1  核心结论

　　液相烧结能够显著提高陶瓷的致密度和力学性能，其关键在于利用短暂出现的液体，依次完成颗粒重排、溶解‑沉淀和气孔排除三个过程。 实际生产中，控制液体的量（15%～35%，太少则重排不充分，太多则易变形）和加热速度是两项重要的操作要点。采用氧化铝‑玻璃、碳化硅加氧化物、氮化硅加稀土氧化物等成熟材料体系，可以制出轴承、切削工具、电子基板等高性能精密陶瓷零件。

　　2  主要做法

　　第一阶段是颗粒重排——这是快也先见效的步骤，收缩量大。

　　当液体像油膜一样包裹住固体颗粒后，表面张力把相邻颗粒拉近，液体又起到润滑作用，使颗粒能够滑动、转动。小颗粒滚入大颗粒之间的缝隙，原来架空的颗粒塌落下来，致密化过程大多在前两个阶段完成，特别是颗粒重排阶段，收缩量大，气孔随之减少，系统的表面自由能降低。但随着颗粒相互接触形成骨架，重排会自然停止。据估算，保证重排阶段发生完全致密所需的液相量为35%。在W‑20Cu复合粉末体系中，1420℃烧结5分钟时致密度即可达到89%以上，说明重排阶段确实产生了显著的快速致密化效果。

　　第二阶段是溶解‑沉淀——像“搬运工”一样转移固体物质。

　　小颗粒或颗粒上的凸起部分优先溶解到液体里，溶解的物质通过液体扩散，在大颗粒表面或颗粒接触的颈部重新析出，此过程又称为Ostwald长大机制。这个过程让颗粒之间真正焊接在一起，坯体继续收缩变密。在W‑20Cu复合粉末中，1420℃烧结90分钟后相对密度高可达到 99.1% ，接近完全致密。溶解‑沉淀过程中，W晶粒不断长大并逐渐球化，晶粒大小G与烧结时间t满足 G³ = G₀³ + kt 的立方关系，即服从溶解‑析出机制。当温度从1340℃升至1420℃时，晶粒长大动力学系数从 1.59×10⁻² μm³/min 增加到 2.47×10⁻² μm³/min，显示出温度对溶解‑沉淀过程的强烈影响。另一项对W‑30Cu体系的研究也证实，1380℃烧结90分钟后同样可获得 99.1% 的相对密度。

　　第三阶段是气孔排除——实现近乎完全致密。

　　大部分气孔此时已被隔离成独立的小气泡，依靠液体形成的通道慢慢移动到表面跑掉。只要液体量合适且液体粘度较低，气孔就能基本消除。

　　3  关键数据

　　3.1  液相量的合适范围：液相烧结时必须保证生成适当数量的液相，通用经验值为 15%～35% （体积分数）。液相对固相必须有良好的浸润性（润湿角小于90°），且固相必须在液相中有一定的溶解度。

　　3.2  氧化铝‑玻璃体系的具体数据：以CaO‑MgO‑SiO₂玻璃（CMS‑G）为烧结助剂，当CMS‑G含量为3%、TiO₂含量为1%时，氧化铝陶瓷在1450℃下烧结后相对密度达到98.25%。该体系的液相烧结激活能为113.4 kJ/mol，表明扩散控制了整个烧结过程。在力学性能方面，采用CaO‑MgO‑SiO₂玻璃助剂的Al₂O₃/3Y‑TZP复相陶瓷可在1500℃实现致密烧结，弯曲强度高可达 778 MPa。另一项研究发现，3Y‑TZP/Al₂O₃（20 vol%）复合材料的弯曲强度可达 934 ± 28 MPa，断裂韧性达 7.82 ± 0.19 MPa·m¹/²，主要增韧机制为相变增韧。

　　3.3  液相烧结降低烧结温度的幅度：液相烧结的另一个显著优点是可以降低烧结温度。以碳化硼陶瓷为例，采用液相烧结时温度约为1800℃，比无压烧结低400～500℃，同时抗弯强度可达800～900 MPa，硬度约为HV 2800。

　　3.4  加热速度的影响：液相烧结时升温速率需谨慎控制。对AlN陶瓷基片的研究表明，升温速率范围为0.2～0.5℃/min，优选保温时间为5小时，高烧结温度1830℃，由此可优化基片的组织结构和性能。升温过快可能导致液相分布不均、气体来不及排出等问题。

　　3.5  晶粒长大与性能的关系：在液相烧结的溶解‑沉淀过程中，晶粒会有所长大。例如，WC平均晶粒尺寸从0.1～1μm烧结后可达1～2μm，晶粒长大由固相扩散和液相溶解共同引起。但如果控制得当，液相烧结仍可获得细晶粒高性能陶瓷。

　　4  应用实例与实用结论

　　掌握液相烧结的三个阶段及其条件，就能有针对性地调整温度、时间和配方。 例如，当发现陶瓷致密度不足时，可以优先检查液相是否足够润滑颗粒重排；如果陶瓷变形，则需减少液相量或降低加热速度。

　　液相烧结碳化硅陶瓷已在轴承和密封件领域得到重要应用。 这些部件常需承受高强度磨损和极高的表面接触应力，液相烧结碳化硅陶瓷的高硬度和优异的耐磨性，确保了部件具有更长的使用寿命和更可靠的性能。碳化硼液相烧结陶瓷由于抗弯强度和断裂韧性高，还可替代某些工具钢用于承受一定冲击载荷的抗磨件。氮化硅陶瓷球为滚动体的陶瓷轴承，特别适合在高速、高温、低扭矩、贫油润滑等极端工况条件下使用，例如精密机床高速电主轴轴承、风电轴承和航空航天轴承等场合。这些应用实例表明，合理利用液相烧结技术，可以生产出满足各种苛刻工况要求的高性能精密陶瓷零部件。（更多资讯请关注乔析先进材料应用公众号哦！）