粉末冶金-第五章-烧结

李长青

粉末冶金

授课人：李长青单位：材料学院材料学院3楼非金属材料工程教研室电话-Mail:llchangqing@163.com成绩评定准则出勤及平时表现30％作业20％实验10％期末考试40％缺席4次及以上者,此次课成绩取消课程类别：选修课适用专业：无机非金属材料学时：30

学分：1.5

使用教材参考教材参考教材第五章烧结§5.1概述烧结?压坯或松装粉末体的强度和密度都是很低的。为了提高压坯或松装粉末体的强度，需要在适当的条件下进行热处理。这就是把压坯或松装粉末体加热到其基本组元熔点以下的温度(约0.7-0.8Tm)，并在此温度下保温，从而使粉末颗粒相互结合起来，改善其件能。这种热处理就叫做烧结。MT=meltingpoint第五章烧结§5.1概述各种类型的烧结

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础致密化参数Φ

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础烧结时间的影响

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

烧结阶段示意图

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力Young-Laplace推导

对活塞稍加压力，将毛细管内液体压出少许，使液滴体积增加dV，相应地其表面积增加dA。克服附加压力

p环境所作的功与可逆增加表面积的吉布斯自由能增加应该相等。代入得：

p

p第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：特殊式（对球面）：根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是指向球面的球心。一般式：第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结的两球模型

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结颈曲面下的空位溶度分布

第五章烧结§5.3烧结中物质的迁移

5.2.3烧结原动力两种类型的物质扩散第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力黏性流动黏性流动

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力库钦斯基烧结模型

颗粒表面蒸发

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力图

玻璃球-平板烧结实验第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力图三种扩散机制

体积扩散

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力空位与原子的扩散

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力图5-12烧结时空位扩散途径第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力阶梯状表面示意图

表面扩散第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力空位从颗粒接触面向颗粒表面(a)或晶界；(b)扩散的模型

晶界扩散

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力直径0.13mm的铜丝在1075℃氢气中烧结408h后的断面形貌

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力塑性流动模型

塑性流动机制

第五章烧结§5.3烧结中的物质迁移

5.2.3烧结原动力晶格扩散latticediffusion体积扩散Volumediffusion块体扩散Bulkdiffusion位错芯管扩散Dislocationpipediffusion晶界扩散Grainboundarydiffusion表面扩散Surfacediffusion扩散的短回路Shortcircuitpath

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力塑性流动晶界扩散表面扩散

空位浓度梯度

影响扩散系数的因素温度材料成分晶体结构晶体缺陷其他因素影响程度：温度－成分－结构－其它第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

温度提高，能超过能垒的几率越大，同时晶体的平衡空位浓

度也越高，这些都是提高扩散系数的原因。原子之间的结合键力越强，通常对应材料的熔点也越高，激活能较大，扩散系数较小。原子排列越紧密，晶体结构的致密度越高，激活能较大，扩散系数较小。第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力粉体颗粒烧结的计算模拟法结果

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力细水雾化不锈钢粉在烧结时的致密化和收缩

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力铜粉烧结时的表面减少第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力中间阶段烧结时孔隙结构及其相互联系第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力孔隙晶粒边界中间阶段时的两种可能性第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力晶界、空位与收缩的关系模型第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力孔隙孤立和球化过程示意图

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力孔隙度与烧结时间的关系

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力晶粒大小和孔隙大小与烧结时间的关系

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力铁粉烧结的SEM形貌：(a)烧结前；(b)烧结后第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力颗粒烧结的接触点颈部长大与球形孔隙形成过程示意图第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力铜粉压坯在900℃烧结时总孔隙度和闭孔隙度的变化

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力W-Ni-Fe合金在氢气中1460℃烧结10min的断口形貌第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力形状系数比值β

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力在烧结过程中的晶核形成、再结晶和晶粒长大示意图第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力孔隙阻止晶界示意图第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力晶界移动通过第二相质点第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力晶界沟的影响

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力Visualizationofhigh-temperaturephenomenainasessiledroptest第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力96Mo-4Ni(wt%)样品在三循环（60+30+30min）在1460℃烧结在Murakami腐蚀液下典型的晶粒A附近存在液态凝固相第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力液相烧结时颗粒彼此靠拢第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力液相烧结致密化过程第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力铁-铜压坯烧结时的收缩率和时间的关系（铜粉粒度9.4μm）第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力钨球在液态铜中的不同浸润角的分布：(a)8°；(b)85°第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力熔浸方式(a)部分溶浸法；(b)全部溶浸法；(c)接触法第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力二元混合粉末的均匀化

AAB第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力80%铜-20%镍烧结的X射线衍射强度分布曲线第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力粉体烧结成致密体的表面能第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结驱动力的示意图第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结过程表面驱动力的不同情况

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力W-Ni液相烧结晶粒长大的SIMTFS计算机模拟结果第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力不均匀粉体颗粒的随机堆积采用Deform软件模拟的烧结结果第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力电火花烧结结构示意图第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力SPS烧结参数与时间的关系曲线图第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力热等静压原理第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力热等静压工艺流程示意图第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力热等静压设备简图第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力粉末挤压示意图第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力热挤压铝粉工艺流程第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力粉末锻造流程

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力喷雾锻造示意图第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力大气压力固结法第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力填充坯料挤压工艺流程

第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结炉中进行的顺序第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力连续烧结炉第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结温度和烧结体性能的关系第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力金属粉末烧结体的硬度与烧结温度的关系第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结体的导电率与烧结密度的关系第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力电解铜粉在各种气氛中均匀加热时电阻率的变化与温度的关系第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力含有椭圆形孔隙的板型试样中拉伸时的应力分布状态第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力金属粉末烧结体的硬度与烧结温度的关系第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结铜试样的强度与平均粒度的关系第五章烧结§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结铁的