影響燒結(jié)因素

1、影響燒結(jié)因素 延長燒結(jié)時間一般都會不同程度地促使燒延長燒結(jié)時間一般都會不同程度地促使燒結(jié)完成，但對粘性流動機理的燒結(jié)較為明顯，結(jié)完成，但對粘性流動機理的燒結(jié)較為明顯，而對體積擴散和表面擴散機理影響較小。然而對體積擴散和表面擴散機理影響較小。然而在燒結(jié)后期，不合理地延長燒結(jié)時間，有而在燒結(jié)后期，不合理地延長燒結(jié)時間，有時會加劇二次再結(jié)晶作用，反而得不到充分時會加劇二次再結(jié)晶作用，反而得不到充分致密的制品。致密的制品。 減少物料顆粒度則總表面能增大因而會有減少物料顆粒度則總表面能增大因而會有效加速燒結(jié)，這對于擴散和蒸發(fā)一冷凝機理效加速燒結(jié)，這對于擴散和蒸發(fā)一冷凝機理更為突出。更為突出。 但是，在實

2、際燒結(jié)過程中，除了上述這些直但是，在實際燒結(jié)過程中，除了上述這些直接因素外，尚有許多間接的因素，例如通過接因素外，尚有許多間接的因素，例如通過控制物料的晶體結(jié)構(gòu)、晶界、粒界、顆粒堆控制物料的晶體結(jié)構(gòu)、晶界、粒界、顆粒堆積狀況和燒結(jié)氣氛以及引入微量添加物等，積狀況和燒結(jié)氣氛以及引入微量添加物等，以改變燒結(jié)條件和物料活性，同樣可以有效以改變燒結(jié)條件和物料活性，同樣可以有效地影響燒結(jié)速度。地影響燒結(jié)速度。 一、物料活性的影響一、物料活性的影響燒結(jié)是基于在表面張力作用下的物質(zhì)遷移燒結(jié)是基于在表面張力作用下的物質(zhì)遷移而實現(xiàn)的。因此可以通過降低物料粒度來而實現(xiàn)的。因此可以通過降低物料粒度來提高活性，但單純

3、依靠機械粉碎來提物料提高活性，但單純依靠機械粉碎來提物料分散度是有限度的，并且能量消耗也多。分散度是有限度的，并且能量消耗也多。于是開始發(fā)展用化學方法來提高物料活性于是開始發(fā)展用化學方法來提高物料活性和加速燒結(jié)的工藝，即活性燒結(jié)。和加速燒結(jié)的工藝，即活性燒結(jié)?；钚匝趸锿ǔＪ怯闷湎鄳柠}類熱分解制活性氧化物通常是用其相應的鹽類熱分解制成的。實踐表明，采用不同形式的母鹽以及成的。實踐表明，采用不同形式的母鹽以及熱分解條件，對所得氧化物活性有著重影響。熱分解條件，對所得氧化物活性有著重影響。因此，合理選擇分解溫度很重要，一般說來對因此，合理選擇分解溫度很重要，一般說來對于給定的物料有著一個最適宜的

4、熱分解溫度。于給定的物料有著一個最適宜的熱分解溫度。溫度過高會使結(jié)晶度增高、粒徑變大、比表面溫度過高會使結(jié)晶度增高、粒徑變大、比表面活性下降；溫度過低則可能因殘留有未分解的活性下降；溫度過低則可能因殘留有未分解的母鹽而妨礙顆粒的緊密充填和燒結(jié)。母鹽而妨礙顆粒的緊密充填和燒結(jié)。 二、添加物的影響二、添加物的影響 實踐證明，少量添加物常會明顯地改變燒實踐證明，少量添加物常會明顯地改變燒結(jié)速度，但對其作用機理的了解還是不充分結(jié)速度，但對其作用機理的了解還是不充分的。許多試驗表明，以下的作用是可能的。的。許多試驗表明，以下的作用是可能的。 (一一)與燒結(jié)物形成固溶體與燒結(jié)物形成固溶體當添加物能與燒結(jié)物

5、形成固溶體時，將使晶當添加物能與燒結(jié)物形成固溶體時，將使晶格畸變而得到活化。故可降低燒結(jié)溫度，使格畸變而得到活化。故可降低燒結(jié)溫度，使擴散和燒結(jié)速度增大，這對于形成缺位型或擴散和燒結(jié)速度增大，這對于形成缺位型或間隙型固溶體尤為強烈。間隙型固溶體尤為強烈。 例如在例如在Al2O3燒結(jié)中，通常加入少量燒結(jié)中，通常加入少量Cr2O3或或TiO2促進燒結(jié)，就是因為促進燒結(jié)，就是因為Cr2O3與與Al2O3中正離中正離子半徑相近，能形成連續(xù)固溶體之故。當加入子半徑相近，能形成連續(xù)固溶體之故。當加入TiO2時促進燒結(jié)溫度可以更低，因為除了時促進燒結(jié)溫度可以更低，因為除了Ti4+離子與離子與Cr3+大小相同

6、，能與大小相同，能與Al2O3固溶外，還固溶外，還由于由于Ti4+離子與離子與Al3+電價不同，置換后將伴隨電價不同，置換后將伴隨有正離子空位產(chǎn)生，而且在高溫下有正離子空位產(chǎn)生，而且在高溫下Ti4+可能轉(zhuǎn)可能轉(zhuǎn)變成半徑較大的變成半徑較大的Ti3+從而加劇晶格畸變，使活從而加劇晶格畸變，使活性更高；故能更有效地促進燒結(jié)。性更高；故能更有效地促進燒結(jié)。 圖圖15 添加添加TiO2對對Al2O3燒結(jié)時的擴散系數(shù)的影響燒結(jié)時的擴散系數(shù)的影響相對燒結(jié)過程的擴散系數(shù)相對燒結(jié)過程的擴散系數(shù) (二二)阻止晶型轉(zhuǎn)變阻止晶型轉(zhuǎn)變 有些氧化物在燒結(jié)時發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變并伴有較大有些氧化物在燒結(jié)時發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變并伴有較大體積

7、效應，這就會使燒結(jié)致密化發(fā)生困難，并容體積效應，這就會使燒結(jié)致密化發(fā)生困難，并容易引起坯體開裂；這肘若能選用適宜的掭加物加易引起坯體開裂；這肘若能選用適宜的掭加物加以抑制，即可促進燒結(jié)。以抑制，即可促進燒結(jié)。(三三)抑制晶粒長大抑制晶粒長大 由于燒結(jié)后期晶粒長大，對燒結(jié)致密化有重要由于燒結(jié)后期晶粒長大，對燒結(jié)致密化有重要柞用；但若二次再結(jié)晶或間斷性晶粒長大過快，柞用；但若二次再結(jié)晶或間斷性晶粒長大過快，又會因晶粒變粗、晶界變寬而出現(xiàn)反致密化現(xiàn)象又會因晶粒變粗、晶界變寬而出現(xiàn)反致密化現(xiàn)象并影響制品的顯微結(jié)構(gòu)。這時，可通過加入能抑并影響制品的顯微結(jié)構(gòu)。這時，可通過加入能抑制晶粒異常長為的添加物來促

8、進致密化進程。制晶粒異常長為的添加物來促進致密化進程。 但應指出，由于晶粒成長與燒結(jié)的關(guān)系較為復但應指出，由于晶粒成長與燒結(jié)的關(guān)系較為復雜，正常的晶粒長大是有益的，要抑制的只是二雜，正常的晶粒長大是有益的，要抑制的只是二次再結(jié)晶引起的異常晶粒長大；因此并不是能抑次再結(jié)晶引起的異常晶粒長大；因此并不是能抑制晶粒長大的添加物都會有助于燒結(jié)。制晶粒長大的添加物都會有助于燒結(jié)。 (四四)產(chǎn)生液相產(chǎn)生液相 已經(jīng)指出，燒結(jié)時若有適當?shù)囊合啵鶗笠呀?jīng)指出，燒結(jié)時若有適當?shù)囊合?，往往會大大促進顆粒重排和傳質(zhì)過程。添加物的另一作用大促進顆粒重排和傳質(zhì)過程。添加物的另一作用機理，就在于能在較低溫度下產(chǎn)生液相以

9、促進燒機理，就在于能在較低溫度下產(chǎn)生液相以促進燒結(jié)。液相的出現(xiàn)，可能是添加物本身熔點較低；結(jié)。液相的出現(xiàn)，可能是添加物本身熔點較低；也可能與燒結(jié)物形成多元低共熔物。也可能與燒結(jié)物形成多元低共熔物。 但值得指出；能促進產(chǎn)生液相的添加物。并不但值得指出；能促進產(chǎn)生液相的添加物。并不都會促進燒結(jié)。例如對都會促進燒結(jié)。例如對Al2O3，即使是少量堿金屬，即使是少量堿金屬氧化物也會嚴重阻礙其燒結(jié)。這方面的機理尚不氧化物也會嚴重阻礙其燒結(jié)。這方面的機理尚不清楚。此外，尚應考慮到液相對制品的顯微結(jié)構(gòu)清楚。此外，尚應考慮到液相對制品的顯微結(jié)構(gòu)及性能的可能影響。因此，合理選樣添加物常是及性能的可能影響。因此，合

10、理選樣添加物常是個重要的課題。個重要的課題。三、氣氛的影響三、氣氛的影響 實際生產(chǎn)中?？梢袁F(xiàn)，有些物料的燒結(jié)過程對實際生產(chǎn)中?？梢袁F(xiàn)，有些物料的燒結(jié)過程對氣體介質(zhì)十分敏感。氣氛不僅影響物料本身的燒氣體介質(zhì)十分敏感。氣氛不僅影響物料本身的燒結(jié)結(jié),也會影響各添加物的效果。為此常需進行相應也會影響各添加物的效果。為此常需進行相應的氣氛控制。的氣氛控制。 氣氛對燒結(jié)的影響是復雜的。同一種氣體介質(zhì)氣氛對燒結(jié)的影響是復雜的。同一種氣體介質(zhì)對于不同物料的燒結(jié)，往往表現(xiàn)出不同的甚至相對于不同物料的燒結(jié)，往往表現(xiàn)出不同的甚至相反的效果，然而就作用機理而言，不外乎是物理反的效果，然而就作用機理而言，不外乎是物理的

11、和化學的兩方面的作用。的和化學的兩方面的作用。 (一一)物理作用物理作用 在燒結(jié)后期，坯體中孤立閉氣孔逐漸縮小，在燒結(jié)后期，坯體中孤立閉氣孔逐漸縮小，壓力增大，逐步抵消了作為燒結(jié)推動力的表而壓力增大，逐步抵消了作為燒結(jié)推動力的表而張力作用，燒結(jié)趨于緩慢，使得在通常條件下張力作用，燒結(jié)趨于緩慢，使得在通常條件下難于達到完全燒結(jié)。這時繼續(xù)致密比除了由氣難于達到完全燒結(jié)。這時繼續(xù)致密比除了由氣孔表面過?？瘴坏臄U散外，閉氣孔中的氣體在孔表面過剩空位的擴散外，閉氣孔中的氣體在固體中的溶解和擴散等過程起著重要怍用。固體中的溶解和擴散等過程起著重要怍用。(二二)化學作用化學作用 主要表現(xiàn)在氣體介質(zhì)與燒結(jié)物之

12、間的化學反主要表現(xiàn)在氣體介質(zhì)與燒結(jié)物之間的化學反應。在氧氣氣氛中，由于氧被燒結(jié)物表面吸附應。在氧氣氣氛中，由于氧被燒結(jié)物表面吸附或發(fā)生化學作用，使晶體表面形成正離子缺位或發(fā)生化學作用，使晶體表面形成正離子缺位型的非化學計量化合物，正離子空位增加，擴型的非化學計量化合物，正離子空位增加，擴散和燒結(jié)被加速，同時使閉氣孔中的氧可能直散和燒結(jié)被加速，同時使閉氣孔中的氧可能直接進入晶格，并和接進入晶格，并和O2空位一樣沿表面進行擴空位一樣沿表面進行擴散。故凡是正離子擴散起控制作用的燒結(jié)過程，散。故凡是正離子擴散起控制作用的燒結(jié)過程，氧氣氛和氧分壓較高是有利的。氧氣氛和氧分壓較高是有利的。 值得指出，有關(guān)

13、氧化、還原氣氛對燒結(jié)影響的值得指出，有關(guān)氧化、還原氣氛對燒結(jié)影響的實驗資料，常會出現(xiàn)差異和矛盾。這通常是因為實驗資料，常會出現(xiàn)差異和矛盾。這通常是因為實驗條件不同，控制燒結(jié)速度的擴散質(zhì)點種類不實驗條件不同，控制燒結(jié)速度的擴散質(zhì)點種類不同所引起。當燒結(jié)由正離子擴散控制時，氧化氣同所引起。當燒結(jié)由正離子擴散控制時，氧化氣氛有利于正離子空位形成；對負離子擴散控制時，氛有利于正離子空位形成；對負離子擴散控制時，還原氣氛或較低的氧分壓將導致還原氣氛或較低的氧分壓將導致O2離子空位產(chǎn)離子空位產(chǎn)生并促進燒結(jié)。生并促進燒結(jié)。 但是氣氛的作用有時綜合而更為復雜的。但是氣氛的作用有時綜合而更為復雜的。 對于對于BeO情況正好相反，水蒸氣對情況正好相反，水蒸氣對BeO燒結(jié)是燒結(jié)是十分有害的。因為十分有害的。因為BeO燒結(jié)主要按蒸發(fā)燒結(jié)主要按蒸發(fā)-冷凝機理冷凝機理進行的，水蒸氣的存在會抑制進行的，水蒸氣的存在會抑制BeO的升華作用的升華作用BeO(s)+H2O(g) Be(OH)2(g)，后者較為穩(wěn)定。，后者較為穩(wěn)定。 此外，工藝上為了兼顧燒結(jié)性和制品性能，此外，工藝上為了兼顧燒結(jié)性和制品性能，有時尚需在不同燒結(jié)階段控制不同氣氛。有時尚需在不同燒結(jié)階段控制不同氣氛。 四、壓力的影響四、壓力的影響 外壓對燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：生坯外壓對燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)在兩個方面