【正文】 。（2）固相溶解與再析出：接觸點處高的局部應(yīng)力 174。 塑性變形和蠕變174。 顆粒進一步重排；（3）固相的的燒結(jié)：小顆粒接觸點處被溶解較大顆?；蜃杂杀砻娉练e晶粒長大形狀變化不斷重排而致密化。105燒結(jié)的模型有哪幾種？各適用于哪些典型傳質(zhì)過程？解： 粉體壓塊：蒸發(fā)－凝聚雙球模型：有液相參與的粘性蠕變 擴散Kingery和 LSW ：溶解沉淀 106某氧化物粉末的表面能是1000erg/cm2，燒結(jié)后晶界能是550erg/cm2，若用粒徑為1μm的粉料（假定為方體）壓成 1cm3的壓塊進行燒結(jié)，試計算燒結(jié)時的推動力。解： 2x（1000/1x 104550/1x102）= erg/cm3107有粉粒粒度為5μm，若經(jīng)2h燒結(jié)后，x/r＝。如果不考慮晶粒生長，若燒結(jié)至x/r ＝。并分別通過蒸發(fā)－凝聚、體積擴散、粘性流動、溶解－沉淀傳質(zhì)，各需多少時間？若燒結(jié)8h，各個傳質(zhì)過程的頸部增長x/r又是多少？解：根據(jù)查得各傳質(zhì)方式公式可得： 時間分別為16h，64h，8h，128h，若只燒結(jié)8h，則X/41/3，4 1/5，41/6。 108如上題粉料粒度改為16μm，燒結(jié)至x/r＝，各個傳質(zhì)需多少時間？若燒結(jié)時間為8h，各個過程的x/r又是多少？從兩題計算結(jié)果，討論粒度與燒結(jié)時間對四種傳質(zhì)過程的影響程度？解：蒸發(fā)－凝聚：顆粒粒度愈小燒結(jié)速率愈大。初期x/r 增大很快，但時間延長，很快停止；體積擴散：燒結(jié)時間延長，推動力減小。在擴散傳質(zhì)燒結(jié)過程中，控制起始粒度很重要；粘性流動：粒度小為達到致密燒結(jié)所需時間短，燒結(jié)時間延長，流變性增強；溶解－沉淀：粒度小，傳質(zhì)推動力大。燒結(jié)時間延長，晶粒致密程度增加。109 試就（1）推動力來源；（2）推動力大?。唬?）在陶瓷系統(tǒng)的重要性來區(qū)別初次再結(jié)晶、晶粒長大和二次再結(jié)晶。解：晶粒生長——材料熱處理時，平均晶粒連續(xù)增大的過程。推動力：基質(zhì)塑性變形所增加的能量提供了使晶界移動和晶粒長大的足夠能量。晶粒生長取決于晶界移動的速率。二次再結(jié)晶——（晶粒異常生長或晶粒不連續(xù)生長）少數(shù)巨大晶體在細晶消耗時成核長大過程。推動力：大、小晶粒表面能的不同。 二次再結(jié)晶 晶粒長大 不均勻生長 均勻生長不符合Dl=d/f 符合Dl=d/f 氣孔被晶粒包裹 氣孔排除界面上有應(yīng)力 界面無應(yīng)力1010 有人試圖用延長燒結(jié)時間來提高產(chǎn)品致密度，你以為此法是否可行，為什么？解：不可行。蒸發(fā)－凝聚機理（凝聚速率＝頸部體積增加） 此類傳質(zhì)不能靠延長時間達到燒結(jié)。高溫短時間燒結(jié)是制造致密陶瓷材料的好方法。1011 假如直徑為5μm的氣孔封閉在表而張力為280dayn/cm2的玻璃內(nèi)，當(dāng)氣體壓力與表面張力產(chǎn)生的負壓平衡時，氣孔尺寸是多少?解： r = 1012 在 1500℃，MgO正常的晶粒長大期間，觀察到晶體在1h內(nèi)從直徑從1μm 長大到10μm，在此條件下，要得到直徑20μm的晶粒，需燒結(jié)多長時間？如已知晶界擴散活化能為60kcal/mol，試計算在 1600℃下4h后晶粒的大小，為抑制晶粒長大，加入少量雜質(zhì)，在 1600℃下保溫4h，晶粒大小又是多少?解：燒結(jié)數(shù)率常數(shù)和溫度關(guān)系服從阿累尼烏斯方程：即 ……………………………………………………（1）其中：為常數(shù) ，Q為晶界擴散活化能，在正常的晶粒長大期間，晶粒直徑與時間關(guān)系為：……………………（2） 其中為時晶粒的平均尺寸。在加入少量雜質(zhì)時，晶粒直徑與時間關(guān)系為：…………………………（3）在 1500℃時，MgO正常生長時，由（2）有99再由（1）有＝則在 1500℃正常生長條件下，達到所需時間為： 在 1600℃時＝由（2）＝ 加入雜質(zhì)后由（3）有＝ 1013 假定NiCr2O4的表面能為600erg/cm2。在 1200℃和 1400℃時Ni2＋和Cr3＋離子的擴散系數(shù)分別為：Ni2＋在NiO中D1473＝110－11；D1673＝310－ 10cm2/s；Cr3＋在Cr2O3中D1473＝710－ 11 cm2/s，D1673＝10－ 9cm2/s；求在 1200℃和 1400℃燒結(jié)時，開始1h的線收縮率是多少？（）解：線收縮率：1200℃,對NiO和Cr2O3粉末,其則可求出K1473,同理,可求出 K1673,代入上式,即可求出式中g(shù)=600erg/cm2,243。=　T=1473K,1673K,r= 1014 在制造透明Al2O3材料時，原始粉料粒度為2μm，測得晶粒尺寸10μm，試問若保溫時間為2h，晶粒尺寸多大？％MgO，此時若保溫時間為2h，晶粒又有尺寸多大？解：由 在此條件下保溫,設(shè)直徑為則有：即求加入少量的MgO時：由 1015 在 1500℃Al2O3正常晶粒生長期間。如已知晶界擴散活化能為335kJ/mol，試預(yù)測在 1700℃下保溫時間為4h后，晶粒尺寸是多少？％MgO雜質(zhì)對Al2O3晶粒生長速度會有什么影響？在與上面相同條件下燒結(jié)，會有什么結(jié)果，為什么？解：由 由 在 1700℃時， 由，有 ％MgO時，會抑制Al2O3晶粒生長，抑制現(xiàn)象會更加明顯，原因是由于晶界移動時遇到的雜質(zhì)（MgO）更多，限制了晶粒的生長。1016 材料的許多性能如強度、光學(xué)性能等要求其晶粒尺寸微小且分布均勻，工藝上應(yīng)如何控制燒結(jié)過程以達到此目的?解：（1） 晶粒的大小取決于起始晶粒的大小,燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間 。（2） 防止二次再結(jié)晶引起的晶粒異常長大 。1017 晶界移動通遇到夾雜物時會出現(xiàn)哪幾種情況？從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應(yīng)如何移動？怎樣控制？解：晶粒正常長大時，如果晶界受到第二相雜質(zhì)的阻礙，其移動可能出現(xiàn)三種情況。（1）晶界能量較小，晶界移動被雜質(zhì)或氣孔所阻擋，晶粒正常長大停止。（2）晶界具有一定的能量，晶界帶動雜質(zhì)或氣孔繼續(xù)移動，這時氣孔利用晶界的快速通道排除，坯體不斷致密。（3）晶界能量大，晶界越過雜質(zhì)或氣孔，把氣孔包裹在晶粒內(nèi)部。由于氣孔脫離晶界，再不能利用晶界這樣的快速通道排除，使燒結(jié)停止，致密度不再增加，這將出現(xiàn)二次再結(jié)晶現(xiàn)象。從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應(yīng)按第二種情況移動，控制晶界的能量以增加致密度。1018 在燒結(jié)時，晶粒生長能促進坯體致密化嗎？晶粒生長會影響燒結(jié)速率嗎？試說明之。解：在燒結(jié)時，晶粒生長能促進坯體的致密化。在燒結(jié)中、后期，細小晶粒逐漸長大，而晶粒的長大過程是另一部分晶粒的縮小或消失過程，其結(jié)果是平均晶粒尺寸增大。晶粒長大不是晶粒的相互粘接，而是晶界移動的結(jié)果。推動晶粒長大的是晶界的自由能，隨著晶粒的長大，使界面面積減小，從而促進坯體致密化。1019 試分析二次再結(jié)晶過程對材料性能有何種效應(yīng)?解：二次再結(jié)晶發(fā)生后,由于個別晶粒異常長大,氣孔進入晶粒內(nèi)部,成為孤立閉氣孔,不易排除,使燒結(jié)速率降低甚至停止,肧體不再致密；加之大晶粒的晶界上有應(yīng)力存在,使其內(nèi)部易出現(xiàn)隱裂紋,繼續(xù)燒結(jié)時肧體易膨脹而開裂,使燒結(jié)體的機械,電學(xué)性能下降。 1020特種燒結(jié)和常規(guī)燒結(jié)有什么區(qū)別？試舉例說明。解：常規(guī)燒結(jié)過程主要是基于顆粒間的接觸與鍵合,以及在表面張力推動下物質(zhì)的傳遞過程。其總體的推動力由系統(tǒng)表面能提供。這就決定了其致密化是有一定限度的。常規(guī)條件下坯體密度很難達到理論密度值。對于特種燒結(jié),它是為了適應(yīng)特種材料對性能的要求而產(chǎn)生的。這些燒結(jié) 過程除了常規(guī)燒結(jié)中由系統(tǒng)表面能提供的驅(qū)動力之外,還由特殊工藝條件增加了系統(tǒng)燒結(jié)的驅(qū)動力,因此提高了坯體的燒結(jié)速率,大大增加了坯體的致密化程度。例如熱壓燒結(jié),它是加壓成型與加壓燒結(jié)同時進行的一種燒結(jié)工藝。由于同時加溫加壓,有利于粉末顆粒的接觸、擴散和流動等傳質(zhì)過程,降低了燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間,抑制了晶粒的長大。其容易獲得接近理論密度、氣孔率接近零的燒結(jié)體。1021 （1）燒結(jié)MgO時加入少量FeO，在氫氣氛和氧分壓低時都不能促進燒結(jié)，只有在氧分壓高的氣氛下才促進燒結(jié)；（2）燒結(jié)Al2O3時，氫氣易促進致密化而氮氣妨礙致密化。試分析其原因。解：（1） 對 FeO,易形成負離子過剩型非化學(xué)計量化合物,其缺陷反應(yīng)式為： 另外,在MgO的燒結(jié)中是正離子起擴散起控制作用的燒結(jié)過程,因而氧氣氛和氧分壓較高 是有利的。（2） 燒結(jié)氧化鋁Al2O3時,由于氫原子半徑很小,擴散系數(shù)較大,易于擴散而有利于閉氣孔的清除；而原子半徑大的氮則由于其擴散系數(shù)較小難于擴散而阻礙燒結(jié)。1022 磁性氧化物材料被認為是遵循正常晶粒長大方程。當(dāng)顆粒尺寸增大超出1μm的平均尺寸時，則磁性和強度等性質(zhì)就變壞。燒結(jié)30min使晶粒尺寸長大為原來的3倍。因大坯件翹曲，生產(chǎn)車間主任打算增加燒結(jié)時間。你想推薦的最長時間是多少?解：由D0= 和t=30min,D=3D0=：D2D02=kt 　K=D=1181。m,12（）2=kt=∴ t=1023 分析添加物是如何影響燒結(jié)的。解：（1） 外加劑與燒結(jié)主體形成固溶體 兩者離子產(chǎn)生的晶格畸變程度越大，越有利于燒結(jié)。 例：Al2O3中加入3％Cr2O3可在 1860℃燒結(jié)； 當(dāng)加入1～2％TiO2只需在約 1600℃就能致密化。（2） 外加劑與燒結(jié)主體形成液相 在液相中擴散傳質(zhì)阻力小，流動傳質(zhì)速度快，降低了燒結(jié)溫度和提高了坯體的致密度。 例：制95％Al2O3材料，加入CaO、SiO2， 當(dāng)CaO:SiO2=1時，產(chǎn)生液相在 1540℃即可燒結(jié)。（3） 外加劑與燒結(jié)主體形成化合物抑制晶界移動。 例：燒結(jié)透明Al2O3時，加入MgO或MgF2,形成MgAl2O4 （4） 外加劑阻止多晶轉(zhuǎn)變 例：ZrO2中加入5％CaO。（5） 外加劑（適量）起擴大燒結(jié)范圍的作用 例：在鋯鈦酸鉛材料中加入適量La2O3和Nb2O5，可使燒結(jié)范圍由20～ 40℃ 增加到 80℃。1024為了減少燒結(jié)收縮，可把直徑1μm的細顆粒（約30％）和直徑50μm的粗顆粒進行充分混合，試問此壓塊的收縮速率如何？如將1μm和50μm以及兩種粒徑混合料制成的燒結(jié)體log（△L/L）的logt和的曲線分別繪入適當(dāng)位置，將得出什么結(jié)果？解：燒結(jié)收縮有：……………………………… （1）…………………………（2）比較式（1）和式（2）是可見，在初期的重排階段，相對收縮近似地和時間的次方成比例，說明致密化速度減慢了，若將式（1）和式（2）以對作圖，則曲線斜率分別接近于和1。各曲線可明顯的分為三段，初期斜率接近于1,中期粗略的接近于，至于后期，曲線十分的平坦，說明在后期致密化速度減慢了。1025 影響燒結(jié)的因素有哪些？最易控制的因素是哪幾個？解：（1） 粉末的粒度。細顆粒增加了燒結(jié)推動力，縮短原子擴散距離，提高顆粒在液相中的溶解度，從而導(dǎo)致燒結(jié)過程的加速。 （2） 外加劑的作用。在固相燒結(jié)中，有少量外加劑可與主晶相形成固溶體，促進缺陷增加，在液相燒結(jié)中，外加劑改變液相的性質(zhì)（如粘度，組成等），促進燒結(jié)。 （3） 燒結(jié)溫度：晶體中晶格能越大，離子結(jié)合也越牢固，離子擴散也越困難，燒結(jié)溫度越高。 保溫時間：高溫段以體積擴散為主，以短時間為好，低溫段為表面擴散為主，低溫時間越長，不僅不引起致密化，反而會因表面擴散，改變了氣孔的形狀而給制品性能帶來損害，要盡可能快地從低溫升到高溫，以創(chuàng)造體積擴散條件。（4） 鹽類的選擇及其煅燒時條件的影響：鹽類的選擇：用能夠生成粒度小、晶格常數(shù)較大、微晶較小、結(jié)構(gòu)松弛的MgO的原料鹽來獲得活性MgO，其燒結(jié)活性良好。煅燒時條件：煅燒溫度愈高，燒結(jié)活性愈低的原因是由于MgO的結(jié)晶良好，活化能增高所造成的。 （5） 氣氛的影響：氧化，還原，中性。 （6） 成形壓力影響：一般說成型壓力越大顆粒間接觸越緊密，對燒結(jié)越有利。除上述六點以外，還有生坯內(nèi)粉料的堆積程度、加速熱度、保溫時間、粉料的粒度分布等。