材料科学基础2--第三章-烧结过程
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烧结过程及机理ppt课件
第二节 烧结过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及机理
一、烧结过程
(一)烧结温度对烧结体性质的影响
图5是新鲜的电解铜粉(用氢还原的)，经高 压成型后，在氢气气氛中于不同温度下烧结2 小时然后测其宏观性质：密度、比电导、抗拉 强度，并对温度作图，以考察温度对烧结进程 的影响。
精品
1
比电导(Ω-1 c·m-3)
密 度
拉力(kg/cm3) (g/cm2)
c'c0
c 3
exp
1
c0 c0
精品
22
一般烧结温度下，
于是
c 3 1
c0 kT
c
3 kT
c0
从式可见，在一定温度下空位浓度差是与表面 张力成比例的，因此由扩散机理进行的烧结过 程，其推动力也是表面张力。
精品
23
由于空位扩散既可以沿颗粒表面或界面进行， 也可能通过颗粒内部进行，并在颗粒表面或颗 粒间界上消失。为了区别，通常分别称为表面 扩散，界面扩散和体积扩散。有时在晶体内部 缺陷处也可能出现空位，这时则可以通过质点 向缺陷处扩散，而该空位迁移到界面上消失， 此称为从缺陷开始的扩散。
可见，作为烧结动力的表面张力可以通 过流动、扩散和液相或气相传递等方式 推动物质的迁移。
精品
11
图9 凹凸不平的固体表面的附加压强差及物质迁移
精品
12
三、烧结机理
(一) 颗粒的粘附作用 (二) 物质的传递
精品
13
(一) 颗粒的粘附作用
例子：
把两根新拉制的玻璃纤维相互叠放在一起， 然后沿纤维长度方向轻轻地相互拉过，即可发 现其运动是粘滞的，两根玻璃纤维会互相粘附 一段时间，直到玻璃纤维弯曲时才被拉开，这 说明两根玻璃纤维在接触处产生了粘附作用。
一、烧结过程
(一)烧结温度对烧结体性质的影响
图5是新鲜的电解铜粉(用氢还原的)，经高 压成型后，在氢气气氛中于不同温度下烧结2 小时然后测其宏观性质：密度、比电导、抗拉 强度，并对温度作图，以考察温度对烧结进程 的影响。
精品
1
比电导(Ω-1 c·m-3)
密 度
拉力(kg/cm3) (g/cm2)
c'c0
c 3
exp
1
c0 c0
精品
22
一般烧结温度下，
于是
c 3 1
c0 kT
c
3 kT
c0
从式可见，在一定温度下空位浓度差是与表面 张力成比例的，因此由扩散机理进行的烧结过 程，其推动力也是表面张力。
精品
23
由于空位扩散既可以沿颗粒表面或界面进行， 也可能通过颗粒内部进行，并在颗粒表面或颗 粒间界上消失。为了区别，通常分别称为表面 扩散，界面扩散和体积扩散。有时在晶体内部 缺陷处也可能出现空位，这时则可以通过质点 向缺陷处扩散，而该空位迁移到界面上消失， 此称为从缺陷开始的扩散。
可见，作为烧结动力的表面张力可以通 过流动、扩散和液相或气相传递等方式 推动物质的迁移。
精品
11
图9 凹凸不平的固体表面的附加压强差及物质迁移
精品
12
三、烧结机理
(一) 颗粒的粘附作用 (二) 物质的传递
精品
13
(一) 颗粒的粘附作用
例子：
把两根新拉制的玻璃纤维相互叠放在一起， 然后沿纤维长度方向轻轻地相互拉过，即可发 现其运动是粘滞的，两根玻璃纤维会互相粘附 一段时间，直到玻璃纤维弯曲时才被拉开，这 说明两根玻璃纤维在接触处产生了粘附作用。
材料科学基础-第二章-材料的凝固
材料的制备过程对其力学性能、物理和化学性能都会产生较大的影响。 了解材料制备的基本过程，掌握材料制备的基本理论、技术和工艺方法， 对于材料的选用，进一步提升其使用性能有着重要的意义。
制备材料的典型工艺过程：
金属材料：凝固 陶瓷材料：烧结 聚合物：反应合成
凝固与结晶：
凝固（Solidification） 物质从液态转变为固态的过程。
自由能大于体积自由能，即阻力大于驱动力，
那么尺寸在rK～ r0 范围的晶核能够成为稳定的 晶核吗？
当r ＝ rK 时，G 有极大值GK
GK
4 3
2σ
GV
3 GV
4
2σ
GV
2 σ
1 3
4
2σ
GV
2
σ
1 3
4rK2σ
1 3
SKσ
结论：
晶核半径与G的关系
当形成临界晶核时，体积自由能的降低只补偿了表面自由能的2/3，还有 1/3的表面自由能需要另外供给，即需要对形核做功。称GK为形核功。
③形核率（Nucleation Rate）
单位时间、单位体积液相中形成的晶核数目，即晶核形成的速率，记
作
•
N
，单位为cm－3·s－1。
影响形核率的因素：
形核功
随过冷度的增加，即随温度的降低，形核 功减小，形核率增大。
原子扩散能力
随过冷度的增加, 即随温度的降低, 原子
扩散能力下降, 形核困难, 形核率减小。
当 r＞rK时，随 r 的增加，体系自由能减 小，晶胚转变为晶核；
当 r＝rK时，晶胚处于亚稳状态，即可能消 失，也可能长大成为晶核；
把半径为rK的晶胚称为临界晶核，rK称为临 界晶核半径。
制备材料的典型工艺过程：
金属材料：凝固 陶瓷材料：烧结 聚合物：反应合成
凝固与结晶：
凝固（Solidification） 物质从液态转变为固态的过程。
自由能大于体积自由能，即阻力大于驱动力，
那么尺寸在rK～ r0 范围的晶核能够成为稳定的 晶核吗？
当r ＝ rK 时，G 有极大值GK
GK
4 3
2σ
GV
3 GV
4
2σ
GV
2 σ
1 3
4
2σ
GV
2
σ
1 3
4rK2σ
1 3
SKσ
结论：
晶核半径与G的关系
当形成临界晶核时，体积自由能的降低只补偿了表面自由能的2/3，还有 1/3的表面自由能需要另外供给，即需要对形核做功。称GK为形核功。
③形核率（Nucleation Rate）
单位时间、单位体积液相中形成的晶核数目，即晶核形成的速率，记
作
•
N
，单位为cm－3·s－1。
影响形核率的因素：
形核功
随过冷度的增加，即随温度的降低，形核 功减小，形核率增大。
原子扩散能力
随过冷度的增加, 即随温度的降低, 原子
扩散能力下降, 形核困难, 形核率减小。
当 r＞rK时，随 r 的增加，体系自由能减 小，晶胚转变为晶核；
当 r＝rK时，晶胚处于亚稳状态，即可能消 失，也可能长大成为晶核；
把半径为rK的晶胚称为临界晶核，rK称为临 界晶核半径。
3_《材料科学基础》第三章_晶体结构缺陷((上)
点缺陷（零维缺陷）--原子尺度的偏离.
按 缺
例：空位、间隙原子、杂质原子等
陷 线缺陷（一维缺陷）--原子行列的偏离.
的
例：位错等
几 何
面缺陷（二维缺陷）--表面、界面处原子排列混乱.
形
例：表面、晶界、堆积层错、镶嵌结构等
态 体缺陷（三维缺陷）--局部的三维空间偏离理想晶体的周期性
例：异相夹杂物、孔洞、亚结构等
1、 固溶体的分类
(1) 按杂质原子的位置分： 置换型固溶体—杂质原子进入晶格中正常结点位置而取代基
质中的原子。例MgO-CoO形成Mg1-xCoxO固溶体。 间隙型固溶体—杂质原子进入晶格中的间隙位置。
有时俩
(2)按杂质原子的固溶度x分： 无限（连续）固溶体—溶质和溶剂任意比例固溶(x=0~1)。
多相系统
均一单相系统
Compounds AmBn
原子间相互反应生成
均一单相系统
结构
各自有各自的结构
A structure
structure
+ B structure
结构与基质相同 A structure
结构既不同于A也不同于B New structure
化学计量 A/B
不定
固溶比例不定
m:n 整数比或接近整数比的一定范围内
四、固溶体Solid solution（杂质缺陷）
1、固溶体的分类 2、置换型固溶体 3、间隙型固溶体 4、形成固溶体后对晶体性质的影响 5、固溶体的研究方法
①固溶体：含有外来杂质原子的单一均匀的晶态固体。 例：MgO晶体中含有FeO杂质 → Mg1-xFexO
基质 溶剂 主晶相
杂质 溶质 掺杂剂
萤石CaF2(F-空位)
无机非金属材料科学基础06 烧结
烧结与固相反应
固相反应必须发生化学反应，至少生成一种新物质； 烧结不存在化学反应，仅存在物质迁移的物理过程。
2. 烧结的分类
材料化学
固相烧结
下面看按一照下有烧无结的分类？
液相出现
液相烧结
材料化学
按照是否 施加压力
无压烧结 加压烧结
按照是否 采用强化
材料化学
常规烧结 强化烧结
活化烧结 反应烧结 微波烧结 电弧烧结 自蔓延烧结
结合牢固 晶格能大
扩散困难
不利于烧结
原料粒度
粒度越小
表面能大
利于烧结
4. 添加剂
形成固溶体 阻止晶型转变 抑制晶粒长大
产生液相 扩大烧结范围
材料化学
晶格变形、缺陷增加 易于致密化
晶粒粗大不利于致密 颗粒重排、液相传质
工艺控制方便
5. 气氛
材料化学
氧化、还原、中性 氧化物大多受氧氛围影响：扩散 有些物质不能在氧化氛围中烧结 气体分子越小，越容易扩散，氢气和氩气 容易挥发的物质，防止挥发
先建立模型，然后推导反应进程和时间的关系式。
6.3.1 烧结初期 1. 烧结模型
材料化学
定量研究
动力学
烧结模型
如何建立烧结模型？ 烧结过程如何表征？
颗粒体系抽象：烧结模型
材料化学
●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●●
●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●●
变化，烧结可分为初期、中期和后期。
材料化学
这一过程是如何发生的呢？ 气体是如何被赶走的呢？
材料化学
烧结过程是一个致密化的过程，因致密而坚硬 烧结过程是一个物质传递、排除气体的过程
固相反应必须发生化学反应，至少生成一种新物质； 烧结不存在化学反应，仅存在物质迁移的物理过程。
2. 烧结的分类
材料化学
固相烧结
下面看按一照下有烧无结的分类？
液相出现
液相烧结
材料化学
按照是否 施加压力
无压烧结 加压烧结
按照是否 采用强化
材料化学
常规烧结 强化烧结
活化烧结 反应烧结 微波烧结 电弧烧结 自蔓延烧结
结合牢固 晶格能大
扩散困难
不利于烧结
原料粒度
粒度越小
表面能大
利于烧结
4. 添加剂
形成固溶体 阻止晶型转变 抑制晶粒长大
产生液相 扩大烧结范围
材料化学
晶格变形、缺陷增加 易于致密化
晶粒粗大不利于致密 颗粒重排、液相传质
工艺控制方便
5. 气氛
材料化学
氧化、还原、中性 氧化物大多受氧氛围影响：扩散 有些物质不能在氧化氛围中烧结 气体分子越小，越容易扩散，氢气和氩气 容易挥发的物质，防止挥发
先建立模型，然后推导反应进程和时间的关系式。
6.3.1 烧结初期 1. 烧结模型
材料化学
定量研究
动力学
烧结模型
如何建立烧结模型？ 烧结过程如何表征？
颗粒体系抽象：烧结模型
材料化学
●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●●
●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●● ●●●●●●●
变化，烧结可分为初期、中期和后期。
材料化学
这一过程是如何发生的呢？ 气体是如何被赶走的呢？
材料化学
烧结过程是一个致密化的过程，因致密而坚硬 烧结过程是一个物质传递、排除气体的过程
陆佩文材料科学基础 名词解释 -课后
第二章晶体结构2.1名词解释晶体由原子(或离子分子等)在空间作周期性排列所构成的固态物质晶胞是能够反应晶体结构特征的最小单位, 晶体可看成晶胞的无间隙堆垛而成。
晶体结构中的平行六面体单位点阵(空间点阵) 一系列在三维空间按周期性排列的几何点.对称：物体相同部分作有规律的重复。
对称型：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合,又叫点群.空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素的集合布拉菲格子把基元以相同的方式放置在每个格点上，就得到实际的晶体结构。
基元只有一个原子的晶格称为布拉菲格子。
范德华健分子间由于色散、诱导、取向作用而产生的吸引力的总和配位数:晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数.2.2试从晶体结构的周期性论述晶体点阵结构不可能有5次和大于6次的旋转对称?2.3金属Ni具有立方最紧密堆积的结构试问: I一个晶胞中有几个Ni原子？ II 若已知Ni原子的半径为0.125nm，其晶胞边长为多少？2.4金属铝属立方晶系，其边长为0.405nm，假定其质量密度为2.7g/m3试确定其晶胞的布拉维格子类型2.5某晶体具有四方结构，其晶胞参数为a=b,c=a/2,若一晶面在x y z轴上的截距分别为2a 3b 6c,试着给出该晶面的密勒指数。
2.6试着画出立方晶体结构中的下列晶面（001）（110）（111）并分别标出下列晶向[210] [111] [101].2.14氯化铯（CsCl）晶体属于简立方结构，假设Cs+和Cl-沿立方对角线接触，且Cs+的半径为0.170nm Cl-的半径为0.181nm，试计算氯化铯晶体结构中离子的堆积密度，并结合紧密堆积结构的堆积密度对其堆积特点进行讨论。
2.15氧化锂（Li2O）的晶体结构可看成由O2-按照面心立方密堆，Li+占据其四面体空隙中，若Li+半径为0.074nm，O2-半径为0.140nm试计算I Li2O的晶胞常数 II O2-密堆积所形成的空隙能容纳阳正离子的最大半径是多少。
烧结过程及机理ppt课件
故在颈部表面形成一个空位所需的能量应为g相应的空位浓度为在颈部表面的过剩空位浓度为ktkt22一般烧结温度下于是从式可见在一定温度下空位浓度差是与表面张力成比例的因此由扩散机理进行的烧结过程其推动力也是表面张力
第二节 烧结过程及机理
一、烧结过程
(一)烧结温度对烧结体性质的影响
图5是新鲜的电解铜粉(用氢还原的)，经高 压成型后，在氢气气氛中于不同温度下烧结2 小时然后测其宏观性质：密度、比电导、抗拉 强度，并对温度作图，以考察温度对烧结进程 的影响。
整理版课件
1
比电导(Ω-1 c·m-3)
密 度
拉力(kg/cm3) (g/cm2)
温度(°C)
图5 烧结温度对烧结体性质的影响
l一比电导 2一拉力 3一密度
整理版课件
2
结果与讨论：
1.随烧结温度的升高，比电导和抗拉强度增加。 2.曲线表明，在颗粒空隙被填充之前(即气孔率显著 下降以前)，颗粒接触处就已产生某种键合，使得电 子可以沿着键合的地方传递，故比电导和抗拉强度 增大。
1．流动传质 这是指在表面张力作用下通过变形、流动引起 的物质迁移。属于这类机理的有粘性流动和塑性 流动。
整理版课件
18
粘性流动传质 ：
若存在着某种外力场，如表面张力作用时， 则质点(或空位)就会优先沿此表面张力作用的方 向移动，并呈现相应的定向物质流，其迁移量是 与表面张力大小成比例的，并服从如下粘性流动 的关系：
整理版课件
15
(a)
(b)
图10 被水膜包裹整的理两版课固件体球的粘附
16
图11 在扩展的粘附接触面上的变形作用 （A处的细线表示粘附力）
整理版课件
17
(二) 物质的传递
第二节 烧结过程及机理
一、烧结过程
(一)烧结温度对烧结体性质的影响
图5是新鲜的电解铜粉(用氢还原的)，经高 压成型后，在氢气气氛中于不同温度下烧结2 小时然后测其宏观性质：密度、比电导、抗拉 强度，并对温度作图，以考察温度对烧结进程 的影响。
整理版课件
1
比电导(Ω-1 c·m-3)
密 度
拉力(kg/cm3) (g/cm2)
温度(°C)
图5 烧结温度对烧结体性质的影响
l一比电导 2一拉力 3一密度
整理版课件
2
结果与讨论：
1.随烧结温度的升高，比电导和抗拉强度增加。 2.曲线表明，在颗粒空隙被填充之前(即气孔率显著 下降以前)，颗粒接触处就已产生某种键合，使得电 子可以沿着键合的地方传递，故比电导和抗拉强度 增大。
1．流动传质 这是指在表面张力作用下通过变形、流动引起 的物质迁移。属于这类机理的有粘性流动和塑性 流动。
整理版课件
18
粘性流动传质 ：
若存在着某种外力场，如表面张力作用时， 则质点(或空位)就会优先沿此表面张力作用的方 向移动，并呈现相应的定向物质流，其迁移量是 与表面张力大小成比例的，并服从如下粘性流动 的关系：
整理版课件
15
(a)
(b)
图10 被水膜包裹整的理两版课固件体球的粘附
16
图11 在扩展的粘附接触面上的变形作用 （A处的细线表示粘附力）
整理版课件
17
(二) 物质的传递
材料科学基础知到章节答案智慧树2023年山东理工大学
材料科学基础知到章节测试答案智慧树2023年最新山东理工大学第一章测试1.材料科学主要解决的是为什么问题。
（）参考答案:对2.材料科学的核心问题是材料的结构与性能及其相互关系。
（）参考答案:对3.工具是人类文明进步的标志。
（）参考答案:对4.材料科学是当今带头学科之一。
（）参考答案:对5.材料科学与材料工程的界线越来越明显。
（）参考答案:错1.下面关于固溶体形成说法正确的是（）。
参考答案:在晶体生长过程中生成;从溶液中析晶时形成;通过烧结过程由原子扩散形成;从熔体中析晶时形成2.形成置换型连续性固溶体的主要条件（）。
参考答案:离子尺寸相近;电负性相近;晶体结构相同;离子电价相等或电价总和相等3.在下面非化学计量结构化合物中属于n型半导体的是（）。
参考答案:Zn1+x O;TiO2-x4.关于刃型位错说法正确是（）。
参考答案:位错线与原子滑移方向相垂直5.在NaCl晶体中，Na离子占据Cl离子晶格位置后，该缺陷有效电荷数是（）。
参考答案:21.硅酸盐高温熔体具有近程有序的特点。
（）参考答案:对2.二价阳离子（如Ca, Mg等）对硅酸盐高温熔体的粘度影响正确的是（）参考答案:能降低粘度;与极化有关3.根据单键能的大小，Al2O3属于是（）参考答案:中间体4.硅酸盐玻璃具有各向异性的特点。
（）参考答案:错5.共价键越强越容易形成玻璃。
（）参考答案:错1.固体表面与被吸附质点之间相互作用，如果发生在极性分子与非极性分子之间，这种作用力被称为（）。
参考答案:诱导作用2.当表面形成双电层后，它将向内层发生作用，并引起内层离子的极化和重排，表面效应所能达到的深度，与阴、阳离子的半径差有关，差愈大深度愈深。
（）参考答案:对3.在润湿的前提下，表面粗糙越小，固液之间的润湿性越好。
（）参考答案:错4.在润湿过程中，去除固体表面吸附膜是为了提高γSL。
（）参考答案:错5.黏土在下列哪种溶液中的阳离子交换容量最大（）。
烧结-材料科学基础幻灯片PPT
1、初期：表面扩散显著。
(因为表面扩散温度<<体积扩散温度)
例：Al2O3 T体积＝900℃；T表面＝330℃ 特点：气孔率大，收缩约1％。 原因：表面扩散对空隙的消失和烧结体收缩
无明显影响。 根据从 颈部晶粒内部的空位扩散速度
＝颈部V增长的速度
J.2x.＝dV
dt
J 4 DV C
V x4
DV D * / C 0和 C C 0 /
液相烧结类型
液相烧结类型
类型 I II
条件 LS>900
C=0 LS<900
C>0
液相数量 0.01mol%～ 0.5mol%
少 多
烧结模型 双球
Kingery LSW
传质方式 扩散
溶解-沉淀
二、流动传质 1、粘性流动(粘性蠕变传质)
(1) 定义：
dv/dx
.dv /dx
牛 顿 型
宾 汉 型
K=1/3，溶解-沉淀
K=1,颗粒重排
烧结前MgO粒度: A：3m B：1 m C：0.52 m
-2.0
0.5 1.0
1.5
Logt(min)
*四、各种传质机理分析比较 参见P297 表9－4
§10－4 晶粒生长与二次再结晶
定义： 晶粒生长－－材料热处理时，平均晶粒连续增大的过程。 推动力：基质塑性变形所增加的能量提供了 使晶界移动和晶粒长大的足够能量。 二次再结晶－－(晶粒异常生长或晶粒不连续生长) 少数巨大晶体在细晶消耗时成核-长大过程。
B 第三阶段：
Kingery模型：颗粒在接触点溶解到自由
根据液相数量多少
表面沉积。
L S W 模型：小晶粒溶解到大晶粒处沉淀。
(因为表面扩散温度<<体积扩散温度)
例：Al2O3 T体积＝900℃；T表面＝330℃ 特点：气孔率大，收缩约1％。 原因：表面扩散对空隙的消失和烧结体收缩
无明显影响。 根据从 颈部晶粒内部的空位扩散速度
＝颈部V增长的速度
J.2x.＝dV
dt
J 4 DV C
V x4
DV D * / C 0和 C C 0 /
液相烧结类型
液相烧结类型
类型 I II
条件 LS>900
C=0 LS<900
C>0
液相数量 0.01mol%～ 0.5mol%
少 多
烧结模型 双球
Kingery LSW
传质方式 扩散
溶解-沉淀
二、流动传质 1、粘性流动(粘性蠕变传质)
(1) 定义：
dv/dx
.dv /dx
牛 顿 型
宾 汉 型
K=1/3，溶解-沉淀
K=1,颗粒重排
烧结前MgO粒度: A：3m B：1 m C：0.52 m
-2.0
0.5 1.0
1.5
Logt(min)
*四、各种传质机理分析比较 参见P297 表9－4
§10－4 晶粒生长与二次再结晶
定义： 晶粒生长－－材料热处理时，平均晶粒连续增大的过程。 推动力：基质塑性变形所增加的能量提供了 使晶界移动和晶粒长大的足够能量。 二次再结晶－－(晶粒异常生长或晶粒不连续生长) 少数巨大晶体在细晶消耗时成核-长大过程。
B 第三阶段：
Kingery模型：颗粒在接触点溶解到自由
根据液相数量多少
表面沉积。
L S W 模型：小晶粒溶解到大晶粒处沉淀。
无机材料科学基础《烧结》知识点
（１）常压烧结：又称无压烧结。
属于在大气压条件下坯体自由烧结的过程。
在无外加动力下材料开始烧结，温度一般达到材料的熔点０．５－０．８即可。
在此温度下固相烧结能引起足够原子扩散，液相烧结可促使液相形成或由化学反应产生液相促进扩散和粘滞流动的发生。
常压烧结中准确制定烧成曲线至关重要。
合适的升温制度方能保证制品减少开裂与结构缺陷现象，提高成品率。
（２）热压烧结与热等静压烧结：热压烧结指在烧成过程中施加一定的压力（在１０～４０ＭＰａ），促使材料加速流动、重排与致密化。
采用热压烧结方法一般比常压烧结温度低１００ºC左右，主要根据不同制品及有无液相生成而异。
热压烧结采用预成型或将粉料直接装在模内，工艺方法较简单。
该烧结法制品密度高，理论密度可达９９％，制品性能优良。
不过此烧结法不易生产形状复杂制品，烧结生产规模较小，成本高。
作为陶瓷烧结手段，利用来自于表面能的表面应力而达到致密化的常压烧结法虽是一般常用的方法，但是，不依赖于表面应力，而在高温下借助于外压的方法，也是可以采用的。
这就是称为热压法的烧结方法。
广义来说，在加压下进行烧结的方法包括所有这类方法，超高压烧结和热等静压（HIP）烧结也属于这类方法。
不过，一般都作为在高温下施加单轴压力进行烧结的方法来理解。
其基本结构示于图1。
首先，制备粉体试料，置于模型中，在规定温度下加热、加压，获得烧结体。
由于下述原因而采用这种方法：（1）烧结温度降低；（2）烧结速度提高；（3）使难烧结物质达到致密化。
因为能够在颗粒成长或重新结晶不大可能进行的温度范围达到致密化，所以，可获得由微小晶粒构成的高强度、高密度烧结体。
图2所示，是热压对陶瓷致密化影响效果之一例。
将热压作为制造制品的手段而加以利用的实例有：氧化铝、铁氧体、碳化硼、氮化硼等工程陶瓷。
连续热压烧结生产效率高，但设备与模具费用较高，又不利于过高过厚制品的烧制。
热等静压烧结可克服上述弊缺，适合形状复杂制品生产。
烧结基本原理
、烧结（1）、烧结基本原理烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一。
烧结对最终产品的性能起着决定性作用，因为由烧结造成的废品是无法通过以后的工序挽救的；相反，烧结前的工序中的某些缺陷，在一定的范围内可以通过烧结工艺的调整，例如适当改变温度，调节升降温时间与速度等而加以纠正。
烧结是粉末或粉末压坯，加热到低于其中基本成分的熔点温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。
烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加。
在烧结过程中发生一系列物理和化学的变化，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得具有所需物理，机械性能的制品或材料。
烧结时，除了粉末颗粒联结外，还可能发生致密化，合金化，热处理，联接等作用。
人们一般还把金属粉末烧结过程分类为：1、单相粉末（纯金属、古熔体或金属化合物）烧结；2、多相粉末（金属—金属或金属—非金属）固相烧结；3、多相粉末液相烧结；4、熔浸。
通常在目前PORITE微小轴承所接触的和需要了解的为前三类烧结。
通常在烧结过程中粉末颗粒常发生有以下几个阶段的变化：1、颗粒间开始联结；2、颗粒间粘结颈长大；3、孔隙通道的封闭；4、孔隙球化；5、孔隙收缩；6、孔隙粗化。
上述烧结过程中的种种变化都与物质的运动和迁移密切相关。
理论上机理为：1、蒸发凝聚；2、体积扩散；3、表面扩散；4、晶间扩散；5、粘性流动；6、塑性流动。
(2)、烧结工艺2-1、烧结的过程粉末冶金的烧结过程大致可以分成四个温度阶段：低温预烧阶段，在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥 发，压坯内成形剂的分解和排除等。
在PORITE 微小铜、铁系轴承中，用R 、B 、 O(Rapid Burning Off)来代替低温预烧阶段，且铜、铁系产品经过R 、B 、O 后会氧化，但在本体中可以被还原，同时还可以促进烧结。
2、中温升温烧结阶段，在此阶段开始出现再结晶，首先在颗粒内，变形 的晶粒得以恢复，改组为新晶粒，同时颗粒表面氧化物被完全还原，颗粒界 面形成烧结颈。
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烧结过程影响因素很多，烧结动力学方程都是在 一定的理想模型的条件下获得的，对真正定量解决 复杂多变实际烧结问题还有相当距离，有待进一步 研究
第一节 烧 结 概 述
一、烧结定义
➢国际标准组织（International Organization for Standardization， ISO）：加热至粉体主成分熔点以下温度，通过粉体颗粒间粘结 使粉体或其压坯产生强度的热处理过程 ➢理化学词典（日本）：将粉体加热到熔点以下或生成部分液相 的温度时，成为具有烧紧程度固体现象 ➢材料大词典：通过加热使粉体产生颗粒粘结，经过物质的迁移 使粉体产生强度并导致致密化的再结晶过程
•这些理论建立在新兴物理学和现代烧结技术发展 的基础上，反过来又极大地促进了烧结理论在金属、 陶瓷及复合材料等先进材料的研究和开发
•1965年，Nichols用计算机模拟技术对烧结颈演化 过程进行了模拟研究 •1974年Ashby将计算机模拟用于压力-烧结图的预 报 •八十年代后期多个研究小组开始用计算机模拟烧 结过程中晶粒生长问题，计算机模拟烧结过程的相 关研究进入了快速发展的阶段
•计算机模拟烧结过程对象经历了从简单烧结物理 模型到复杂的、接近实际过程的复杂烧结物理模型 的变化 •1990年Ku等人针对经反应烧结制备氮化硅陶瓷过 程建立了晶粒模型（Grain Model）和尖锐界面模 型（Sharp Interface Model）
•目前对烧结过程的机理以及各种烧结机制的动力学研究已经比较完 善。研究结果对解决各类材料的烧结技术与工艺，有效控制材料制 品显微结构与性能以及发展各类新型材料有极为重要的意义
•线收缩率、强度、容重或气孔率等物理指标衡量物料的烧结过程
烧结是粉末冶金、陶瓷、耐火材料、超高温材料等生产过程的一个重 要工序
➢材料性能不仅与材料的组成（化学组成和矿物组成）有关，还与材料 显微结构密切相关
➢当某种材料的配方、原料颗粒、混合与成型工艺确定后，烧结过程是 材料获得预期显微结构的关键工序
了解烧结过程现象及机理，掌握烧结过程动力学对材料显微结构影响 规律，对材料的制备和应用具有重要的指导意义
烧结是一个复杂物理化学过程，除了物理变 化之外，有时还伴随有化学变化，如固相反应
高纯物质的烧结体系在烧结温度下基本上不 会出现液相，而多组分物系在烧结温度下常伴 随有液相的产生
无液相参与的烧结即只在单纯固体之间进行 的烧结称为固相烧结，有液相参与的烧结称为 液相烧结
•1949年 论文“金属颗粒烧结过程中的自扩散”（Selfdiffusion in Sintering of Metallic Particles），在板-球模型上 建立了烧结初期基于各种扩散与蒸发-凝聚机制的较为系统 的物质传质与迁移理论
•上世纪七十年代后，以量子力学等为代表的新兴 物理学理论以及计算机科学技术在材料科学，包括 烧结理论研究中得到广泛应用，烧结理论进入到了 新的阶段 ➢Samsonov用电子稳定组态理论对活化烧结现象进 行了解释 ➢Rhines和Kuczynski分别提出了烧结拓扑理论和统 计理论 ➢Ashby提出了热压、热等静压等加压烧结条件下 的蠕变模型
烧结过程有两个共性的基本特征：一是需要高温加热，第二是 烧结的目的是为了使粉体致密，产生相当强的机械强度
二、 现代烧结理论研究
•1910年，Coolidge成功实现钨的粉末冶金工作，标 志近代烧结技术的开始
•M此gO后，陆单续元开金展属了等单）元的体烧系结（研单究元氧化物如Al2O3、
•上世纪三十年代初，对金属粉末的烧结进行了详细 研究，提出了烧结的定义：烧结是“金属粉末颗粒 粘结和长大的过程”
•1938年，研究了液相烧结的溶解-析出现象，提出了 解释大颗粒长大的理论模型
•这些烧结理论模型大多建立在对烧结过程中颗粒长 大现象的维象解释上----最初期和原始的烧结理论
•二次世界大战期间军工产业繁荣极大地促进金属材篇论文“结晶体中的粘性流动”（The Viscous Flow in Crystal Bodies） “结晶体表面蠕变与晶体表面粗糙 度”（On the Surface Creep of Particles in Crystal and Natural Roughness of the Crystal Faces） ➢第一次建立了基于两个圆球粘结简化模型，提出由空位 流动进行传质的烧结机制，考虑了颗粒表面微粒子的迁移 对烧结传质过程的重要作用 ➢第一次将烧结理论研究深入到原子水平，考虑晶体内空 位和晶体表面原子迁移等现象，代表了烧结理论第一次突 破
•坯体中通常含有大量气孔,一般约在35%~60%，颗 粒之间虽有接触，但接触面积小且没有形成粘结， 因而强度较低
第三章
烧 结 过程
•一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物、粘土等）粉末经压制成为 坯体，坯体中含有大量气孔，颗粒之间的接触面积较小，强度较低。
•烧结---将坯体加热到一定温度后，坯体中颗粒开始相互作用，气孔逐 渐收缩，气孔率逐渐减少，颗粒接触界面逐渐扩大为晶界，最后数个 晶粒相互结合，产生再结晶和晶粒长大，坯体在低于熔点温度下变成 致密，坚硬的烧结体
烧结是一个古老的工艺过程，人类很早就利用烧 结工艺来制备陶瓷、水泥、耐火材料
系统开展烧结机理以及烧结动力学的研究从二十 世纪才开始的。目前对烧结过程机理以及各种烧结 机制动力学研究已经比较完善
➢对解决各类材料烧结技术与工艺，有效控制材料 制品的显微结构与性能以及发展各类新型的材料都 有极为重要的意义。
•烧结过程是一个复杂的工艺过程，影响因素很多，已有的烧结动力 学方程都是在相当理想和简化的物理模型条件下获得的，对真正定 量地解决复杂多变的实际烧结问题还有相当的距离，尚有待进一步 研究
三、烧结过程
•被烧结的对象是一种或多种固体（金属、氧化物、 非氧化物类、粘土等）松散粉末，它们经加压等成 型方法加工成坯体（又称粉末压块，Compact）
第一节 烧 结 概 述
一、烧结定义
➢国际标准组织（International Organization for Standardization， ISO）：加热至粉体主成分熔点以下温度，通过粉体颗粒间粘结 使粉体或其压坯产生强度的热处理过程 ➢理化学词典（日本）：将粉体加热到熔点以下或生成部分液相 的温度时，成为具有烧紧程度固体现象 ➢材料大词典：通过加热使粉体产生颗粒粘结，经过物质的迁移 使粉体产生强度并导致致密化的再结晶过程
•这些理论建立在新兴物理学和现代烧结技术发展 的基础上，反过来又极大地促进了烧结理论在金属、 陶瓷及复合材料等先进材料的研究和开发
•1965年，Nichols用计算机模拟技术对烧结颈演化 过程进行了模拟研究 •1974年Ashby将计算机模拟用于压力-烧结图的预 报 •八十年代后期多个研究小组开始用计算机模拟烧 结过程中晶粒生长问题，计算机模拟烧结过程的相 关研究进入了快速发展的阶段
•计算机模拟烧结过程对象经历了从简单烧结物理 模型到复杂的、接近实际过程的复杂烧结物理模型 的变化 •1990年Ku等人针对经反应烧结制备氮化硅陶瓷过 程建立了晶粒模型（Grain Model）和尖锐界面模 型（Sharp Interface Model）
•目前对烧结过程的机理以及各种烧结机制的动力学研究已经比较完 善。研究结果对解决各类材料的烧结技术与工艺，有效控制材料制 品显微结构与性能以及发展各类新型材料有极为重要的意义
•线收缩率、强度、容重或气孔率等物理指标衡量物料的烧结过程
烧结是粉末冶金、陶瓷、耐火材料、超高温材料等生产过程的一个重 要工序
➢材料性能不仅与材料的组成（化学组成和矿物组成）有关，还与材料 显微结构密切相关
➢当某种材料的配方、原料颗粒、混合与成型工艺确定后，烧结过程是 材料获得预期显微结构的关键工序
了解烧结过程现象及机理，掌握烧结过程动力学对材料显微结构影响 规律，对材料的制备和应用具有重要的指导意义
烧结是一个复杂物理化学过程，除了物理变 化之外，有时还伴随有化学变化，如固相反应
高纯物质的烧结体系在烧结温度下基本上不 会出现液相，而多组分物系在烧结温度下常伴 随有液相的产生
无液相参与的烧结即只在单纯固体之间进行 的烧结称为固相烧结，有液相参与的烧结称为 液相烧结
•1949年 论文“金属颗粒烧结过程中的自扩散”（Selfdiffusion in Sintering of Metallic Particles），在板-球模型上 建立了烧结初期基于各种扩散与蒸发-凝聚机制的较为系统 的物质传质与迁移理论
•上世纪七十年代后，以量子力学等为代表的新兴 物理学理论以及计算机科学技术在材料科学，包括 烧结理论研究中得到广泛应用，烧结理论进入到了 新的阶段 ➢Samsonov用电子稳定组态理论对活化烧结现象进 行了解释 ➢Rhines和Kuczynski分别提出了烧结拓扑理论和统 计理论 ➢Ashby提出了热压、热等静压等加压烧结条件下 的蠕变模型
烧结过程有两个共性的基本特征：一是需要高温加热，第二是 烧结的目的是为了使粉体致密，产生相当强的机械强度
二、 现代烧结理论研究
•1910年，Coolidge成功实现钨的粉末冶金工作，标 志近代烧结技术的开始
•M此gO后，陆单续元开金展属了等单）元的体烧系结（研单究元氧化物如Al2O3、
•上世纪三十年代初，对金属粉末的烧结进行了详细 研究，提出了烧结的定义：烧结是“金属粉末颗粒 粘结和长大的过程”
•1938年，研究了液相烧结的溶解-析出现象，提出了 解释大颗粒长大的理论模型
•这些烧结理论模型大多建立在对烧结过程中颗粒长 大现象的维象解释上----最初期和原始的烧结理论
•二次世界大战期间军工产业繁荣极大地促进金属材篇论文“结晶体中的粘性流动”（The Viscous Flow in Crystal Bodies） “结晶体表面蠕变与晶体表面粗糙 度”（On the Surface Creep of Particles in Crystal and Natural Roughness of the Crystal Faces） ➢第一次建立了基于两个圆球粘结简化模型，提出由空位 流动进行传质的烧结机制，考虑了颗粒表面微粒子的迁移 对烧结传质过程的重要作用 ➢第一次将烧结理论研究深入到原子水平，考虑晶体内空 位和晶体表面原子迁移等现象，代表了烧结理论第一次突 破
•坯体中通常含有大量气孔,一般约在35%~60%，颗 粒之间虽有接触，但接触面积小且没有形成粘结， 因而强度较低
第三章
烧 结 过程
•一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物、粘土等）粉末经压制成为 坯体，坯体中含有大量气孔，颗粒之间的接触面积较小，强度较低。
•烧结---将坯体加热到一定温度后，坯体中颗粒开始相互作用，气孔逐 渐收缩，气孔率逐渐减少，颗粒接触界面逐渐扩大为晶界，最后数个 晶粒相互结合，产生再结晶和晶粒长大，坯体在低于熔点温度下变成 致密，坚硬的烧结体
烧结是一个古老的工艺过程，人类很早就利用烧 结工艺来制备陶瓷、水泥、耐火材料
系统开展烧结机理以及烧结动力学的研究从二十 世纪才开始的。目前对烧结过程机理以及各种烧结 机制动力学研究已经比较完善
➢对解决各类材料烧结技术与工艺，有效控制材料 制品的显微结构与性能以及发展各类新型的材料都 有极为重要的意义。
•烧结过程是一个复杂的工艺过程，影响因素很多，已有的烧结动力 学方程都是在相当理想和简化的物理模型条件下获得的，对真正定 量地解决复杂多变的实际烧结问题还有相当的距离，尚有待进一步 研究
三、烧结过程
•被烧结的对象是一种或多种固体（金属、氧化物、 非氧化物类、粘土等）松散粉末，它们经加压等成 型方法加工成坯体（又称粉末压块，Compact）