液相烧结机制.doc

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1、液相烧结机制一、液相烧结的定义及其分类 定义：凡有液相参加的烧结过程称为液相烧结。由于粉末中总含有少量杂质，因而大多数材料在烧结中都会或多或少地出现液相，即使在没有杂质的纯固相系统中，高温下还会出现“接触＂熔融现象因而纯粹的固态烧结实际上不易实现，在无机材料制造过程中，液相烧结的应用范围很广泛，如长石质瓷，水泥熟料、高温材料（如氮化物，碳化物等都采用液相烧结原理。液相烧结与固态烧结的共同之点是烧结的推动力都是表面能，烧结过程也是由颗粒重排、气孔充填和晶粒生长等阶段组成。不同点是由于流动传质速率比扩散传质快，

2、因而液相烧结致密化速率高，可使坯体在比固相烧结温度低得多的情况下获得致密的烧结体，此外液相烧：结过程的速率与液相数量．液相性质（粘度和表面张力等）液相与固相润湿情况，固相在液相中的溶解度等等有密切的关系，因此影响液相烧结的因素比固相烧结更为复杂，为定量研究带来困难。分类 ：1.瞬时液相烧结(transient liquid phase sintering) 在烧结中、初期存在液相，后期液相消失的烧结过程 特点：烧结中初期为液相烧结，后期为固相烧结 。液相数量取决于成分（低熔点组分的含量）、升温速度、粉末颗粒

3、的粒度 。提高瞬时液相烧结过程中的液相数量可采用提高低熔点组分含量升温速度快，高熔点组分颗（与液相接触面积小，减小扩散面积）。 3 熔浸(infiltration) 多孔骨架的固相烧结和低熔点金属渗入骨架后的液相烧结过程前期为固相烧结，后期为液相烧结。4.超固相线液相烧结： 液相在粉末颗粒内形成,是一种在微区范围内较普通液相烧结更为均匀的烧结过程。二、液相烧结技术的优缺点 优点： 1)加快烧结速度：  a 液相的形成加快了原子迁移速度 。 b 在无外压的情况下，毛细管力的作用加快坯体的收缩  c 液相的存在

4、降低颗粒间的摩擦有利于颗粒重排列 。2) 晶粒尺寸可以通过调节液相烧结工艺参数加以控制，便于优化显微结构和性能 3) 可制得全致密的P/M材料或制品，延伸率高 。4) 粉末颗粒的尖角处优先溶于液相，易于获得有效的颗粒间填充 不足之处： 变形（distortion，slumping） 。当烧结坯体液相数量过大或混合粉的粒度、混合不均匀时，易出现变形 收缩大，尺寸精度控制困难。三、液相烧结阶段和烧结机构 当烧结温度高于液相组分的熔点或共晶点时，液相形成在毛细力的作用下，液相发生流动并孔隙空间 。1.液相的形成与

5、颗粒重排液相的形成与颗粒重排，同时，毛细力作用也导致固相颗粒受力不平衡使颗粒产生移动和转调整位置使压制状态的固相颗粒的相对位置发生变化,达到最佳的填充状态（紧密堆积）烧结坯发分致密化，液相流动与颗粒重排为液相烧结的主导致密化机理液相的数量主要取决于合金成分和温度（尤其是有限互溶体系），对于组元间存在固态下互扩散现象的液相烧结体系（如Fe-Cu），数量与升温速度有关，速度愈快，低熔组分来不及向固相扩散，液相数量相对增加。致密化速度述方程表示： d(△L/Lo)/dt=P.w/(2Rc.η)；P-毛细压力；P=

6、2γLCOθ/d W-液膜厚度； η-液相的粘度； Rc-有效毛细管半径，与颗粒尺寸成正比 细的固相颗粒有利于提高致密化速度。 d -固相颗分离度,与液膜厚度相当 。2.溶解-再析出阶段固相在液相中具有一定溶解度的LPS体系，化学位差异，化学位高的部位将发生优先溶解并近的液相中形成浓度梯度，发生固相原子等在液相中的扩散和宏观的马孪哥尼流动，在化学位低位析出。 化学位高的区域，颗粒突起或尖角处，细颗粒发生细颗粒和颗粒尖角处的优先溶解，化学位的部位，颗粒的凹陷处和大颗粒表面。溶解在液相中固相组分的原子在这些部位

7、析出 其结果是：固相颗粒表面光滑化和球化降低颗粒重排列，阻力有利于颗粒间的重排进一步提密化效果，小颗粒的溶解速度为， dr/dt=2DCγLVΩ(r-R)/(kTr2R) R、r分别为大小晶粒的半径 Ω—固相组分的原子体积 D —固相组分在液相中的扩散系数 C —固相组分在液相中的平衡溶解度 这一阶段的致密化可表示为： (△L/Lo)3=C1.t（扩散控制过程） (△L/Lo)2=C2.t（溶解控制过程） 其中C1，C2为与烧结有关的常数。3.  固相烧结与晶粒粗化阶段 相对上述两阶段，这一过程进行速度较慢

8、，主要发生固相颗粒的接触平直化和晶粒长大现象形成的刚性骨架阻碍致密化，非接触区则发生球化现象（液相数量较少）。拓扑结构要求由溶解-再过程造成的晶粒长大现象Ostwald熟化，扩散控制的无限固溶体的LPS， 晶粒长大方程G3—Go3=界面反应控制的无限固溶体的LPS， 晶粒长大方程G2—Go2=K2t，Go为初始晶粒尺寸，超细晶粒米晶YG合金WC晶粒尺寸的控制，阻止WC晶粒在烧结过程中的粗化WC晶粒长大机制（出现液