液相燒結(jié)（課堂PPT）

1、1第三節(jié)第三節(jié) 液相參與的燒結(jié)液相參與的燒結(jié)2液相燒結(jié)：v凡有液相參加的燒結(jié)過程稱為液相燒結(jié)。凡有液相參加的燒結(jié)過程稱為液相燒結(jié)。v液相燒結(jié)與固相燒結(jié)的異同點(diǎn)：液相燒結(jié)與固相燒結(jié)的異同點(diǎn)：v相同點(diǎn)：相同點(diǎn)：燒結(jié)的推動(dòng)力都是燒結(jié)的推動(dòng)力都是表面能表面能，燒結(jié)過程，燒結(jié)過程都是由都是由顆粒重排、氣孔充填和晶粒生長(zhǎng)顆粒重排、氣孔充填和晶粒生長(zhǎng)等階段等階段組成組成v不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：由于流動(dòng)傳質(zhì)比擴(kuò)散傳質(zhì)快，因而液由于流動(dòng)傳質(zhì)比擴(kuò)散傳質(zhì)快，因而液相燒結(jié)相燒結(jié)致密化速率高致密化速率高，可使坯體在比固態(tài)燒結(jié)，可使坯體在比固態(tài)燒結(jié)溫度低得多溫度低得多的情況下獲得致密的燒結(jié)體；影響的情況下獲得致密的燒結(jié)體；影響

2、液相燒結(jié)的因素比固相燒結(jié)更為復(fù)雜，為定量液相燒結(jié)的因素比固相燒結(jié)更為復(fù)雜，為定量研究帶來困難。研究帶來困難。3液相燒結(jié)的類型：據(jù)液相數(shù)量與性液相燒結(jié)的類型：據(jù)液相數(shù)量與性質(zhì)可分為兩類三種情況：質(zhì)可分為兩類三種情況：類類型型條件條件液相數(shù)量液相數(shù)量燒結(jié)模型燒結(jié)模型傳質(zhì)方式傳質(zhì)方式Q QLS LS 9090C=0C=00.010.5mol%0.010.5mol%雙球雙球擴(kuò)散擴(kuò)散Q QLS LS 900C0多多LSWLSW* * * * 表表9-1 9-1 液相燒結(jié)類型液相燒結(jié)類型4一. 流動(dòng)傳質(zhì)： 1. 1. 粘性流動(dòng)：粘性流動(dòng)：機(jī)理機(jī)理( (原因原因) )：由于高溫下粘性液體由于高溫下粘性液體(

3、 (熔融體熔融體) )出現(xiàn)牛頓型流動(dòng)而出現(xiàn)牛頓型流動(dòng)而產(chǎn)生的傳質(zhì)稱為產(chǎn)生的傳質(zhì)稱為粘性流動(dòng)傳質(zhì)粘性流動(dòng)傳質(zhì)( (或粘性蠕變傳質(zhì)或粘性蠕變傳質(zhì)) )。在固態(tài)燒結(jié)中，晶體內(nèi)的晶格空位在應(yīng)力作用下，在固態(tài)燒結(jié)中，晶體內(nèi)的晶格空位在應(yīng)力作用下，由空位的定向流動(dòng)引起的形變稱為由空位的定向流動(dòng)引起的形變稱為粘性蠕變粘性蠕變粘性蠕變與擴(kuò)散傳質(zhì)的區(qū)別粘性蠕變與擴(kuò)散傳質(zhì)的區(qū)別：粘性蠕變是在應(yīng)力：粘性蠕變是在應(yīng)力作用下，整排原子沿著應(yīng)力方向移動(dòng)，而擴(kuò)散傳作用下，整排原子沿著應(yīng)力方向移動(dòng)，而擴(kuò)散傳質(zhì)僅是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的遷移質(zhì)僅是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的遷移5v粘性蠕變通過粘度系數(shù)粘性蠕變通過粘度系數(shù)()()把粘性蠕變速率把粘性蠕變速率

4、()()與應(yīng)力與應(yīng)力()()聯(lián)系起來聯(lián)系起來 ， 又又v粘性蠕變產(chǎn)生區(qū)域：粘性蠕變產(chǎn)生區(qū)域：晶界區(qū)域、位錯(cuò)區(qū)域晶界區(qū)域、位錯(cuò)區(qū)域2*288KTdDDKTd6動(dòng)力學(xué)關(guān)系：動(dòng)力學(xué)關(guān)系：v燒結(jié)模型：雙球模型燒結(jié)模型：雙球模型( (中心距縮短中心距縮短) )v頸部增長(zhǎng)公式：頸部增長(zhǎng)公式：v體收縮：體收縮： v麥肯基導(dǎo)出適合粘性流動(dòng)傳質(zhì)全過程的燒結(jié)速率公麥肯基導(dǎo)出適合粘性流動(dòng)傳質(zhì)全過程的燒結(jié)速率公式：式：相對(duì)密度，即體積密度相對(duì)密度，即體積密度d/d/理論密度理論密度d d0 0v決定燒結(jié)速率的三個(gè)主要參數(shù)：顆粒起始粒徑?jīng)Q定燒結(jié)速率的三個(gè)主要參數(shù)：顆粒起始粒徑r r、粘度粘度、表面張力。、表面張力。21

5、2121)23(trrxtrLLVV493)1 (23rdtd7 2. 2. 塑性流動(dòng)塑性流動(dòng)當(dāng)坯體中液相含量很少時(shí)，高溫下流動(dòng)傳當(dāng)坯體中液相含量很少時(shí)，高溫下流動(dòng)傳質(zhì)不能看成是純牛頓型流動(dòng)，而是塑性流質(zhì)不能看成是純牛頓型流動(dòng)，而是塑性流動(dòng)動(dòng)在固態(tài)燒結(jié)中也存在塑性流動(dòng)在固態(tài)燒結(jié)中也存在塑性流動(dòng)8二. 溶解-沉淀傳質(zhì)v1. 條件：條件：顯著的液相量顯著的液相量固相在液相內(nèi)有顯著的可溶性固相在液相內(nèi)有顯著的可溶性液相潤(rùn)濕固相液相潤(rùn)濕固相v2. 原因原因(推動(dòng)力推動(dòng)力)：顆粒的表面能，表現(xiàn)：顆粒的表面能，表現(xiàn)為毛細(xì)管力為毛細(xì)管力v3. 過程：顆粒重排和溶解沉淀傳質(zhì)過程：顆粒重排和溶解沉淀傳質(zhì)9v顆粒

6、重排：顆粒重排：顆粒在毛細(xì)管力作用下，通過顆粒在毛細(xì)管力作用下，通過粘性流動(dòng)粘性流動(dòng)或在一或在一些顆粒間接觸點(diǎn)上由于些顆粒間接觸點(diǎn)上由于局部應(yīng)力局部應(yīng)力的作用而重新的作用而重新排列，使堆積更致密。排列，使堆積更致密。致密化速率與粘性流動(dòng)相應(yīng)，線收縮與時(shí)間呈致密化速率與粘性流動(dòng)相應(yīng)，線收縮與時(shí)間呈線性關(guān)系：線性關(guān)系：坯體變化：燒結(jié)收縮率達(dá)坯體變化：燒結(jié)收縮率達(dá)60%以上以上xtLL110溶解溶解- -沉淀傳質(zhì)：沉淀傳質(zhì)：v據(jù)液相量不同分兩種情況：據(jù)液相量不同分兩種情況：1.1.顆粒在接觸點(diǎn)處溶解到自由表面上沉顆粒在接觸點(diǎn)處溶解到自由表面上沉積積2.2.小晶粒溶解至大晶粒處沉淀小晶粒溶解至大晶粒處

7、沉淀原理：由于顆粒接觸點(diǎn)處原理：由于顆粒接觸點(diǎn)處( (或小晶粒或小晶粒) )在液在液相中的溶解度大于自由表面相中的溶解度大于自由表面( (或大晶?；虼缶Я? )處處的溶解度的溶解度v線收縮：線收縮： 當(dāng)當(dāng)T T，r r一定時(shí)，一定時(shí)，3134trLL31tKLL11v4. 4. 影響因素：影響因素：v顆粒起始粒度顆粒起始粒度v粉末特性粉末特性( (溶解度、潤(rùn)濕性溶解度、潤(rùn)濕性) )v液相數(shù)量液相數(shù)量v燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度12三. 不同燒結(jié)及傳質(zhì)機(jī)理比較v1. 固相燒結(jié)與液相燒結(jié)的異同點(diǎn)： 相同點(diǎn)：v燒結(jié)的推動(dòng)力都是表面能v燒結(jié)過程都包括顆粒接觸、聚集、重排，氣孔填充、排出和晶粒生長(zhǎng)等階段 不同點(diǎn)：

8、v液相燒結(jié)比固相燒結(jié)傳質(zhì)速率高，因而液相燒結(jié)致密化速率比固相燒結(jié)快，可以在更低的溫度下使坯體燒結(jié)成致密體v液相燒結(jié)的研究比固相燒結(jié)復(fù)雜。因?yàn)橐合酂Y(jié)速率與液相量、對(duì)固相潤(rùn)濕程度及固相在液相中的溶解度等諸多因素有關(guān)。13v2.2.各種傳質(zhì)綜合比較：各種傳質(zhì)綜合比較：傳質(zhì)方式傳質(zhì)方式蒸發(fā)蒸發(fā)-凝聚凝聚擴(kuò)散擴(kuò)散流動(dòng)流動(dòng)溶解溶解-沉淀沉淀原因原因壓力差壓力差P空位濃度差空位濃度差C應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變?nèi)芙舛热芙舛菴條件條件P101Par10m 空位濃度空位濃度rf1.可觀的液相量可觀的液相量2.固相在液相中溶解固相在液相中溶解度大度大3.固固-液潤(rùn)濕液潤(rùn)濕特點(diǎn)特點(diǎn)1.凸面蒸發(fā)凸面蒸發(fā)-凹面凝聚凹面凝聚2. L/L=01.空位與結(jié)構(gòu)空位與結(jié)構(gòu)基元相對(duì)擴(kuò)散基元相對(duì)擴(kuò)散2.中心距縮短中心距縮短1.流動(dòng)同時(shí)引流動(dòng)同時(shí)引起顆粒重排起顆粒重排2. 致密致密化速率最高化速率最高1.接觸點(diǎn)溶解到平面接觸點(diǎn)溶解到平面上沉積上沉積,小晶粒處溶小晶粒處溶解到大晶粒處沉積解到大晶粒處沉積2.傳質(zhì)同時(shí)又是晶粒傳質(zhì)同時(shí)又是晶粒生長(zhǎng)過程生長(zhǎng)過程公式公式工藝控制工藝控制溫度溫度(蒸汽壓蒸汽壓)粒度粒度溫度溫度(擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù))粒度粒度粘度粘度粒度粒度粒度粒度 溫度溫度(