内容发布更新时间 : 2024/12/24 4:17:16星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

v1.0 可编辑可修改 通过气相向颈部空间扩散，沉积在颈部。 .宏观迁移：V—V

体积扩散(volume or lattice diffusion)：借助于空位运动，原子等向颈部迁移。

粘性流动(viscous flow)：非晶材料，在剪切应力作用下，产生粘性流动，物质向颈部迁移。

塑性流动(plastic flow)：烧结温度接近物质熔点，当颈部的拉伸应力大于物质的屈服强度时，发生塑性变形，导致物质向颈部迁移。

晶界扩散(grain boundary diffusion)：晶界为快速扩散通道。原子沿晶界向颈部迁移。

位错管道扩散(dislocation pipe diffusion）：位错为非完整区域，原子易于沿此通道向颈部扩散，导致物质迁移。 2烧结机构的研究方法与步骤 .建立简单的几何模型，如烧结球模型

.选定表征烧结过程的可测的几何参数，如烧结颈尺寸，中心距； .假定某一物质迁移方式，建立物质流的微分方程；

.根据具体边界条件求解微分方程→解析式（可测参数与时间关系）；

.模拟烧结实验，由实验数据验证所得涵数关系→确定该物质迁移机构是具体烧结体系的烧结机构.

3烧结几何模型：双球体几何模型（附图，位于下述两关系式正上方） .相切模型：两球中心距不变， 即两球相切。 几何关系： (a+ρ)2=(x+ρ)2+a2 →ρ=x2/2a（近似）

.贯穿模型：中心距缩短，烧结初期发生大量物质迁移。 几何关系：

6161

v1.0 可编辑可修改 (a-2ρ)+x=a →ρ=x2/4a （近似）

4粘性流动 由Frenkle、Kuczynski分别提出 Frenkle两个假设：

.烧结体是不可压缩的牛顿粘性流体；

.流体流动的驱动力是表面能对它做功，并以摩擦功形式散失。 简单处理过程：

单位时间内，单位体积内散失的能量为φ，表面降低对粘性流动做的体积功为γ.dA/dt，则 φV=γ.dA/dt

经一系列几何和微分处理后，得烧结特征方程

222

x2/a=(3/2)γ/η.t 或(x/a)2=(3/2)γ/(ηa).t

→2ln(x/a)=A+lnt

以ln(x/a)作纵坐标、时间作横坐标，绘制实验测定值直线。 若其斜率为1/2，则粘性流动为烧结的物质迁移机构。 Kuczynski处理：

τ=ηdε/dt且τ与σ成正比，dε/dt与dx/成正比 →γ/ρ=Kˊ.dx/ 考虑到ρ=x2/2a→

x2/a=Kγ/η.t

由粘性流动造成球形孔隙收缩为 dr/dt=-3γ/(4η) （均匀收缩） 孔隙消除所需时间为

t=4η/(3γ).Ro （Ro为孔隙初始半径） 在时刻t孔隙尺寸R为

6262

v1.0 可编辑可修改 Ro-R=2γ/η.t

烧结特征方程：xm/an =F(T).t 5蒸发-凝聚

烧结颈对平面的蒸汽压差 △P=-PoγΩ/(KTρ)

当球径比烧结颈半径大很多时，球表面的蒸汽压差 △Pˊ=Pa-Po可以忽略不计。 Po可由Pa代替，即 △P=- PaγΩ/(KTρ)

单位时间内凝聚在烧结颈表面的物质量由Langmuir公式计算 m=△P(M/2πRT)1/2 M为原子量 颈长大速度 dV/dt=A(m/d)

A=颈表面积；d=物质密度 经几何计算、变换和积分后 x3/a=3Mγ(M/2πRT)1/2Pa/(d2RT).t 注意：M=NΩd 及k=KN 6体积扩散 .烧结动力学方程

烧结颈长大是颈表面附近的空位向球体内扩散，球内部原子向颈部迁移的结果。颈长大的连续方程 dv/dt=.Ω

Jv=单位时间内通过颈的单位面积空位个数，即空位流速率。 由Fick第一定律

Jv=Dvˊ.▽Cv= Dvˊ.△Cv/ρ Dv‘=空位扩散系数（个数）

6363

v1.0 可编辑可修改 若用体积表示原子扩散系数，即D‘o

v=DvCv=(-Q/RT) dv/dt=A D‘v.Ω.△Cv/ρ

其中A=(2πX).(2ρ)；V=πρ；ρ=X2/2a →x5/a2=20DvγΩ/

Kingery-Berge方程：ρ=X2/4a x5/a2=80DvγΩ/

.孔隙收缩动力学方程： 孔隙表面的过剩空位浓度 Cov=CvγΩ/（kTr）

若孔隙表面至晶界的平均距离与孔径处于同一数量级，则空位浓度梯度： ▽Cv=CovγΩ/（kTr2） 由Fick第一定律 dr/dt=-D’v▽Cv

=-DvγΩ/（kTr2） 分离变量并积分 r33o-r=3γΩ/（kT）.Dvt .线收缩率动力学方程： 由第二烧结几何模型 △a/a=1-Cosθ=2Sin2(θ/2) =2(θ/2)2 θ=x/a很小 =x2/2a2 =△L/Lo

与Kingery-Berge烧结动力学方程联立 △L/Lo =[(20γΩDv/21/2kT)2/5t2/5 △L/Lo可用膨胀法测定。

实验验证：ln△L/Lo—lnt作曲线，其斜率为2/5。

6464

v1.0 可编辑可修改 7表面扩散 基本观点：

.低温时，表面扩散起主导作用；而在高温下，让位于体积扩散； .细粉末的表面扩散作用大；

.烧结早期孔隙连通，表面扩散的结果导致小孔隙的缩小与消失，大孔隙长大； .烧结后期表面扩散导致孔隙球化；

.金属粉末表面氧化物的还原，提高表面扩散活性 与体积扩散对比

两者的扩散激活能差别不大，但Dvo>Dso，故Dv>Ds 烧结动力学方程

Kuczynski:x7/a3=(56Dsγδ4/kT).t Rocland: x7/a3=(34Dsγδ4/kT).t

δ为表面层厚度，采用强烈机械活化可提高有效表面活性的厚度，从而加快烧结速度。 8晶界扩散

晶界是空位的“阱”（Sink），对烧结的贡献体现在： .晶界与孔隙连接，易使孔隙消失；

.晶界的扩散激活能仅体积扩散的一半，Dgb》Dv； 细粉烧结时，在低温起主导作用，并引起体积收缩。 .烧结动力学方程

x6/a2=(960Dgbγδ4/kT).t （δ=晶界宽度） 9烧结机构的动力学特征方程 通式：Xm/an=F(T).t Mechanism Transport path： source→sink Viscous flow Geometric assumptions 2 1 m n interior of the ρ=x2/2a 6565