影響燒結(jié)因素

1、影響燒結(jié)因素 延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間一般都會(huì)不同程度地促使燒延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間一般都會(huì)不同程度地促使燒結(jié)完成，但對(duì)粘性流動(dòng)機(jī)理的燒結(jié)較為明顯，結(jié)完成，但對(duì)粘性流動(dòng)機(jī)理的燒結(jié)較為明顯，而對(duì)體積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散機(jī)理影響較小。然而對(duì)體積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散機(jī)理影響較小。然而在燒結(jié)后期，不合理地延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間，有而在燒結(jié)后期，不合理地延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間，有時(shí)會(huì)加劇二次再結(jié)晶作用，反而得不到充分時(shí)會(huì)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(huì)有減少物料顆粒度則總表面能增大因而會(huì)有效加速燒結(jié)，這對(duì)于擴(kuò)散和蒸發(fā)一冷凝機(jī)理效加速燒結(jié)，這對(duì)于擴(kuò)散和蒸發(fā)一冷凝機(jī)理更為突出。更為突出。 但是，在實(shí)

2、際燒結(jié)過程中，除了上述這些直但是，在實(shí)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(shí)現(xiàn)的。因此可以通過降低物料粒度來而實(shí)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(jī)械粉碎來提物料提高活性，但單純依靠機(jī)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(xué)方法來提高物料活性于是開始發(fā)展用化學(xué)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)。活性氧化物通常是用其相應(yīng)的鹽類熱分解制活性氧化物通常是用其相應(yīng)的鹽類熱分解制成的。實(shí)踐表明，采用不同形式的母鹽以及成的。實(shí)踐表明，采用不同形式的母鹽以及熱分解條件，對(duì)所得氧化物活性有著重影響。熱分解條件，對(duì)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(duì)因此，合理選擇分解溫度很重要，一般說來對(duì)于給定的物料有著一個(gè)最適宜的

4、熱分解溫度。于給定的物料有著一個(gè)最適宜的熱分解溫度。溫度過高會(huì)使結(jié)晶度增高、粒徑變大、比表面溫度過高會(huì)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(shí)踐證明，少量添加物常會(huì)明顯地改變燒實(shí)踐證明，少量添加物常會(huì)明顯地改變燒結(jié)速度，但對(duì)其作用機(jī)理的了解還是不充分結(jié)速度，但對(duì)其作用機(jī)理的了解還是不充分的。許多試驗(yàn)表明，以下的作用是可能的。的。許多試驗(yàn)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(dāng)添加物能與燒結(jié)物

5、形成固溶體時(shí)，將使晶當(dāng)添加物能與燒結(jié)物形成固溶體時(shí)，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(kuò)散和燒結(jié)速度增大，這對(duì)于形成缺位型或擴(kuò)散和燒結(jié)速度增大，這對(duì)于形成缺位型或間隙型固溶體尤為強(qiáng)烈。間隙型固溶體尤為強(qiáng)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(jìn)燒結(jié)，就是因?yàn)榇龠M(jìn)燒結(jié)，就是因?yàn)镃r2O3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(dāng)加入子半徑相近，能形成連續(xù)固溶體之故。當(dāng)加入TiO2時(shí)促進(jìn)燒結(jié)溫度可以更低，因?yàn)槌藭r(shí)促進(jìn)燒結(jié)溫度可以更低，因?yàn)槌薚i4+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(jià)不同，置換后將伴隨電價(jià)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(jìn)燒結(jié)。性更高；故能更有效地促進(jìn)燒結(jié)。 圖圖15 添加添加TiO2對(duì)對(duì)Al2O3燒結(jié)時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)的影響燒結(jié)時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)的影響相對(duì)燒結(jié)過程的擴(kuò)散系數(shù)相對(duì)燒結(jié)過程的擴(kuò)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(shí)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變并伴有較大有些氧化物在燒結(jié)時(shí)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變并伴有較大體積

7、效應(yīng)，這就會(huì)使燒結(jié)致密化發(fā)生困難，并容體積效應(yīng)，這就會(huì)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(jìn)燒結(jié)。以抑制，即可促進(jìn)燒結(jié)。(三三)抑制晶粒長(zhǎng)大抑制晶粒長(zhǎng)大 由于燒結(jié)后期晶粒長(zhǎng)大，對(duì)燒結(jié)致密化有重要由于燒結(jié)后期晶粒長(zhǎng)大，對(duì)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(zhǎng)大過快，柞用；但若二次再結(jié)晶或間斷性晶粒長(zhǎng)大過快，又會(huì)因晶粒變粗、晶界變寬而出現(xiàn)反致密化現(xiàn)象又會(huì)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(shí)，可通過加入能抑并影響制品的顯微結(jié)構(gòu)。這時(shí)，可通過加入能抑制晶粒異常長(zhǎng)為的添加物來促

8、進(jìn)致密化進(jìn)程。制晶粒異常長(zhǎng)為的添加物來促進(jìn)致密化進(jìn)程。 但應(yīng)指出，由于晶粒成長(zhǎng)與燒結(jié)的關(guān)系較為復(fù)但應(yīng)指出，由于晶粒成長(zhǎng)與燒結(jié)的關(guān)系較為復(fù)雜，正常的晶粒長(zhǎng)大是有益的，要抑制的只是二雜，正常的晶粒長(zhǎng)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(zhǎng)大；因此并不是能抑次再結(jié)晶引起的異常晶粒長(zhǎng)大；因此并不是能抑制晶粒長(zhǎng)大的添加物都會(huì)有助于燒結(jié)。制晶粒長(zhǎng)大的添加物都會(huì)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(shí)若有適當(dāng)?shù)囊合?，往往?huì)大已經(jīng)指出，燒結(jié)時(shí)若有適當(dāng)?shù)囊合?，往往?huì)大大促進(jìn)顆粒重排和傳質(zhì)過程。添加物的另一作用大促進(jìn)顆粒重排和傳質(zhì)過程。添加物的另一作用機(jī)理，就在于能在較低溫度下產(chǎn)生液相以

9、促進(jìn)燒機(jī)理，就在于能在較低溫度下產(chǎn)生液相以促進(jìn)燒結(jié)。液相的出現(xiàn)，可能是添加物本身熔點(diǎn)較低；結(jié)。液相的出現(xiàn)，可能是添加物本身熔點(diǎn)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(jìn)產(chǎn)生液相的添加物。并不但值得指出；能促進(jìn)產(chǎn)生液相的添加物。并不都會(huì)促進(jìn)燒結(jié)。例如對(duì)都會(huì)促進(jìn)燒結(jié)。例如對(duì)Al2O3，即使是少量堿金屬，即使是少量堿金屬氧化物也會(huì)嚴(yán)重阻礙其燒結(jié)。這方面的機(jī)理尚不氧化物也會(huì)嚴(yán)重阻礙其燒結(jié)。這方面的機(jī)理尚不清楚。此外，尚應(yīng)考慮到液相對(duì)制品的顯微結(jié)構(gòu)清楚。此外，尚應(yīng)考慮到液相對(duì)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(gè)重要的課題。個(gè)重要的課題。三、氣氛的影響三、氣氛的影響 實(shí)際生產(chǎn)中?？梢袁F(xiàn)，有些物料的燒結(jié)過程對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中?？梢袁F(xiàn)，有些物料的燒結(jié)過程對(duì)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(huì)影響各添加物的效果。為此常需進(jìn)行相應(yīng)也會(huì)影響各添加物的效果。為此常需進(jìn)行相應(yīng)的氣氛控制。的氣氛控制。 氣氛對(duì)燒結(jié)的影響是復(fù)雜的。同一種氣體介質(zhì)氣氛對(duì)燒結(jié)的影響是復(fù)雜的。同一種氣體介質(zhì)對(duì)于不同物料的燒結(jié)，往往表現(xiàn)出不同的甚至相對(duì)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(jī)理而言，不外乎是物理反的效果，然而就作用機(jī)理而言，不外乎是物理的

11、和化學(xué)的兩方面的作用。的和化學(xué)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(dòng)力的表而壓力增大，逐步抵消了作為燒結(jié)推動(dòng)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(dá)到完全燒結(jié)。這時(shí)繼續(xù)致密比除了由氣難于達(dá)到完全燒結(jié)。這時(shí)繼續(xù)致密比除了由氣孔表面過?？瘴坏臄U(kuò)散外，閉氣孔中的氣體在孔表面過?？瘴坏臄U(kuò)散外，閉氣孔中的氣體在固體中的溶解和擴(kuò)散等過程起著重要怍用。固體中的溶解和擴(kuò)散等過程起著重要怍用。(二二)化學(xué)作用化學(xué)作用 主要表現(xiàn)在氣體介質(zhì)與燒結(jié)物之

12、間的化學(xué)反主要表現(xiàn)在氣體介質(zhì)與燒結(jié)物之間的化學(xué)反應(yīng)。在氧氣氣氛中，由于氧被燒結(jié)物表面吸附應(yīng)。在氧氣氣氛中，由于氧被燒結(jié)物表面吸附或發(fā)生化學(xué)作用，使晶體表面形成正離子缺位或發(fā)生化學(xué)作用，使晶體表面形成正離子缺位型的非化學(xué)計(jì)量化合物，正離子空位增加，擴(kuò)型的非化學(xué)計(jì)量化合物，正離子空位增加，擴(kuò)散和燒結(jié)被加速，同時(shí)使閉氣孔中的氧可能直散和燒結(jié)被加速，同時(shí)使閉氣孔中的氧可能直接進(jìn)入晶格，并和接進(jìn)入晶格，并和O2空位一樣沿表面進(jìn)行擴(kuò)空位一樣沿表面進(jìn)行擴(kuò)散。故凡是正離子擴(kuò)散起控制作用的燒結(jié)過程，散。故凡是正離子擴(kuò)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(duì)燒結(jié)影響的值得指出，有關(guān)氧化、還原氣氛對(duì)燒結(jié)影響的實(shí)驗(yàn)資料，常會(huì)出現(xiàn)差異和矛盾。這通常是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)資料，常會(huì)出現(xiàn)差異和矛盾。這通常是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件不同，控制燒結(jié)速度的擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)種類不實(shí)驗(yàn)條件不同，控制燒結(jié)速度的擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)種類不同所引起。當(dāng)燒結(jié)由正離子擴(kuò)散控制時(shí)，氧化氣同所引起。當(dāng)燒結(jié)由正離子擴(kuò)散控制時(shí)，氧化氣氛有利于正離子空位形成；對(duì)負(fù)離子擴(kuò)散控制時(shí)，氛有利于正離子空位形成；對(duì)負(fù)離子擴(kuò)散控制時(shí)，還原氣氛或較低的氧分壓將導(dǎo)致還原氣氛或較低的氧分壓將導(dǎo)致O2離子空位產(chǎn)離子空位產(chǎn)生并促進(jìn)燒結(jié)。生并促進(jìn)燒結(jié)。 但是氣氛的作用有時(shí)綜合而更為復(fù)雜的。但是氣氛的作用有時(shí)綜合而更為復(fù)雜的。 對(duì)于對(duì)于BeO情況正好相反，水蒸氣對(duì)情況正好相反，水蒸氣對(duì)BeO燒結(jié)是燒結(jié)是十分有害的。因?yàn)槭钟泻Φ?。因?yàn)锽eO燒結(jié)主要按蒸發(fā)燒結(jié)主要按蒸發(fā)-冷凝機(jī)理冷凝機(jī)理進(jìn)行的，水蒸氣的存在會(huì)抑制進(jìn)行的，水蒸氣的存在會(huì)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(shí)尚需在不同燒結(jié)階段控制不同氣氛。有時(shí)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(duì)燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：生坯外壓對(duì)燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面