12、,本征Laplace應(yīng)力： 對(duì)于不加壓團(tuán)相燒結(jié)的顆粒系統(tǒng)，由顆粒接觸形成的曲率半徑對(duì)Laplace應(yīng)力有重要影響。顆粒接觸的本征Laplace應(yīng)力為：,,式中，x表示接觸面積的半徑，ρ表示頸部的曲率半徑，即式中的R1與R2，負(fù)號(hào)表示ρ從孔洞內(nèi)計(jì)算，正號(hào)表示x在顆粒內(nèi)計(jì)算半徑值。,16,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,頸部的拉伸應(yīng)力為負(fù)號(hào)的解釋： σ為負(fù)指的是對(duì)頸部而言，實(shí)際上它指向孔洞中心，對(duì)頸部為拉伸應(yīng)力，對(duì)

13、孔洞則為壓應(yīng)力，σ的存在使遍及壓坯的孔洞都受一個(gè)指向各孔洞中心的壓應(yīng)力，這樣理解σ為負(fù)與連續(xù)力學(xué)的定義就并不矛盾了。,17,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,二、熱壓燒結(jié)的原理,2、固體粉末燒結(jié)的本征熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力,化學(xué)位梯度驅(qū)動(dòng)力：,單相系統(tǒng),,Δμ=σΩ,多相系統(tǒng),,Ω——原子體積，μi——i化學(xué)組元的化學(xué)位；σ——應(yīng)力；μ——未加入i組元時(shí)化學(xué)位;Vm——摩爾體積。,結(jié)論：用化學(xué)位梯度來(lái)定義燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力具有普遍意義。在不同燒結(jié)

14、過(guò)程中的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力，反應(yīng)燒結(jié)的過(guò)程驅(qū)動(dòng)力最高，液相燒結(jié)過(guò)程顆粒合并次之。,18,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,二、熱壓燒結(jié)的原理,3、固相燒結(jié)動(dòng)力學(xué),顆粒的黏附作用： 黏附是固體表面的普遍性質(zhì)，它起因于固體表面力。當(dāng)兩個(gè)表面靠近到表面力場(chǎng)作用范圍時(shí)既發(fā)生鍵合黏附。 黏附力的大小直接取決于物體表面能和接觸面積，粉狀物料間的黏附作用特別顯著。 黏附作用是燒結(jié)的初級(jí)階段，導(dǎo)致粉體顆粒間產(chǎn)生鍵合、靠攏和重排，并開(kāi)始形成接觸區(qū)的一個(gè)原因。,19,

15、7.2 熱壓燒結(jié)的原理,二、熱壓燒結(jié)的原理,3、固相燒結(jié)動(dòng)力學(xué),物質(zhì)的傳遞過(guò)程：（1）蒸發(fā)和凝聚燒結(jié)過(guò)程中由于顆粒之間表面曲率的差異，造成各部分蒸氣壓不同，物質(zhì)從蒸氣壓鉸高的凸曲面蒸發(fā)，通過(guò)氣相傳遞，在蒸氣壓較低的凹曲面處(兩顆粒間的預(yù)部)凝聚。這樣就使顆粒間的接觸面積增加，顆粒和氣孔的形狀改變，導(dǎo)致坯體逐步致密化。,物質(zhì)傳遞的蒸發(fā)和凝聚機(jī)理示意圖(a)兩球間距不變；(b)兩球互相接近,20,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,物質(zhì)的傳遞過(guò)程

16、：（2）擴(kuò)散 擴(kuò)散傳質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)（或空位）借助于濃度梯度推動(dòng)而遷移傳質(zhì)過(guò)程，一般由濃度大的地方向濃度小的地方作定向擴(kuò)散。 擴(kuò)散引起的燒結(jié)一般用空位擴(kuò)散的概念來(lái)描述。在空位濃度差推動(dòng)下，空位從頸部表面不斷地向顆粒的其他部位擴(kuò)散，而固體質(zhì)點(diǎn)則頸部逆向擴(kuò)散。在一定溫度下空位濃度差是與表面張力成比例的，因此由擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行的燒結(jié)過(guò)程，其推動(dòng)力也是表面張力。 擴(kuò)散有表面擴(kuò)散、界面擴(kuò)散、體積擴(kuò)散和缺陷擴(kuò)散，影響擴(kuò)散傳質(zhì)的主要因素是溫度和組成。,

17、21,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,物質(zhì)的傳遞過(guò)程：（3）粘滯流動(dòng)與塑性流動(dòng) 粘性流動(dòng)：除有液相存在的燒結(jié)出現(xiàn)粘性流動(dòng)外，在高溫下晶體顆粒也具有流動(dòng)性質(zhì)，它與非晶體在高溫下的粘性流動(dòng)機(jī)理是相同的。其黏性流動(dòng)分為兩個(gè)階段：一是物質(zhì)在高溫下形成粘性液體，相鄰顆粒中心互相逼近，增加接觸面積，接著發(fā)生顆粒間的粘合作用和形成—些封閉氣孔；二是封閉氣孔的粘性壓緊，即小氣孔在玻璃相包圍壓力作用下由于粘性流動(dòng)而密實(shí)化。 決定燒結(jié)致密化速率的參數(shù)：顆粒

18、起始粒徑、黏度和表面張力。原料的起始粒度與液相粘度這兩項(xiàng)主要參數(shù)是互相配合的，它們不是孤立地起作用，而是相互影響的。,22,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,物質(zhì)的傳遞過(guò)程：（3）粘滯流動(dòng)與塑性流動(dòng) 塑性流動(dòng)：在固-液兩相系統(tǒng)中，液相量占多數(shù)且液相粘度較低時(shí)，燒結(jié)傳質(zhì)以粘流性流動(dòng)為主；而當(dāng)固相量占多數(shù)或粘度較高時(shí)則以塑性流動(dòng)為主。 塑性流動(dòng)傳質(zhì)過(guò)程在純固相燒鉆中同樣也存在，可以認(rèn)為晶體在高溫、高壓作用下產(chǎn)生流動(dòng)是由于晶體晶面的滑移，即晶格間

19、產(chǎn)生位錯(cuò)，而這種滑移只有超過(guò)某一應(yīng)力值才開(kāi)始。,23,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,物質(zhì)的傳遞過(guò)程：（4）溶解和沉淀當(dāng)有足量的液相生成、液相能潤(rùn)濕固相且固相在液相中有適當(dāng)?shù)娜芙舛葧r(shí)，傳質(zhì)過(guò)程存在下列關(guān)系：可見(jiàn)，溶解度隨顆粒半徑減少而增大，故小顆粒將優(yōu)先地溶解，并通過(guò)液相不斷向周圍擴(kuò)散，使液相中該位置的濃度隨之增加，當(dāng)達(dá)到較大顆粒的飽和濃度時(shí)，就會(huì)在其表面沉淀析出這就使粒界不斷推移，大小顆粒間空隙不斷被充填從而導(dǎo)致燒結(jié)和致密化。這種通過(guò)

20、液相傳質(zhì)的機(jī)理稱溶解-沉淀機(jī)理。,C、C0為小顆粒和普通顆粒的溶解度；r為小顆粒半徑；γSL為固-液相界面張力,24,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,物質(zhì)的傳遞過(guò)程：（4）溶解和沉淀溶解-沉淀傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力是細(xì)顆粒間液相對(duì)毛細(xì)管壓力。傳質(zhì)過(guò)程以下列方式進(jìn)行：第一，隨著燒結(jié)溫度提高，出現(xiàn)足夠量液相。固相顆粒分散在液相中，在液相毛細(xì)管的作用下，顆粒相對(duì)侈動(dòng)，發(fā)生重新排列，得到一個(gè)更緊密的堆積，結(jié)果提高了坯體的密度。第二，薄膜在液膜分開(kāi)

21、的顆粒之間搭橋，在接觸部位有高的局部應(yīng)力導(dǎo)致塑性變形和蠕變，這樣促進(jìn)顆粒進(jìn)一步重排。第三，通過(guò)液相的重結(jié)晶過(guò)程，這一階段特點(diǎn)是細(xì)小顆粒的和固體顆粒表面凸起部分的溶解，通過(guò)液相轉(zhuǎn)移并在粗顆粒表面上析出。在顆粒生長(zhǎng)和形狀改變的同時(shí)，使坯體進(jìn)一步致密化。顆粒之間有液相存在時(shí)顆?；ハ鄩壕o，顆粒間在壓力作用下又提高了固體物質(zhì)在液相中的溶解度。,25,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,二、熱壓燒結(jié)的原理,4、熱壓過(guò)程的基本規(guī)律,蠕變速率公式：,式中A（T）

22、為溫度的函數(shù)，且各種機(jī)制主要的區(qū)別在于應(yīng)力指數(shù)n和晶粒尺寸指數(shù)m的不同和擴(kuò)散系數(shù)的選用。,26,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,4、熱壓過(guò)程的基本規(guī)律,（1）加壓燒結(jié)冪指數(shù)蠕變?cè)诩訅簾Y(jié)過(guò)程中，粉末體的變形是在應(yīng)力和溫度同時(shí)作用下的變形。物質(zhì)遷移可能通過(guò)位錯(cuò)滑移、攀移、擴(kuò)散、擴(kuò)散蠕變等多種機(jī)制完成。燒結(jié)階段分為孔隙連通階段和相孤立孔洞階段。 燒結(jié)初期,應(yīng)力的施加首先使顆粒接觸區(qū)發(fā)生塑性屈服。而后在增加了的接觸區(qū)形成冪指數(shù)蠕變區(qū)，各類蠕變機(jī)制

23、導(dǎo)致物質(zhì)遷移。同時(shí)，原子或空位不可避免地發(fā)生體積擴(kuò)散相晶界擴(kuò)散。晶界中的位錯(cuò)也可能沿晶界攀移，導(dǎo)致晶界滑動(dòng)。第一階段的主要特征是孔洞仍然連通。 燒結(jié)末期，上述機(jī)制仍然存在，只不過(guò)孔洞成為孤立的閉孔，位于晶界相交處。同時(shí)，并不排除在晶粒內(nèi)部孤立存在的微孔。,27,28,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,4、熱壓過(guò)程的基本規(guī)律,（2）加壓位錯(cuò)增值 金屬粉末燒結(jié)體往往是松散粉末裝入摸具中在壓力下壓制成的壓坯。壓制壓力的施加，也往往使壓坯內(nèi)的位錯(cuò)密度

24、大幅度增加。 例如：對(duì)于軟金屬Cu，在非常低的壓制壓力（1000MPa）下，壓坯的位錯(cuò)密度已達(dá)到1010cm-2數(shù)量級(jí)。,29,7.2 熱壓燒結(jié)的原理,三、熱壓燒結(jié)的適用范圍,熱壓燒結(jié)廣泛地用于在普通無(wú)壓條件下難致密化的材料的制備及納米陶瓷的制備。如納米Y-TZP陶瓷、硬質(zhì)合金等。 在現(xiàn)代材料工業(yè)中，用粉體原料燒結(jié)成型的產(chǎn)業(yè)有兩類：一個(gè)是粉末冶金產(chǎn)業(yè)，一個(gè)是特種陶瓷產(chǎn)業(yè)。 所使用的燒結(jié)工藝方法主要有兩種：一種是冷壓成型然后燒結(jié)：另

25、一種是熱壓燒結(jié)。 實(shí)驗(yàn)證明：采用真空熱壓燒結(jié)可以使產(chǎn)品無(wú)氧化、低孔隙、少雜質(zhì)、提高合金化程度，從而提高產(chǎn)品的綜合性能。,30,7.3 熱壓燒結(jié)工藝,一、熱壓燒結(jié)生產(chǎn)工藝種類,1、真空和氣氛熱壓,為防止氧化，真空熱壓將爐膛內(nèi)抽成真空。 先進(jìn)陶瓷中引人注目的Si3N4、SiC等非氧化物，由于在高溫下易被氧化，因而在氮及惰性氣體中進(jìn)行燒結(jié)。,2、熱等靜壓法,熱等靜壓是指對(duì)裝于包套之中的松散粉末加熱的同時(shí)對(duì)其施加各向同性的等靜壓力的燒結(jié)過(guò)程

26、。。 熱等靜壓強(qiáng)化了壓制和饒結(jié)過(guò)程，降低燒結(jié)溫度，消除空隙，避免晶粒長(zhǎng)大，可獲得高的密度和強(qiáng)度。同熱壓法比較，熱等靜壓溫度低，制品密度提高。,31,7.3 熱壓燒結(jié)工藝,一、熱壓燒結(jié)生產(chǎn)工藝種類,3、反應(yīng)熱壓燒結(jié),定義：指在燒結(jié)傳質(zhì)過(guò)程中，除利用表面自由能下降和機(jī)械作用力推動(dòng)外，再加上一種化學(xué)反應(yīng)能作為推動(dòng)力或激活能，以降低燒結(jié)溫度，從而降低燒結(jié)難度以獲得致密陶瓷。從化學(xué)反應(yīng)的角度看，可分為相變熱壓燒結(jié)、分解熱壓燒結(jié)，以及分解合成熱

27、壓燒結(jié)三種類型。其特點(diǎn)是熱能、機(jī)械能、化學(xué)能三者缺一不可，緊密配合促使轉(zhuǎn)變完成。,32,7.3 熱壓燒結(jié)工藝,二、熱壓燒結(jié)生產(chǎn)設(shè)備,熱壓機(jī)的結(jié)構(gòu)是按加熱和加壓方法，所采用的氣氛以及其他因素來(lái)劃分的。熱壓過(guò)程中通常利用電加熱。 熱壓裝備用的模具材料常用石墨。石墨的價(jià)格不太貴，易于機(jī)械加工，在較大的溫度范圍內(nèi)具有較低密度，電阻較低，熱穩(wěn)定性好和具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，且能形成保護(hù)氣氛。石墨壓模的局限性是它的機(jī)械強(qiáng)度較低（不能在高壓下工作）以及

28、能還原某些材料，尤其是氧化物。石墨還能和過(guò)渡族金屬，以及過(guò)渡族金屬的氮化物和硅化物發(fā)生反應(yīng)。 除石墨壓模外，金屬壓模應(yīng)用的最廣泛，尤其是銅基合金壓模。,33,7.3 熱壓燒結(jié)工藝,三、熱壓燒結(jié)的工藝參數(shù),升溫過(guò)程：從室溫升至最高燒結(jié)溫度的這段時(shí)間叫做升溫期。在滿足產(chǎn)品性能要求的情況下，升溫速度應(yīng)該盡可能快些。但坯體中有氣體析出時(shí)，升溫速度要慢；坯體成分中存在多晶轉(zhuǎn)變時(shí)，應(yīng)密切注意；有液相出現(xiàn)時(shí)升溫要謹(jǐn)慎；不同電子陶瓷還可能有其特殊的升

29、溫方式。 最高燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間：通常最高燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間之間是可以相互調(diào)節(jié)的，以達(dá)到一次晶粒發(fā)展成熟，晶界明顯、交角近120°，沒(méi)有過(guò)分二次晶粒長(zhǎng)大，收縮均勻、氣孔小，燒結(jié)件緊致而又耗能量少為目的。 降溫方式：指瓷件燒好后的冷卻速度，一般采用隨爐冷卻。,1、工藝制度,34,7.3 熱壓燒結(jié)工藝,三、熱壓燒結(jié)的工藝參數(shù),提高燒結(jié)溫度和延長(zhǎng)保溫時(shí)間有利于燒結(jié)的進(jìn)行。燒結(jié)過(guò)程是隨著溫度提高試樣的氣孔率降低，致密度和強(qiáng)度不斷提

30、高的過(guò)程。提高燒結(jié)溫度無(wú)論對(duì)固相擴(kuò)散或?qū)θ芙?沉淀等傳質(zhì)都是有利的。 但是單純提高燒結(jié)溫度不僅浪費(fèi)燃料，很不經(jīng)濟(jì)，而且還會(huì)促使二次結(jié)晶而使制品性能惡化。在有液相的燒結(jié)中，溫度過(guò)高使液相量增加，粘度下降，使制品變形。因此不同制品的燒結(jié)溫度必須仔細(xì)試驗(yàn)來(lái)確定。,2、影響熱壓燒結(jié)的因素,溫度和保溫時(shí)間的影響：,35,7.3 熱壓燒結(jié)工藝,外壓對(duì)燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：生坯成型壓力和燒結(jié)時(shí)的外加壓力（熱壓）。 從燒結(jié)和固相

31、反應(yīng)機(jī)理容易理解，成型壓力增大，坯體中顆粒堆積就較緊密，接觸面積增大，燒結(jié)被加速。 熱壓可以提供額外的推動(dòng)力以補(bǔ)償被抵消的表面張力，使燒結(jié)得以繼續(xù)和加速。采用熱壓燒結(jié)可以保證在較低溫度和較短時(shí)間內(nèi)制得高質(zhì)密度的燒結(jié)體，對(duì)于有些物料甚至可以達(dá)到完全透明的程度。,壓力的影響：,36,7.3 熱壓燒結(jié)工藝,無(wú)論是固態(tài)或液態(tài)的燒結(jié)中，細(xì)顆粒由于增加了燒結(jié)的推動(dòng)力，縮短了原子擴(kuò)散距離和提高顆粒在液相中溶解度而導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程的加速。 燒結(jié)是基于

32、在表面張力作用下的物質(zhì)遷移而實(shí)現(xiàn)的，質(zhì)點(diǎn)的遷移需較高的活化能，可以通過(guò)降低物料的粒度來(lái)提高活性。為了達(dá)到高度發(fā)散，必須對(duì)物料進(jìn)行細(xì)磨。此過(guò)程中的機(jī)械和球料之間的撞擊使得顆粒的表面能增加，內(nèi)部缺陷增加，晶格活化，質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)變得容易。,物料的影響：,37,7.3 熱壓燒結(jié)工藝,燒結(jié)氣氛一般分為氧化、還原和中性3種，作用機(jī)理包含物理和化學(xué)的兩方面的作用。 物理作用：當(dāng)燒結(jié)氣氛不同時(shí)，閉氣孔內(nèi)的氣體成分和性質(zhì)不同，它們?cè)诠腆w中的擴(kuò)散、溶解能力

33、也不相同。氣體原子尺寸愈大，擴(kuò)散系數(shù)就越小，反之亦然。例如，在氫氣中燒結(jié)，由于氫原子半徑很小，易于擴(kuò)散而有利于閉氣孔的消除；而原子半徑較大的氬則難于擴(kuò)散而阻礙燒結(jié)。 化學(xué)作用：主要表現(xiàn)在氣體介質(zhì)與燒結(jié)物之間的化學(xué)反應(yīng)在氧氣氛中，由于氧被燒結(jié)物表面吸附或發(fā)生化學(xué)作用，使晶體表面形成正離子缺位型的非化學(xué)計(jì)量化合物，正離子空位增加，擴(kuò)散和燒結(jié)被加速。,氣氛的影響：,38,7.3 熱壓燒結(jié)工藝,在顆粒見(jiàn)的液相可以產(chǎn)生毛細(xì)管力，從而引起顆粒間的

34、壓力并使顆粒易于滑動(dòng)，導(dǎo)致顆粒重排和改善顆粒的堆積結(jié)構(gòu)。 毛細(xì)管力將引起固態(tài)顆粒的溶解和再沉淀，其結(jié)果是使顆粒在接觸部位變得扁平、坯體發(fā)生收縮。 固相顆粒之間產(chǎn)生燒結(jié)形成堅(jiān)固的固相骨架，剩余液相流動(dòng)填充到骨架的間隙。由于液相的存在，溶解-沉淀和流動(dòng)傳質(zhì)使燒結(jié)致密化速率比純固相燒結(jié)大大提高。,液相的影響：,39,7.3 熱壓燒結(jié)工藝,與燒結(jié)主體形成固溶體：當(dāng)外加劑與燒結(jié)主體的離子大小、品格類型及電價(jià)數(shù)接近時(shí)，它們能互溶形成固灣體，致使

35、主晶相晶格畸變，缺陷增加，便于結(jié)構(gòu)基元移動(dòng)而促進(jìn)燒結(jié)。 阻止晶型轉(zhuǎn)變：有些氧化物在燒結(jié)時(shí)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變并伴有較大體積效應(yīng)，這就會(huì)使燒結(jié)致密化發(fā)生困難，并容易引起坯體開(kāi)裂。這時(shí)若能選用適宜的添加物加以抑制，即可促進(jìn)燒結(jié)。 抑制晶粒長(zhǎng)大：由于燒結(jié)后期晶粒長(zhǎng)大，對(duì)燒結(jié)致密化有重要作用。但若二次再結(jié)晶或間斷性晶粒長(zhǎng)大過(guò)快，又會(huì)因晶粒變粗、晶界變寬而出現(xiàn)反致密化現(xiàn)象并影響制品的顯微織構(gòu)。這時(shí)，可通過(guò)加入能抑制晶粒異常長(zhǎng)大的添加物，來(lái)促進(jìn)致密化進(jìn)