影响烧结的因素新实用教案.ppt

图26 SEM micrographs of ceramics sintered at (a) 1100 C, (b) 1150 C, (c) 1180 C, (d) 1200 C, (e) 1230 C, and (f)1250 C.
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图27 烧结温度对AlN晶粒尺寸(chǐ cun)的影响
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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，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，有时会加剧二次再结晶作用，反而得不到充分致密的制品。
减少物料颗粒(kēlì)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更为突出。
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但是，在实际烧结过程(guòchéng)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，以改变烧结条件和物料活性，同样可以有效地影响烧结速度。
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一、物料(wù liào)活性的影响
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提高活性，但单纯依靠机械粉碎(fěn suì)来提物料分散度是有限度的，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和加速烧结的工艺，即活性烧结。
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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解条件，对所得(suǒ dé)氧化物活性有着重影响。
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因此，合理选择分解(fēnjiě)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(fēnjiě)温度。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(fēnjiě)的母盐而妨碍颗粒的紧密充填和烧结。
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二、添加物的影响
实践证明，少量(shǎoliàng)添加物常会明显地改变烧结速度，但对其作用机理的了解还是不充分的。许多试验表明，以下的作用是可能的。
(一)与烧结物形成固溶体
当添加物能与烧结物形成固溶体时，将使晶格畸变而得到活化。故可降低烧结温度，使扩散和烧结速度增大，这对于形成缺位型或间隙型固溶体尤为强烈。
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例如在Al2O3烧结中，通常加入少量Cr2O3或TiO2促进烧结，就是因为Cr2O3与Al2O3中正离子半径相近，能形成连续固溶体之故。当加入TiO2时促进烧结温度可以更低，因为除了Ti4+离子与Cr3+大小相同，能与Al2O3固溶外，还由于Ti4+离子与Al3+电价不同，置换后将伴随有正离子空位产生(chǎnshēng)，而且在高温下Ti4+可能转变成半径较大的Ti3+从而加剧晶格畸变，使活性更高；故能更有效地促进烧结。
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图28 添加(tiān jiā)TiO2对Al2O3烧结时的扩散系数的影响
相对烧结(shāojié)过程的扩散系数
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