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      陶瓷固相燒結介紹

      固相燒結在燒結過程中沒有液相的形成,陶瓷坯體致密化主要是通過蒸發和凝聚、擴散傳質等傳質方式實現!
              單一陶瓷粉體的燒結常常屬于典型的固相燒結,即在燒結過程中沒有液相的形成,陶瓷坯體致密化主要是通過蒸發和凝聚、擴散傳質等傳質方式實現的。
              蒸發一凝聚的傳質方式一般僅僅在高溫下蒸氣壓較大的系統內進行,如氧化鋯、氧化鈹和氧化鐵的燒結,燒結體中顆粒的頸部增長只在開始時比較顯著,隨著燒結的進行,頸部增長很快就停止了。因此對這類傳質過程用延長燒結時間不能達到促進燒結的效果。從工藝控制角度考慮,兩個重要的變量是原始粉料起始粒度和燒結溫度。粉末的起始粒度愈小,燒結速率愈大。由于飽和蒸氣壓隨溫度而呈指數地增加,因而提高溫度對燒結有利。蒸發一凝聚的傳質方式需要產生足夠高的蒸氣壓,一般陶瓷材料在燒結溫度附近往往滿足不了這一要求,因此單純通過蒸發一凝聚的傳質方式實現陶瓷制品的燒結并不多見。



              對于進行固相燒結的陶瓷材料,由于高溫下蒸氣壓低,此時往往固體內擴散傳質的方式更為重要。擴散傳質的推動力是作用在陶瓷顆粒頸部的張應力。由于顆粒頸部及接觸區域作用力的不同(頸部為張應力,接觸區域為壓應力.導致顆粒中空位的濃度在不同的區域產生差異,一般是頸部的空位濃度最大,顆粒內部次之,顆粒接觸部位則最小。這樣空位便從頸部向接觸部位傳輸。固體質點的擴散方向與空位的擴散是相反的,從而實現質點向頷部擴散、逐步排除氣孔的致密化過程。對以擴散傳質為主的固相燒結,從工藝角度考慮需要控制的主要變量如下。
          ①燒結時間。擴散傳質的致密化速率隨時間增長而穩定下降,并產生一個明顯的終點密度。從擴散傳質機理可知,隨頸部擴大,曲率半徑增大,傳質的推動力——空位濃度差逐漸減小。因此以擴散傳質為主要傳質手段的燒結,用延長燒結時間來達到坯體致密化的目的是不妥當的,對這一類燒結宜采用較短的保溫時間。
          ②原料的起始粒度。大顆粒原料在很長時間內也不能充分燒結,而小顆粒原料在同樣時間內致密化速率很高。
          ③溫度對燒結過程有決定性的作用。升高溫度,固相擴散系數明顯增大,將會加快燒結。

              固相燒結雖然可以實現先進陶瓷成型坯體的燒結,但是如上所述,燒結體中總是存在一定的孔隙率,無法獲得完全致密或接近完全致密的燒結體,因此固相燒結的方式在陶瓷燒結中并不常見。事實上,由于實際陶瓷粉體中含有少量雜質,或者高溫下出現的“接觸”熔融現象,大多數陶瓷坯體在燒結過程中都會或多或少地出現液相。因此,純粹的固相燒結不易實現,取而代之的是液相燒結在先進陶瓷材料的制造過程中應用廣泛。


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      本文“陶瓷固相燒結介紹”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2015-03-21 23:27:48
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