华灿光电LED项目简本 - 江苏环保公众网.doc

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1、第十二章烧结目的要求:1・了解烧结概念和它的作用，并能区分烧结与烧成，弄清烧结与熔融、同相反应等概念的区别。2.明确烧结的推动力是粉状物料的表面能大于多晶烧结体的界面能。/了解固和烧结和液相烧结的传质机理及其影响因素。4.了解晶粒长大和二次再结晶。5・熟悉影响烧结的各种因素在烧结中的作用。重点：II烧结概念及推动力，烧结过稈屮的传质机理及比较，晶粒工长及一•次再结晶，影响烧结的因素

2、

3、烧结过程屮的传质机理第一节基本概念一、烧结1、烧结的意义烧结是粉末冶金、陶瓷、耐火材料、超高温材料等部门的一个重要工序。烧结的目的是把粉状物料转变为致密体。这种烧结致密体是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃

4、相和气孔组成,烧结过程右•接煤响显微结构屮晶粒尺寸和分布，气孔尺寸和分布以及晶界体积分数.…。烧结过稈可以通过控制晶界移动而抑制晶粒的异常生长或通过控制表面扩散、晶界扩散和晶格扩散而充填气孔，用改变显微结构方法使材料性能改善。因此，当配方、原料粒度、成型等工序完成以后,烧结是使材料获得预期的显微结构以使材料性能充分发挥的关键工序。2、烧结的定义宏观定义：一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物等）粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚便的烧结体，这种过稈称为烧结。微观定义：由于固态中分了（或原了）的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，经过物质迁移使粉末体产

5、生强度并导致致密化和再结晶的过程。由于烧结体宏观上出现体积收缩，致密度提高和强度增加，因此烧结稈度可以用坏体收缩率、气孔率、吸水率或烧结体密度与理论密度之比（相对密度）等指标来衡址。3、与烧结有关的一些概念A.烧结与烧成（firing）:烧成：包括多种物理和化学变化。例如脱水、坯体内气体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等。而烧结仅仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程，烧结仅仅是烧成过稈的一个重要部分。B.烧结和熔融（Melt）：烧结是在远低于固态物质的熔融温度进行的。泰曼发现烧结温度（TS）和熔融温度（TM）的关系有一定规律：金属粉末TS=（0.3〜0.4）TM盐类TS=0.57TM硅酸盐

6、TS=（0.8〜0.9）TM烧结和熔融这两个过程都是由原了热振动而引起的，但熔融时全部组元都为液相，而烧结时至少有一组元是处于固态。C.烧结与固相反应：两个过程均在低于材料熔点或熔融温度Z下进行的。并且在过稈的臼始白终都至少有一相是固态。两个过程不同Z处是I占I相反皿必须至少有两纟R元A和B参加，并发生化学反应，最示生成化合物AB。AB结构与性能不同于A和E。而烧结可以只有单组元或者两组元参加，但两组元并不发生化学反应。仅仅是在表面能驱动下，由粉体变成致密体。从结晶化学观点看，烧结体除可见的收缩外，微观晶相组成并未变化，仅仅是晶相显微组织上排列致密和结晶稈度更完善。但在实际生产屮，纯的烧结

7、是很难见到的。二、烧结过程推动力粉体颗粒尺寸很小，比表面积大，具有较高的表面能，即使在加压成型体屮，颗粒间接触面积也很小，总表面很大而处于较高能量状态。根据能量最低原理，它将白发地向最低能量状态变化，并伴随使系统的表面能减少。可见，烧结是一个白发的不可逆过程，系统表面能降低是推动烧结进行的基木动力。粉状物料的表瓯能大于多晶烧结体的晶界能，这是烧结过程的推动力，粉体经烧结示，晶界能取代了表面能，这是烧结麻多晶材料稳定存在的原因。粉末体紧密堆积以后，颗粒间仍有很多细小气孔通过，在这些弯Illi的表面上由于表面张力的作用而造成的压力斧为:P=2Y/r由于凸、凹表面处的蒸气压P分别高于和低于平表瓯

8、的蒸气压PO,并用开尔文公式表达：山性2网』=空_p平_pRTrzPPR"应用热力学方法可以计算烧结推动力为：△G=V・AP还有弯Illi表面的过剩空位浓度：AC=C-Co=Co{exp(^^)-1}rkT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。但由于固体有巨大的内聚力，这在很大稈度上限制着烧结的进行，只有当固体质点具有明显可动性时，烧结才能以可度量的速度进行，故温度对烧结速度有木质的影响。一般当温度接近泰曼温度时，烧结速度就明显地增加。由于烧结推动力与相变和化学反应的能量相比还是极小的。烧结不能自发进行，必须对粉体加以高温，才能促使粉末体转变为烧结体

9、。目前常用YGB晶界能和Ysv表页能Z比值来衡量烧结的难易，一般材料Ygb/Ysv愈小愈容易烧结，反2难烧结，为了促进烧结必须使Ts远大于Ygb。三、烧结模型G.C.Kuczynski提出粉末压块是由等径球体作为模型。随着烧结的进行，备接触点处开始形成颈部，并逐渐扩大，最后烧结成一个報体。在烧结时，由于传质机理各异而引起颈部增长的方式不同，因此双球模型的中心距可以有二种情况：一种是颈部增长而两球屮心距离不变，如图12-