液相烧结.ppt

1、液相烧结,1045562117 沈祥,一、定义与分类,液相烧结,指在烧结过程中出现 少量液相的烧结过程,瞬时液相烧结,长时间大量液相出现的烧结,二、液相烧结的影响因素,1、润湿性,液相对固相颗粒的表面润湿性好是液相烧结的重要影响因素之一，对致密化、合金组织与性能的影响极大。润湿性由固相、液相的表面张力(比表面能) 、 以及两相的界面张力(界面能) 所决定。,当液相润湿固相时，在接触点A用杨氏方程表示平衡的热力学条件为 式中 湿润角或接触角。 液相烧结需满足的润湿条件就是润湿角 90；如果 90，烧结开始时液相即使生成，也会很快跑出烧结体外，称为渗出。这样，烧结合金中的低熔组分将大部分损失掉，使

2、烧结致密化过程不能顺利完成。,液相只有具备完全或部分润湿的条件，才能渗入颗粒的微孔和裂隙甚至晶粒间界，形成如右图所示的状态。此时，固相界面张力 取决于液相对固相的润湿。 平横时 ， 称二面角。可见，二面角愈小时，液相渗进固相界面愈深。当 0时， ，表示液相将固相界面完全隔离，液相完全包裹固相。如果 ，则 ；如果,，则 ，这时液相不能浸入固相界面，只产生固相颗粒问的烧结。实际上，只有液相与固相的界面张力 愈小，也就是液相润湿固相愈好时，二面角才愈小，才愈容易烧结。,润湿性影响因素,温度与时间,表面活性物质,氛围影响,粉末表面状态,升高温度或延长液固接触时间均能减小 角 ，但时间的作用是有限的。,

3、铜中添加镍能改善对许多金属或化合物的润湿性 ； 表面活性元素的作用并不表现为降低 ，只有减小 才能使润湿性改善,粉末表面吸附气体、杂质或有氧化膜、油污存在，均将降低液体对粉末的润湿性 粉末烧结前用于氢还原，除去水分和还原表面氧化膜，可以改善液相烧结的效果,多数情况下，粉末有氧化膜存在，氢和真对消除氧化膜有利，故可改善润湿性；但是，无氧化膜存在时，真空不一定比惰性气氛对润湿性更有利。,2、溶解度,固相在液相中有一定溶解度是液相烧结的一个影响因素，因为： (1)固相有限溶解于液相可改善润湿性； (2)固相溶于液相后，液相数量相对增加； (3)固相溶于液相，可借助液相进行物质迁移； (4)溶在液相中

4、的组分，冷却时如能再析出，可填补固相颗粒表面的缺陷和颗粒间隙，从而增大固相颗粒分布的均匀性。 但是，溶解度过大会使液相数量太多，也对烧结过程不利。例如形成无限互溶固溶体的合金，液相烧结因烧结体解体而根本无法进行。另外，如果固相溶解对液相冷却后的性能有不好影响(如变脆)时，也不宜于采用液相烧结。,3、液相数量,液相烧结应以液相填满固相颗粒的间隙为限度。烧结开始，颗粒间孔隙较多，经过一段液相烧结后，颗粒重新排列并且有一部分小颗粒溶解，使孔隙被增加的液相所填充，孔隙相对减小。一般认为，液相量以不超过烧结体体积的35为宜。超过时不能保证产品的形状和尺寸；过少时烧结体内将残留一部分不被液相填充的小孔，而

5、且固相颗粒也将因直接接触而过分烧结长大。,三、液相烧结过程和机构,液相烧结的动力是液相表面张力和固液界面张力 。 1、烧结过程 液相烧结过程可划分为三个界线不十分明显的阶段： (1)液相流动与颗粒重排阶段 固相烧结时，不可能发生颗粒的相对移动，但在有液相存在时，颗粒在液相内近似悬浮状态。受液相表面张力的推动发生位移，因而液相对固相颗粒润湿和有足够的液相存在是颗粒移动的重要前提。颗粒间孔隙中液相所形成的毛细管力以及液相本身的粘性流动，使颗粒调整位置、重新分布以达到最紧密的排布，在这阶段，烧结体密度迅速增大。,(2)固相溶解和再析出阶段 固相颗粒表面的原子逐渐溶解于液相，溶解度随温度和颗粒的形状、

6、大小而变。液相对于小颗粒有较大的饱和溶解度，小颗粒先溶解，颗粒表面的棱角和凸起部位(具有较大曲率)也优先溶解，因此，小颗粒趋向减小，颗粒表面趋向平整光滑。相反，大颗粒的饱和溶解度较低，使液相中一部分过饱和的原子在大颗粒表面沉析出来，使大颗粒趋于长大。这就是固相溶解和再析出，即通过液相的物质迁移过程，与第一阶段相比，致密化速度减慢。 (3)固相烧结阶段 经过前面两个阶段，颗粒之间靠拢，在颗粒接触表面同时产生固相烧结，使颗粒彼此粘合，形成坚固的固相骨架。这时，剩余液相充填于骨架的间隙。这阶段以固相烧结为主，致密化己显著减慢。,2、烧结机构,(1)颗粒重排机构 液相受毛细管力驱使流动，使颗粒重新排列以获得最紧密的堆砌和最小的孔隙总表面积。颗粒重排和气孔收缩的过程进行得很迅速，致密化很快完成。但是，由于颗粒靠拢到一定程度后形成搭桥，对液相粘性流动的阻力增大，因此，颗粒重排阶段不可能达到完全致密，还需通过下面两个过程才能完全致密化。 (2)溶解再析出机构 因颗粒大小不同、表面形状不规整，各部位的曲率不相同造成饱和溶解度不相等，引起颗粒之间或颗粒不同部位之间的物质通过液相迁移时，小颗粒或颗粒表面曲率大的部位溶解较多，相反地，溶解物质又在大颗粒表面或具有负曲率的部位