粉末冶金 -第五章 燒結(jié)_圖文

1、 李長青粉末冶金授課人:李長青單位:材料學(xué)院材料學(xué)院3樓非金屬材料工程教研室電話績評定準(zhǔn)則出勤及平時表現(xiàn)30%作業(yè)20%實驗10%期末考試40%缺席4次及以上者,此次課成績?nèi)∠n程類別:選修課適用專業(yè):無機非金屬材料學(xué)時:30學(xué)分:1.5使用教材 參考教材 參考教材 §5.1 概述燒結(jié)?壓坯或松裝粉末體的強度和密度都是很低的。為了提高壓坯或松裝粉末體的強度,需要在適當(dāng)?shù)臈l件下進行熱處理。這就是把壓坯或松裝粉末體加熱到其基本組元熔點以下的溫度(約0.7-0.8T m,并在此溫度下保溫,從而使粉末顆粒相互結(jié)合起來,改善其件能。這種熱處理就叫做燒結(jié)。MT=me

2、lting point液相燒結(jié)固相燒結(jié)粘性流燒結(jié)組分溫度TT 3T 2T 1T mBA BX 1瞬態(tài)液相燒結(jié)T mA§5.1 概述各種類型的燒結(jié)§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)s gt g=致密化參數(shù)§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)燒結(jié)徑尺寸r /R 燒結(jié)時間t 燒結(jié)時間t 表面積減少S /S 收縮l /l 燒結(jié)時間t 燒結(jié)時間t致密化參數(shù)T 2 T 1 T 2 T 1 T 2T 1 T 2 T 1 T 2>T 1燒結(jié)時間的影響PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)點接觸開始階

3、段中間階段最終階段燒結(jié)階段示意圖PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建Ìÿ§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)11r =+(PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建Young-Laplace 推導(dǎo)對活塞稍加壓力,將毛細管內(nèi)液體壓出少許,使液滴體積增加d V ,相應(yīng)地其表面積增加d A ?？朔郊訅毫 環(huán)境所作的功與可逆增加表面積的吉布斯自由能增加應(yīng)該相等。代入得:2p r=d d p V A =4 d 8d A r A r r =p p §5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)R

4、2r燒結(jié)的兩球模型§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)C vv C 燒結(jié)頸曲面下的空位溶度分布§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)黏性流動黏性流動體積擴散(a (b黏性流動R 2x 2§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)顆粒表面蒸發(fā)§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)t /min1 2 4 6 10 20 40 600.500.300.100.080.05x /R750 725 圖玻璃球-平板燒結(jié)實驗§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)體積擴散(a(b(c圖三種擴散機制§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)(1(3(5(6空位與原子的擴散§5.2 燒結(jié)過程的熱力

5、學(xué)基礎(chǔ)燒結(jié)頸表面(空位源晶界(空位阱顆粒表面(空位阱顆粒內(nèi)和位錯攀移圖5-12 燒結(jié)時空位擴散途徑§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)表面擴散階梯狀表面示意圖§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)晶界擴散(a (b空位從顆粒接觸面向顆粒表面(a或晶界;(b擴散的模型§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)500um 直徑0.13mm的銅絲在1075氫氣中燒結(jié)408 h后的斷面形貌§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)塑性流動機制Rxh塑性流動模型§5.3 燒結(jié)中的物質(zhì)遷移 晶格擴散lattice diffusion 體積擴散Volume diffusion 塊體擴散Bulk

6、diffusion 位錯芯管擴散Dislocation pipe diffusion 晶界擴散Grain boundary diffusion 表面擴散Surface diffusion 擴散的短回路Short circuit path §5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)第五章燒結(jié) 2xBt R=3xBt R =52xBt R=75xBt R=63xBt R=94.5xBt R=塑性流動晶界擴散表面擴散空位濃度梯度PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建影響擴散系數(shù)的因素溫度材料成分晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷其他因素影響程度:溫度-成分-結(jié)構(gòu)-其它0ex

7、p(QD D RT=第五章燒結(jié)§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)溫度提高,能超過能壘的幾率越大,同時晶體的平衡空位濃度也越高,這些都是提高擴散系數(shù)的原因。原子之間的結(jié)合鍵力越強,通常對應(yīng)材料的熔點也越高,激活能較大,擴散系數(shù)較小。原子排列越緊密,晶體結(jié)構(gòu)的致密度越高,激活能較大,擴散系數(shù)較小。§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ) L原子對長度Lp §5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)900 1000 1100 120090807060壓坯相對密度=77%61%58%4h ,氫氣燒結(jié)密度/%溫度/細水霧化不銹鋼粉在燒結(jié)時的致密化和收縮

8、7;5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)1 2 0.1 1 10 100 1000 40302010銅粉燒結(jié)時的表面減少§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ) 中間階段燒結(jié)時孔隙結(jié)構(gòu)及其相互聯(lián)系§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)晶界孔(a (b孔隙晶粒邊界中間階段時的兩種可能性§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)孔隙孔隙晶界收縮(a(b晶界、空位與收縮的關(guān)系模型§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)晶粒邊界孔兩面角(a (b (c (d孔隙孤立和球化過程示意圖§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)孔隙率/%101 1021031043020107m 鐵粉870200MPa時間/min孔

9、隙度與燒結(jié)時間的關(guān)系§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)101 102103104晶粒尺寸尺寸/u m空隙100101時間/min晶粒大小和孔隙大小與燒結(jié)時間的關(guān)系§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ) (a (b鐵粉燒結(jié)的SEM形貌:(a燒結(jié)前;(b燒結(jié)后 燒結(jié)體氣泡縮頸生長隔離氣泡§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)顆粒燒結(jié)的接觸點頸部長大與球形孔隙形成過程示意圖燒結(jié)時間/h孔隙度/%0 1 2 3 4 5 6302010總孔隙率,快速加熱總孔隙率,慢速加熱閉孔隙度§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)銅粉壓坯在900燒結(jié)時總孔隙度和閉孔隙度的變化§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)W-Ni-Fe合金在氫氣中1460燒結(jié)10 min的斷口形貌§5.2 燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)122(L A =形狀系數(shù)