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陶瓷烧结的阶段有哪些?

时间:2024-12-06

  陶瓷烧结的阶段有哪些?烧结过程物质迁移机制的模型研究主要集中在单组元体系的烧结过程。根据烧结体的结构特征,常将烧结体过程划分为3个阶段,烧结初期、烧结中期、烧结后期。在烧结过程中,烧结动力学涉及烧结颈的形成、致密化和晶粒长大过程,在烧结初期,以烧结颈的形成为标志;在烧结中后期,主要以坯体的致密化和晶粒长大为主。但是由于烧结过程十分复杂,经典固相烧结模型只能针对烧结中单个阶段,单个经典烧结模型不能对应整个烧结过程。

  1.3.1 烧结初期

  一般认为,在烧结初期的过程中,粒子在分子间作用力下,接触面积从零逐渐增加至粒子最大横截面积的 20%。在烧结初期,通常只涉及烧结颈的形成和长大。烧结初期对致密化的贡献很小,只伴随几个百分比的体积收缩,且不涉及晶粒生长过程,这是因为烧结颈的固-气表面接触区所形成的二面角为锐角,对晶界运动产生阻碍作用。随着烧结初期烧结颈逐渐长大,在烧结颈表面由于颈部生长而变得钝化之后,对晶界运动的抑制逐渐减弱,直至晶粒生长成为可能。当发生晶粒生长时,认为烧结的初始阶段终止。

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  1.3.2 烧结中期

  烧结中期开始于晶粒正常生长之后,物质沿着颗粒之间的结合面继续迁移使烧结颈扩大,并伴随颗粒间品界的广泛形成,所形成的孔隙相互连通,呈网络状结构,并且孔隙与晶界相交。在烧结中期阶段,为了简化定量分析,首先将孔隙的复杂形状简化为连续圆柱,且假设圆柱形孔隙仅进行简单的体积收缩,遵循孔隙的位置和体积变化。

  1.3.3 烧结后期

  随着烧结的进行,联通网络状的气孔逐渐闭合,转变为孤立的气孔,随后气孔稳定地收缩直至消失,这一过程被认为是烧结后期。

  1.3.4 其他烧结模型

  由于 Coble 烧结模型的局限性,单个模型不能用于整个烧结过程,进而在经典Coble 烧结模型的基础上,发展了其他的烧结模型,比如组合烧结模型,以弥补经典的烧结模型不能描述整个烧结过程的局限性。在组合烧结模型的基础上,Su 提出了主烧结曲线模型,可以较好地综合和预报整个烧结过程的致密化行为。

  1.组合阶段烧结模型

  Hansen利用烧结三个阶段之间的相似性,提出组合阶段烧结模型,研究整个烧结的致密化过程,并讨论烧结期间微观结构的复杂变化,其条件如下。(1)导致致密化的物质传递动力学可以数学表示。

  (2)微观结构可以量化以体现以下两者。①微观结构产生有助于致密化的物质传输趋势:②这种物质传输转化为收缩率。


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