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1、影响烧结的因素Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望 延长烧结时间一般都会不同程度地促使烧延长烧结时间一般都会不同程度地促使烧结完成，但对粘性流动机理的烧结较为明显，结完成，但对粘性流动机理的烧结较为明显，而对体积扩散和表面扩散机理影响较小。然而对体积扩散和表面扩散机理影响较小。然而在烧结后期，不合理地延长烧结时间，有而在烧结后期，不合理地延长烧结时间，有时会加剧二次再结晶作用，反而得不到充分时会加剧二次再结晶作用，反而得不到充分致密的制品。致密的制品。 减少物料颗粒度则总
2、表面能增大因而会有减少物料颗粒度则总表面能增大因而会有效加速烧结，这对于扩散和蒸发一冷凝机理效加速烧结，这对于扩散和蒸发一冷凝机理更为突出。更为突出。 但是，在实际烧结过程中，除了上述这些直但是，在实际烧结过程中，除了上述这些直接因素外，尚有许多间接的因素，例如通过控接因素外，尚有许多间接的因素，例如通过控制物料的晶体结构、晶界、粒界、颗粒堆积状制物料的晶体结构、晶界、粒界、颗粒堆积状况和烧结气氛以及引入微量添加物等，以改变况和烧结气氛以及引入微量添加物等，以改变烧结条件和物料活性，同样可以有效地影响烧烧结条件和物料活性，同样可以有效地影响烧结速度。结速度。 一、物料活性的影响一、物料活性的影
3、响烧结是基于在表面张力作用下的物质迁移烧结是基于在表面张力作用下的物质迁移而实现的。因此可以通过降低物料粒度来而实现的。因此可以通过降低物料粒度来提高活性，但单纯依靠机械粉碎来提物料提高活性，但单纯依靠机械粉碎来提物料分散度是有限度的，并且能量消耗也多。分散度是有限度的，并且能量消耗也多。于是开始发展用化学方法来提高物料活性于是开始发展用化学方法来提高物料活性和加速烧结的工艺，即活性烧结。和加速烧结的工艺，即活性烧结。活性氧化物通常是用其相应的盐类热分解制成活性氧化物通常是用其相应的盐类热分解制成的。实践表明，采用不同形式的母盐以及热分的。实践表明，采用不同形式的母盐以及热分解条件，对所得氧化
4、物活性有着重影响。解条件，对所得氧化物活性有着重影响。因此，合理选择分解温度很重要，一般说来对因此，合理选择分解温度很重要，一般说来对于给定的物料有着一个最适宜的热分解温度。于给定的物料有着一个最适宜的热分解温度。温度过高会使结晶度增高、粒径变大、比表面温度过高会使结晶度增高、粒径变大、比表面活性下降；温度过低则可能因残留有未分解的活性下降；温度过低则可能因残留有未分解的母盐而妨碍颗粒的紧密充填和烧结。母盐而妨碍颗粒的紧密充填和烧结。 二、添加物的影响二、添加物的影响 实实践践证证明明，少少量量添添加加物物常常会会明明显显地地改改变变烧烧结结速速度度，但但对对其其作作用用机机理理的的了了解解还
5、还是是不不充充分分的。许多试验表明，以下的作用是可能的。的。许多试验表明，以下的作用是可能的。 (一一)与烧结物形成固溶体与烧结物形成固溶体当当添添加加物物能能与与烧烧结结物物形形成成固固溶溶体体时时，将将使使晶晶格格畸畸变变而而得得到到活活化化。故故可可降降低低烧烧结结温温度度，使使扩扩散散和和烧烧结结速速度度增增大大，这这对对于于形形成成缺缺位位型型或或间隙型固溶体尤为强烈。间隙型固溶体尤为强烈。 例例如如在在Al2O3烧烧结结中中，通通常常加加入入少少量量Cr2O3或或TiO2促促进进烧烧结结，就就是是因因为为Cr2O3与与Al2O3中中正正离离子子半半径径相相近近，能能形形成成连连续续
6、固固溶溶体体之之故故。当当加加入入TiO2时时促促进进烧烧结结温温度度可可以以更更低低，因因为为除除了了Ti4+离离子子与与Cr3+大大小小相相同同，能能与与Al2O3固固溶溶外外，还还由由于于Ti4+离离子子与与Al3+电电价价不不同同，置置换换后后将将伴伴随随有有正正离离子子空空位位产产生生，而而且且在在高高温温下下Ti4+可可能能转转变变成成半半径径较较大大的的Ti3+从从而而加加剧剧晶晶格格畸畸变变，使使活活性更高；故能更有效地促进烧结。性更高；故能更有效地促进烧结。 图图15 添加添加TiO2对对Al2O3烧结时的扩散系数的影响烧结时的扩散系数的影响相对烧结过程的扩散系数相对烧结过程
7、的扩散系数 (二二)阻止晶型转变阻止晶型转变 有些氧化物在烧结时发生晶型转变并伴有较大有些氧化物在烧结时发生晶型转变并伴有较大体积效应，这就会使烧结致密化发生困难，并容体积效应，这就会使烧结致密化发生困难，并容易引起坯体开裂；这肘若能选用适宜的掭加物加易引起坯体开裂；这肘若能选用适宜的掭加物加以抑制，即可促进烧结。以抑制，即可促进烧结。(三三)抑制晶粒长大抑制晶粒长大 由于烧结后期晶粒长大，对烧结致密化有重要由于烧结后期晶粒长大，对烧结致密化有重要柞用；但若二次再结晶或间断性晶粒长大过快，柞用；但若二次再结晶或间断性晶粒长大过快，又会因晶粒变粗、晶界变宽而出现反致密化现象又会因晶粒变粗、晶界变
8、宽而出现反致密化现象并影响制品的显微结构。这时，可通过加入能抑并影响制品的显微结构。这时，可通过加入能抑制晶粒异常长为的添加物来促进致密化进程。制晶粒异常长为的添加物来促进致密化进程。 但应指出，由于晶粒成长与烧结的关系较为复但应指出，由于晶粒成长与烧结的关系较为复杂，正常的晶粒长大是有益的，要抑制的只是二杂，正常的晶粒长大是有益的，要抑制的只是二次再结晶引起的异常晶粒长大；因此并不是能抑次再结晶引起的异常晶粒长大；因此并不是能抑制晶粒长大的添加物都会有助于烧结。制晶粒长大的添加物都会有助于烧结。 (四四)产生液相产生液相 已经指出，烧结时若有适当的液相，往往会大已经指出，烧结时若有适当的液相
9、，往往会大大促进颗粒重排和传质过程。添加物的另一作用大促进颗粒重排和传质过程。添加物的另一作用机理，就在于能在较低温度下产生液相以促进烧机理，就在于能在较低温度下产生液相以促进烧结。液相的出现，可能是添加物本身熔点较低；结。液相的出现，可能是添加物本身熔点较低；也可能与烧结物形成多元低共熔物。也可能与烧结物形成多元低共熔物。 但值得指出；能促进产生液相的添加物。并不但值得指出；能促进产生液相的添加物。并不都会促进烧结。例如对都会促进烧结。例如对Al2O3，即使是少量碱金属，即使是少量碱金属氧化物也会严重阻碍其烧结。这方面的机理尚不氧化物也会严重阻碍其烧结。这方面的机理尚不清楚。此外，尚应考虑到
10、液相对制品的显微结构清楚。此外，尚应考虑到液相对制品的显微结构及性能的可能影响。因此，合理选样添加物常是及性能的可能影响。因此，合理选样添加物常是个重要的课题。个重要的课题。三、气氛的影响三、气氛的影响 实际生产中常可以现，有些物料的烧结过程对实际生产中常可以现，有些物料的烧结过程对气体介质十分敏感。气氛不仅影响物料本身的烧结气体介质十分敏感。气氛不仅影响物料本身的烧结,也会影响各添加物的效果。为此常需进行相应的气也会影响各添加物的效果。为此常需进行相应的气氛控制。氛控制。 气氛对烧结的影响是复杂的。同一种气体介质对气氛对烧结的影响是复杂的。同一种气体介质对于不同物料的烧结，往往表现出不同的甚
11、至相反的于不同物料的烧结，往往表现出不同的甚至相反的效果，然而就作用机理而言，不外乎是物理的和化效果，然而就作用机理而言，不外乎是物理的和化学的两方面的作用。学的两方面的作用。 (一一)物理作用物理作用 在烧结后期，坯体中孤立闭气孔逐渐缩小，在烧结后期，坯体中孤立闭气孔逐渐缩小，压力增大，逐步抵消了作为烧结推动力的表而压力增大，逐步抵消了作为烧结推动力的表而张力作用，烧结趋于缓慢，使得在通常条件下张力作用，烧结趋于缓慢，使得在通常条件下难于达到完全烧结。这时继续致密比除了由气难于达到完全烧结。这时继续致密比除了由气孔表面过剩空位的扩散外，闭气孔中的气体在孔表面过剩空位的扩散外，闭气孔中的气体在
12、固体中的溶解和扩散等过程起着重要怍用。固体中的溶解和扩散等过程起着重要怍用。(二二)化学作用化学作用 主要表现在气体介质与烧结物之间的化学反主要表现在气体介质与烧结物之间的化学反应。在氧气气氛中，由于氧被烧结物表面吸附应。在氧气气氛中，由于氧被烧结物表面吸附或发生化学作用，使晶体表面形成正离子缺位或发生化学作用，使晶体表面形成正离子缺位型的非化学计量化合物，正离子空位增加，扩型的非化学计量化合物，正离子空位增加，扩散和烧结被加速，同时使闭气孔中的氧可能直散和烧结被加速，同时使闭气孔中的氧可能直接进入晶格，并和接进入晶格，并和O2空位一样沿表面进行扩空位一样沿表面进行扩散。故凡是正离子扩散起控制
13、作用的烧结过程，散。故凡是正离子扩散起控制作用的烧结过程，氧气氛和氧分压较高是有利的。氧气氛和氧分压较高是有利的。 值值得得指指出出，有有关关氧氧化化、还还原原气气氛氛对对烧烧结结影影响响的的实实验验资资料料，常常会会出出现现差差异异和和矛矛盾盾。这这通通常常是是因因为为实实验验条条件件不不同同，控控制制烧烧结结速速度度的的扩扩散散质质点点种种类类不不同同所所引引起起。当当烧烧结结由由正正离离子子扩扩散散控控制制时时，氧氧化化气气氛氛有有利利于于正正离离子子空空位位形形成成；对对负负离离子子扩扩散散控控制制时时，还还原原气气氛氛或或较较低低的的氧氧分分压压将将导导致致O2离离子子空空位位产产生
14、生并促进烧结。并促进烧结。 但是气氛的作用有时综合而更为复杂的。但是气氛的作用有时综合而更为复杂的。 对于对于BeO情况正好相反，水蒸气对情况正好相反，水蒸气对BeO烧结是烧结是十分有害的。因为十分有害的。因为BeO烧结主要按蒸发烧结主要按蒸发-冷凝机理冷凝机理进行的，水蒸气的存在会抑制进行的，水蒸气的存在会抑制BeO的升华作用的升华作用BeO(s)+H2O(g) Be(OH)2(g)，后者较为稳定。，后者较为稳定。 此外，工艺上为了兼顾烧结性和制品性能，此外，工艺上为了兼顾烧结性和制品性能，有时尚需在不同烧结阶段控制不同气氛。有时尚需在不同烧结阶段控制不同气氛。 四、压力的影响四、压力的影响 外压对烧结的影响主要表现在两个方面：生坯外压对烧结的影响主要表现在两个方面：生坯成型压力和烧结时的外加压力成型压力和烧结时的外加压力 (热压热压)。从烧结和。从烧结和固相反应机理容易理解，成形压力增大，坯体中固相反应机理容易理解，成形压力增大，坯体中颗粒堆积就较紧密、接触面积增大，烧结被加速。颗粒堆积就较紧密、接触面积增大，烧结被加速。与此相比，热压的作用是更为重要的。与此相比，热压的作用是更为重要的。 如如表表1所示。所示。 表表1 不同烧结条件下不同烧结条件下MgO的烧结致密度表的烧结致密度表 本章结束！
