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烧结炉的烧结动力
2023-08-18

烧结 sintering 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和再结晶的过程,烧结是粉末冶金、陶瓷、耐火材料等的一种重要的工艺过程。目的是把粉状物料转变成产品致死体,起是微结构由品体,玻理体和气子,组成,烧结过程当接影响显微结构中晶粒尺寸和分布,气子尺寸和分布以及晶体体积分数等参数,目前常用品界能vGB 和表面能vs 之比值来衡里烧结的难易程度,其值越小越容易烧结。


例如氧化铝的表面能约为 1J/m2,而晶界能为0.4J/m2,两者相差较大,比较容易烧结。一些共价材料如SI3N4、SIC、AIN等,它们的比值较高,烧结驱动力小而不易烧结。由于烧结过程中出现体积收缩,致密度提高和强度增加,因此烧结程度可以用坯体收缩率,气孔率,吸水率或烧结体密与理论密度之比(相对密度)等指标来衡量烧结动力学 kinetics of sintering 主要研究烧结过程中各种量之间的动力学关系。由于烧结机理的复杂性,迄今没有一个普遍适用的动力学关系,现仅从各种烧结机理出发提出模型,分别建立动力学方程,将粉体颗粒简化为等径球体,这些球体在成型体中趋于紧密排列。随着烧结的进行,等径球体的接触点处开始形成颈部并逐渐扩大。


通常采用两个等径球或球与平面作为模型,从一个接触点的颈部生长谏度来近似描述整个成型体的烧结动力学关系,可用收缩率或密度值来度里烧结程度。对于双球模型而言,烧结收缩是随着部长大,双球间距离缩短引起的,这时的物质迁移等于颈部的体积增长,据此可以分别推导出各种传质机理的动力学方程。但以上程型对于烧结初期一股是适用的,随着烧结的继续,球形预粒将会变形,因此在烧结中后期应采取其它形式的模型。


烧结驱动力 driving force of sinterina 烧结过程中推动物质传递和迁移从而实现致密化过程的动力,主要由颗粒的表面能提供。在成体中,粉末颗粒尺寸很小,具有较高的表面能,颗粒间接触面积也很小,伴随有大量的气一固表面,总表面积很大且处于较高的能量状态,在烧结过程中将自发的向最低能量状态变化,原来的气-固界面逐渐生成能量较低的固-固界面。系统表面能的降低是推动烧结进行的基本动力。具体表现为表面张力通过流动、扩散和液相或气相传递等方式推动物质迁移,过程中自有能下降表面能下降的形式来表现,烧结驱动力的大小由表面张力和颗粒大小、凹凸等因素决定。例如,一定温度下表面张力对不同曲率半径的弯曲表面上蒸气压的影响可由 In P/PO=Mv/Drt[(1/y1)+((1/y2)]来计算,其中y1、y2为曲面的二曲率半径,PO为平面处的蒸气压,P为所计算曲面的热气压,v为表面张力,M、d.T、R 分别为分子量,密度,绝对温度和气体常数。


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