液相燒結(jié)影響因素

1、液相燒結(jié)的影響因素液相燒結(jié)的影響因素匯報人匯報人: : 任課老師任課老師: :目錄目錄 一一. .概述概述二二. .粉末粉末特性特性三三. .生坯生坯密度密度四四. .添加劑添加劑五五. .加熱速度與冷卻加熱速度與冷卻速度速度六六. .燒結(jié)燒結(jié)條件條件七七. .總結(jié)總結(jié)影響液相燒結(jié)的因素影響液相燒結(jié)的因素包括：燒結(jié)溫度和時間、顆粒的尺寸及其形狀、包括：燒結(jié)溫度和時間、顆粒的尺寸及其形狀、添加劑的均勻性及其數(shù)量、雜質(zhì)和微量添加劑的均勻性及其數(shù)量、雜質(zhì)和微量添加劑、添加劑、粉末內(nèi)部的粉末內(nèi)部的孔隙、孔隙、生坯密度、加熱速度與冷卻速度、燒結(jié)生坯密度、加熱速度與冷卻速度、燒結(jié)氣氛氣氛等。這些因素對于液

2、相等。這些因素對于液相燒結(jié)的速度、最終的燒結(jié)密度和顯微組織都具有重要影響。其中，燒結(jié)的速度、最終的燒結(jié)密度和顯微組織都具有重要影響。其中，尤以燒結(jié)溫度、顆粒尺寸和添加劑的數(shù)量尤以燒結(jié)溫度、顆粒尺寸和添加劑的數(shù)量3個因素的影響最為突出。個因素的影響最為突出。高的燒結(jié)溫度可以加速燒結(jié)速度，但粉末顆粒的成形性比較差；通高的燒結(jié)溫度可以加速燒結(jié)速度，但粉末顆粒的成形性比較差；通過控制添加劑的數(shù)量可以控制液相數(shù)量，進而影響致密化的速度、過控制添加劑的數(shù)量可以控制液相數(shù)量，進而影響致密化的速度、顯微組織和制品的性能。因此，要實現(xiàn)最佳液相燒結(jié)，必須嚴(yán)格控顯微組織和制品的性能。因此，要實現(xiàn)最佳液相燒結(jié)，必須嚴(yán)

3、格控制這三個因素。制這三個因素。一一. .概述概述1. 1.顆粒的形狀顆粒的形狀顆粒的形狀在壓坯的成形階段和在液相燒結(jié)的顆粒重新排列階段顆粒的形狀在壓坯的成形階段和在液相燒結(jié)的顆粒重新排列階段具有重要作用。具有重要作用。壓坯成形階段壓坯成形階段 顆粒顆粒不不均勻均勻 顆粒間摩擦力增大顆粒間摩擦力增大 生坯的密度減小生坯的密度減小 燒結(jié)燒結(jié)的密的密度降低。度降低。重新排列階段重新排列階段 顆粒的形狀變化顆粒的形狀變化 排布期間毛細(xì)管力的變化。排布期間毛細(xì)管力的變化。 通常，球形對毛細(xì)通常，球形對毛細(xì)管力的作用比較敏感。管力的作用比較敏感。形狀復(fù)雜導(dǎo)致顆粒重排阻力增加形狀復(fù)雜導(dǎo)致顆粒重排阻力增加，

4、故，故球形顆粒有利于顆粒重排球形顆粒有利于顆粒重排。不規(guī)則不規(guī)則形狀的形狀的顆粒粉末比使用球形的顆粒粉末所得到的燒結(jié)顯微組織顆粒粉末比使用球形的顆粒粉末所得到的燒結(jié)顯微組織的不均勻性要大得多，從而造成制品性能的降低。的不均勻性要大得多，從而造成制品性能的降低。在液相燒結(jié)的后期階段，由于在液相燒結(jié)的后期階段，由于溶解溶解-再再析出析出作用作用，顆粒形狀，顆粒形狀將變化，將變化，初始顆粒形狀初始顆粒形狀的的影響影響較小較小。二二. .粉末的特性粉末的特性1）細(xì)顆粒有利于提高燒結(jié)致密化速度，便于獲得高的最終燒結(jié)密度）細(xì)顆粒有利于提高燒結(jié)致密化速度，便于獲得高的最終燒結(jié)密度在顆粒重排階段：在顆粒重排階

5、段： 小顆粒進行重新排列的速度比較快，由于小顆粒進行重新排列的速度比較快，由于 提高毛細(xì)管力，便于固相顆粒在液相中移動提高毛細(xì)管力，便于固相顆粒在液相中移動在溶解在溶解-再析出階段：再析出階段： 小顆粒給出的致密化速度比較快，由于小顆粒在液相溶解度大于大顆粒，易于實現(xiàn)通小顆粒給出的致密化速度比較快，由于小顆粒在液相溶解度大于大顆粒，易于實現(xiàn)通過液相進行遷移的緣故。過液相進行遷移的緣故。2）細(xì)小晶粒的燒結(jié)組織可以提高力學(xué)性能，有利于獲得性能優(yōu)異的燒結(jié)材料）細(xì)小晶粒的燒結(jié)組織可以提高力學(xué)性能，有利于獲得性能優(yōu)異的燒結(jié)材料2. 2.顆粒的尺寸顆粒的尺寸如右圖所示如右圖所示對于液相燒結(jié)會產(chǎn)生膨脹的系統(tǒng)

6、，使用小顆粒和提高加熱速對于液相燒結(jié)會產(chǎn)生膨脹的系統(tǒng)，使用小顆粒和提高加熱速度可以使得膨脹量最小，達(dá)到最好的致密化。度可以使得膨脹量最小，達(dá)到最好的致密化。由于添加劑的顆粒大小控制著添加劑顆粒的原來位置所形成由于添加劑的顆粒大小控制著添加劑顆粒的原來位置所形成的孔隙的大小，因此，應(yīng)該選用具有小而均勻的顆粒尺寸的的孔隙的大小，因此，應(yīng)該選用具有小而均勻的顆粒尺寸的添加劑。添加劑。在液相燒結(jié)過程中，液相將首先進入固體顆在液相燒結(jié)過程中，液相將首先進入固體顆粒內(nèi)部的孔隙，從而減小了顆粒之間液相的粒內(nèi)部的孔隙，從而減小了顆粒之間液相的數(shù)量。由于顆粒內(nèi)部孔隙的體積小于顆粒之?dāng)?shù)量。由于顆粒內(nèi)部孔隙的體積小

7、于顆粒之間孔隙的體積，因此間孔隙的體積，因此顆粒內(nèi)部顆粒內(nèi)部孔隙中液體的孔隙中液體的毛細(xì)作用要比毛細(xì)作用要比顆粒之間顆粒之間孔隙中液體的毛細(xì)作孔隙中液體的毛細(xì)作用大得多。因此，不同材料或相同材料不同用大得多。因此，不同材料或相同材料不同狀態(tài)下，粉末孔隙的多少以及他們的分布影狀態(tài)下，粉末孔隙的多少以及他們的分布影響材料的燒結(jié)。響材料的燒結(jié)。如右圖所如右圖所示示 孔隙內(nèi)部是以比表面積表示，粉末內(nèi)部孔隙孔隙內(nèi)部是以比表面積表示，粉末內(nèi)部孔隙增加，比表面積增大。增加，比表面積增大。3.3.粉末內(nèi)部的孔隙粉末內(nèi)部的孔隙對于燒結(jié)部件的精度控制，則希望較高的壓對于燒結(jié)部件的精度控制，則希望較高的壓坯密度坯密

8、度。高。高的生坯的生坯密度可以得到高的生坯強密度可以得到高的生坯強度和高的燒結(jié)密度。度和高的燒結(jié)密度。 如右圖所示如右圖所示 強度和密度強度和密度三三. .生坯密度生坯密度在加熱時發(fā)生膨脹的系統(tǒng)中，在加熱時發(fā)生膨脹的系統(tǒng)中， 如右圖所示，如右圖所示，生坯密度對于燒結(jié)密度的影響生坯密度對于燒結(jié)密度的影響 右圖可以看出：燒結(jié)坯的膨脹量將隨著其生坯右圖可以看出：燒結(jié)坯的膨脹量將隨著其生坯密度的提高而增加，但增加量不大。密度的提高而增加，但增加量不大。 通過添加通過添加碳，或者使用慢的加熱速度，可以使其尺寸的碳，或者使用慢的加熱速度，可以使其尺寸的長大量降為最小。長大量降為最小。當(dāng)液相含量增加時，生坯

9、密度對于燒結(jié)密度當(dāng)液相含量增加時，生坯密度對于燒結(jié)密度的影響將減小，如圖所示的影響將減小，如圖所示 當(dāng)生坯密度（成形當(dāng)生坯密度（成形壓力）提高時，燒結(jié)密度也提高，但這種提壓力）提高時，燒結(jié)密度也提高，但這種提高不大。高不大。四四. .添加劑添加劑1. 1.添加劑的均勻性添加劑的均勻性很多學(xué)者實驗證明：持續(xù)液相燒結(jié)過程中，液相均勻有助于致密很多學(xué)者實驗證明：持續(xù)液相燒結(jié)過程中，液相均勻有助于致密化；化；另外，在液相燒結(jié)期間，均勻的粉末混合料有助于實現(xiàn)快速致密另外，在液相燒結(jié)期間，均勻的粉末混合料有助于實現(xiàn)快速致密化和改善制品的燒結(jié)性能；化和改善制品的燒結(jié)性能；減小添加劑的顆粒尺寸，有助于改善其分

10、布狀態(tài)；減小添加劑的顆粒尺寸，有助于改善其分布狀態(tài)；因此，在壓制成形之前將粉末混合料進行球磨。因此，在壓制成形之前將粉末混合料進行球磨。添加劑的數(shù)量是一個非常重要的參數(shù)，他對于燒結(jié)速度，制品的顯微添加劑的數(shù)量是一個非常重要的參數(shù)，他對于燒結(jié)速度，制品的顯微組織和性能具有重要的組織和性能具有重要的影響。影響。添加劑的數(shù)量將直接影響液相的含量添加劑的數(shù)量將直接影響液相的含量。而液相的含量對于許多方面都是非常重要的。而液相的含量對于許多方面都是非常重要的。如右圖所如右圖所示，表示了液相的高低決定了示，表示了液相的高低決定了達(dá)到全致密，整個燒結(jié)過程都要經(jīng)過的階段達(dá)到全致密，整個燒結(jié)過程都要經(jīng)過的階段在

11、液相含量高在液相含量高的情況下，僅僅通過液相的生成與的情況下，僅僅通過液相的生成與顆粒的顆粒的重新排列階段就可以達(dá)到全致密。重新排列階段就可以達(dá)到全致密。2. 2.添加劑的數(shù)量添加劑的數(shù)量微量添加劑或者雜質(zhì)對于液相燒結(jié)有有益的作用，但有一些雜質(zhì)也會微量添加劑或者雜質(zhì)對于液相燒結(jié)有有益的作用，但有一些雜質(zhì)也會造成不利影響，必須加以控制：造成不利影響，必須加以控制：（1）微量添加劑對于液相燒結(jié)期間基體系統(tǒng)的熱動力學(xué)和動力學(xué)具有舉）微量添加劑對于液相燒結(jié)期間基體系統(tǒng)的熱動力學(xué)和動力學(xué)具有舉足輕重的作用。它通常用于在致密化的后期階段控制晶粒的長大；也用足輕重的作用。它通常用于在致密化的后期階段控制晶粒

12、的長大；也用于提高固相在液相中的溶解度，并且因此而提高致密化的速度。通常，于提高固相在液相中的溶解度，并且因此而提高致密化的速度。通常，雜質(zhì)會影響材料的濕潤性，而對于材料濕潤性的改善常常伴隨著粗糙度雜質(zhì)會影響材料的濕潤性，而對于材料濕潤性的改善常常伴隨著粗糙度的提高。的提高。（2）有一些雜質(zhì)會降低材料的濕潤性、導(dǎo)致晶?？焖匍L大或者產(chǎn)生膨脹，）有一些雜質(zhì)會降低材料的濕潤性、導(dǎo)致晶?？焖匍L大或者產(chǎn)生膨脹，從而對液相燒結(jié)不利，故必須進行控制。從而對液相燒結(jié)不利，故必須進行控制。3.3.雜質(zhì)和微量添加劑雜質(zhì)和微量添加劑加熱期間，材料組分?jǐn)U散的均勻性加熱期間，材料組分?jǐn)U散的均勻性 影響液相的數(shù)量以及改變

13、初始液相成分影響液相的數(shù)量以及改變初始液相成分 兩面角和濕潤角的大小。兩面角和濕潤角的大小。 因此，加熱速度對于瞬時液相系統(tǒng)具有因此，加熱速度對于瞬時液相系統(tǒng)具有重要影響。重要影響。 如右圖所示如右圖所示 五五. .加熱速度與冷卻速度加熱速度與冷卻速度1. 1.加熱速度加熱速度冷卻速度決定析出相，影響顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能液相經(jīng)快速冷卻后，冷卻速度決定析出相，影響顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能液相經(jīng)快速冷卻后，形成過飽和固溶體需進行燒結(jié)后形成過飽和固溶體需進行燒結(jié)后熱處理。熱處理。對于冷切速度快慢的優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)具體的情況的不同進行選擇：對于冷切速度快慢的優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)具體的情況的不同進行選擇：（1）冷卻速度過快

14、，基體中的合金化元素越容易達(dá)到飽和，因此得到的）冷卻速度過快，基體中的合金化元素越容易達(dá)到飽和，因此得到的燒結(jié)強度越高，但在液相的凝固溫度下，容易形成孔隙，因此，過快的燒結(jié)強度越高，但在液相的凝固溫度下，容易形成孔隙，因此，過快的冷卻速度是有害的。冷卻速度是有害的。（2）冷卻速度可以控制雜質(zhì)的析出。由于雜質(zhì)可以降低界面能，因此將）冷卻速度可以控制雜質(zhì)的析出。由于雜質(zhì)可以降低界面能，因此將優(yōu)先在界面處偏析，從而造成制品的脆性，因此快速冷卻是有好處的。優(yōu)先在界面處偏析，從而造成制品的脆性，因此快速冷卻是有好處的。2. 2.冷卻速度冷卻速度六六. .燒結(jié)條件燒結(jié)條件溫度的主要要求：在液相燒結(jié)過程中能

15、夠保溫度的主要要求：在液相燒結(jié)過程中能夠保證生成液相。證生成液相。使用高于液相形成的溫度可以提高材料原子使用高于液相形成的溫度可以提高材料原子的擴散速度、濕潤性和固相在液相中溶解度的擴散速度、濕潤性和固相在液相中溶解度可以提高材料原子的擴散速度。可以提高材料原子的擴散速度。由圖可知，由圖可知， 高的溫度高的溫度 燒結(jié)密度的提高。燒結(jié)密度的提高。但是，較高的溫度會造成晶粒的更快長大，但是，較高的溫度會造成晶粒的更快長大，過量的液相會造成燒結(jié)體變形。過量的液相會造成燒結(jié)體變形。1. 1.燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度右圖為膨脹率隨燒結(jié)溫度的變化右圖為膨脹率隨燒結(jié)溫度的變化相對于無壓液相燒結(jié)，經(jīng)熱等壓液相燒結(jié)后的

16、相對密度較高、相對于無壓液相燒結(jié)，經(jīng)熱等壓液相燒結(jié)后的相對密度較高、抗彎強度以及彈性模量均較大。抗彎強度以及彈性模量均較大。熱等靜壓后處理熱等靜壓后處理( HIP) 工藝主要是通過高溫高壓下氣體擴散、內(nèi)工藝主要是通過高溫高壓下氣體擴散、內(nèi)部殘余氣孔消除、改善顯微組織等機理來改善材料的性能。部殘余氣孔消除、改善顯微組織等機理來改善材料的性能。HI P后處理還有助于消除氣孔等結(jié)構(gòu)缺陷，改善組織，為提高其應(yīng)后處理還有助于消除氣孔等結(jié)構(gòu)缺陷，改善組織，為提高其應(yīng)用可靠性提供了一條途徑。用可靠性提供了一條途徑。2. 2.燒結(jié)壓力燒結(jié)壓力達(dá)到全致密的時間受多因素影響，主要液相含達(dá)到全致密的時間受多因素影響

17、，主要液相含量和燒結(jié)溫度支配量和燒結(jié)溫度支配如右圖如右圖，對于非完全致密的材料，增長燒結(jié)時間對于非完全致密的材料，增長燒結(jié)時間 能能消除孔隙消除孔隙 改善制品性能改善制品性能但是，燒結(jié)時間過長，會導(dǎo)致孔隙的長大和顯微但是，燒結(jié)時間過長，會導(dǎo)致孔隙的長大和顯微組織的粗化。組織的粗化。 因此，燒結(jié)因此，燒結(jié)時間時間應(yīng)視具體情況的不同進行選擇。應(yīng)視具體情況的不同進行選擇。3.3.燒結(jié)時間燒結(jié)時間如右圖所示，在如右圖所示，在4種不同的鎳含量下，致密種不同的鎳含量下，致密化與燒結(jié)溫度的關(guān)系?；c燒結(jié)溫度的關(guān)系。在表征液相數(shù)量的鎳的含量高的情況下，在表征液相數(shù)量的鎳的含量高的情況下，在燒結(jié)溫度比較低的條件

18、下就可以達(dá)到全在燒結(jié)溫度比較低的條件下就可以達(dá)到全致密，也就是說，比較高的燒結(jié)溫度和比致密，也就是說，比較高的燒結(jié)溫度和比較高的液相數(shù)量容易實現(xiàn)致密化。較高的液相數(shù)量容易實現(xiàn)致密化。燒結(jié)燒結(jié)氣氛對于液相燒結(jié)具有明顯的影響。氣氛對于液相燒結(jié)具有明顯的影響。在燒結(jié)期間，氣氛可以保護材料表在燒結(jié)期間，氣氛可以保護材料表面使之不受污染。面使之不受污染。使用真空燒結(jié)可以達(dá)到最好的致密使用真空燒結(jié)可以達(dá)到最好的致密化和得到更好的制品性能。化和得到更好的制品性能。如右圖所示，使用真空和如右圖所示，使用真空和H2作為作為燒燒結(jié)保護氣氛的結(jié)果比較證明，使用結(jié)保護氣氛的結(jié)果比較證明，使用真空進行燒結(jié)具有更大的優(yōu)越性。真空進行燒結(jié)具有更大的優(yōu)越性。4. 4.燒結(jié)氣氛燒結(jié)氣氛另外，氣氛還可以改變粉末的表面狀態(tài)，即氣氛可以影響液相相對于另外，氣氛還可以改變粉末的表面狀態(tài)，即氣氛可以影響液相相對于固相的濕潤角固相的濕潤角 的大小解釋。一般由于粉末表面有氧化膜，從而減小的大小解釋。一般由于粉末表面有氧化膜，從而減