第四节 晶粒生长与二次再结晶,再结晶与晶粒长大是与烧结并行的高温动力学过程，特别是晶粒长大与二次再结晶过程往往与烧结中、后期的传质过程是同时进行的它对烧结过程和烧结体的显微结构和性能有不可忽视的影响 晶粒生长:无应变的材料在热处理时，平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续长大的过程.,一. 初次再结晶,1.定义：在已发生塑性形变的基质中出现新生的无应变晶粒的成核和长大过程 2.推动力：基质塑性变形所增加的能量,二. 晶粒生长(晶粒长大),1.定义：无应变的材料在热处理时，平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程 2.推动力：晶界两边物质的自由能之差△G是使晶界向曲率中心移动的驱动力,结论：晶粒生长是晶界移动的结果，而不是简单的小晶粒之间的粘结；晶粒生长取决于晶界移动的速率如图9-18： A、B晶粒之间由于曲率不同而产生的压差为: 由热力学知系统只做膨胀功时： 当温度不变时 △G —跨越一个弯曲界面的自由能变化 —摩尔体积 晶体生长速率：,3.判断晶粒长大几何学的三个原则： ⑴晶界上有晶界能的作用，因此晶粒形成一个在几何学上与肥皂泡沫相似的三维阵列 ⑵从一个三界汇合点延伸至另一个三界汇合点的晶界都有一定曲率，表面张力使晶界移向其曲率中心 ⑶在晶界上的第二相夹杂物(杂质或气泡)，如果它们在烧结温度下不与主晶相形成液相，则将阻碍晶界移动,由许多颗粒组成的多晶体界面移动情况如右图所示,晶粒长大定律： D—时间t时的晶粒直径 K—常数 D0—t=0时的晶粒平均尺寸 晶粒生长后期 logD—t作图为一直线，其斜率为,4.影响晶粒生长的因素： ⑴第二相夹杂物(杂质、气孔)影响—阻碍作用 当气孔汇集在晶界上时，晶界移动可能出现的三种情况: 晶界移动被气孔或杂质所阻挡，使正常的晶粒长大终止 晶界带动气孔或杂质以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，并可利用晶界的快速通道排除，坯体继续致密化 晶界越过气孔或杂质，产生二次再结晶，把气孔包入晶体内部 ⑵有少量液相出现在晶界上—少量液相抑制晶粒长大,图示1,图示2,5.极限晶粒直径： DL—晶粒正常生长时的极限尺寸 d—夹杂物或气孔的平均直径 f—夹杂物或气孔的体积分数 讨论： ①当f愈大时则DL愈小 ②当f一定时，d愈大则晶界移动时与夹杂物相遇的机会就越少，于是DL愈大,三. 二次再结晶,(或称异常长大和晶粒不连续长大) 1.定义：二次再结晶是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程（当正常的晶粒长大过程停止后，个别具有多边界的大晶粒以自身为核心不断吞并周围小晶粒而异常长大的过程为二次再结晶） 2.推动力：大晶粒界面与邻近高表面能和小曲率半径的晶面相比有较低的表面能,3.晶粒生长与二次再结晶的异同点：,相同点：二者的推动力均为界面两侧质点的自由能之差，都是通过界面的迁移 不同点： 晶粒生长 二次再结晶 晶粒平均尺寸增长 个别晶粒异常长大 不存在晶核，晶界处于平衡状态 大晶粒是二次再结晶的晶核 界面上无应力 界面上有应力存在 气孔在晶界上或晶界交汇处 气孔被包裹到晶粒内部,4.二次再结晶产生的原因：,⑴ 原始粒度不均匀，存在个别大晶粒 ⑵ 烧结温度偏高或烧结速率太快 ⑶ 成型压力不均，局部有不均匀液相,5.避免二次再结晶采取的措施：,⑴ 合理选择原料的粒度，提高粒度均匀性，减少产生大颗粒的可能 ⑵ 控制温度抑制晶界移动速率，避免晶界移动过快 ⑶ 引入适当添加剂,6.不良结果(危害)：,大晶粒内出现隐裂纹，导致材料机、电性能恶化,四.晶界在烧结中的作用,⑴ 晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道 ⑵ 晶界上溶质的偏聚可以延缓晶界的移动，加速坯体致密化 ⑶ 离子晶体中，晶界是阴离子的快速扩散通道,。