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第五章陶瓷材料的烧结
概述
烧结(sintering)是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。其具体
的定义是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下,表面积减小、孔隙率降低、机
械性能提高的致密化过程。

只有掌握了坯体在高温烧成过程中的变化规律,正确地选择和设计窑
炉,科学地制定和执行烧成制度,严格地执行装烧操作规程,才能提高产
品质量,降低燃料消耗,获得良好的经济效益。
10/17/2018
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
烧结参数及其对烧结性影响
烧结类型
T1
T3
T2
Tm B
Tm A
液相烧结
(Liquid phase intering)
固相烧结
(Solid state sintering)
烧结过程示意相图
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(a)固相烧结(Al2O3)和(b)液相烧结样品
(98W-1Ni-1F2(wt%))的显微结构
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烧结驱动力
烧结的驱动力就是总界面能的减少。粉末坯体的总界面能表示为γA,其中γ为界面能;A为总的比表面积。那么总界面能的减少为:
其中,界面能的变化(Δγ)是因为样品的致密化,比表面积的变化是由于晶粒的长大。对于固相烧结,Δγ主要是固/固界面取代固/气界面。
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在烧结驱动力的作用下烧结过程中的基本现象
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(2)粉体结块和团聚对烧结的影响
结块的概念是指一小部分质量的颗粒通过表面力和/或固体桥接作用结合在一起;而团聚描述的是颗粒经过牢固结合和/或严重反应形成的粗大颗粒。结块和团聚形成的粗大颗粒都是通过表面力结合。
细小颗粒在液体和固体介质中承受吸引力和排斥力形成结块和团聚体示意图
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(3)颗粒形状对烧结的影响
颗粒形状和液相体积含量对颗粒之间作用力的影响
只有在大量液相存在的情况下,才能使这些具有一定棱角形状的
陶瓷粉体之间形成较高的结合强度。
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(4)颗粒尺寸分布对烧结的影响
颗粒尺寸分布对最终烧结样品密度的影响可以通过分析有关的动力学过程
来研究,即分析由不同尺寸分布的坯体内部,在烧结过程中“拉出气孔”(pore drag)和晶粒生长驱动力之间力的平衡作用。
研究表明,较小的颗粒尺寸分布范围是获取高烧结密度的必要条件。
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