第七章 熱壓燒結(jié)2

7.1熱壓燒結(jié)的發(fā)展1826年索波列夫斯基首次利用常溫壓力燒結(jié)的方法得到了白金。而熱壓技術(shù)已經(jīng)有70年的歷史，熱壓是粉末冶金發(fā)展和應(yīng)用較早的一種熱成形技術(shù)。1912年，德國(guó)發(fā)表了用熱壓將鎢粉和碳化鎢粉制造致密件的專利。1926～1927年，德國(guó)將熱壓技術(shù)用于制造硬質(zhì)合金。從1930年起，熱壓更快地發(fā)展起來，主要應(yīng)用于大型硬質(zhì)合金制品、難熔化合物和現(xiàn)代陶瓷等方面。1施加外壓力的燒結(jié)，簡(jiǎn)稱加壓燒結(jié)(appliedpressure)

or(pressure—assistedsintering)不施加外壓力的燒結(jié)，簡(jiǎn)稱不加壓燒結(jié)(pressurelesssintering)不加壓燒結(jié)加壓燒結(jié)燒結(jié)過程可以分為兩大類：對(duì)松散粉末或粉末壓坯同時(shí)施以高溫和外壓，則是所謂的加壓燒結(jié)2熱壓是指在對(duì)置于限定形狀的石墨模具中的松散粉末或?qū)Ψ勰号骷訜岬耐瑫r(shí)對(duì)其施加單袖壓力的燒結(jié)過程。熱壓的優(yōu)點(diǎn)：熱壓時(shí)，由于粉料處于熱塑性狀態(tài)，形變阻力小，易于塑性流動(dòng)和致密化，因此，所需的成型壓力僅為冷壓法的1/10，可以成型大尺寸的A12O3、BeO、BN和TiB2等產(chǎn)品。由于同時(shí)加溫、加壓，有助于粉末顆粒的接觸和擴(kuò)散、流動(dòng)等傳質(zhì)過程，降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時(shí)間，因而抑制了晶粒的長(zhǎng)大。3熱壓法容易獲得接近理論密度、氣孔率接近于零的燒結(jié)體，容易得到細(xì)晶粒的組織，容易實(shí)現(xiàn)晶體的取向效應(yīng)和控制臺(tái)有高蒸氣壓成分納系統(tǒng)的組成變化，因而容易得到具有良好機(jī)械性能、電學(xué)性能的產(chǎn)品。能生產(chǎn)形狀較復(fù)雜、尺寸較精確的產(chǎn)品。熱壓的優(yōu)點(diǎn)：熱壓法的缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低、成本高。41固體粉末燒結(jié)的過程和特點(diǎn)在熱力學(xué)上，所謂燒結(jié)是指系統(tǒng)總能量減少的過程。坯體燒結(jié)后在宏觀上的變化是：體積收縮，致密度提高，強(qiáng)度增加因此燒結(jié)程度可以用坯體收縮率、氣孔率或體積密度與理論密度之比等來表征。5一般燒結(jié)過程，總伴隨著氣孔率的降低，顆?？偙砻娣e減少，表面自由能減少及與其相聯(lián)系的晶粒長(zhǎng)大等變化，可根據(jù)其變化特點(diǎn)來劃分燒結(jié)階段。燒結(jié)初期燒結(jié)中期燒結(jié)后期6燒結(jié)初期隨著燒結(jié)溫度的提高和時(shí)間的延長(zhǎng)，開始產(chǎn)生顆粒間的鍵合和重排過程，這時(shí)粒子因重排而相互靠攏，大空隙逐漸消失，氣孔的總體積迅速減少，但顆粒間仍以點(diǎn)接觸為主，總表面積并沒減小。粉料在外部壓力作用下，形成一定形狀的、具有一定機(jī)械強(qiáng)度的多孔坯體。燒結(jié)前成型體中顆粒間接觸有的波此以點(diǎn)接觸，有的則相互分開，保留著較多的空隙，如圖7.1(a)。圖7.1不同燒結(jié)階段晶粒排列過程示意圖7燒結(jié)中期開始有明顯的傳質(zhì)過程。顆粒間由點(diǎn)接觸逐漸擴(kuò)大為面接觸，粒界面積增加，固-氣表面積相應(yīng)減少，但氣孔仍然是聯(lián)通的，此階段晶界移動(dòng)比較容易。在表面能減少的推動(dòng)力下，相對(duì)密度迅速增大，粉粒重排、晶界滑移引起的局部碎裂或塑性流動(dòng)傳質(zhì)，物質(zhì)通過不同的擴(kuò)散途徑向顆粒間的頸部和氣孔部位填空，使頸部漸漸長(zhǎng)大，并逐步減少氣孔所占的體積，細(xì)小的顆粒之間開始逐漸形成晶界，并不斷擴(kuò)大晶界的面積，使坯體變得致密化，如圖7.1(b)(c)。

8隨著傳質(zhì)的繼續(xù)，粒界進(jìn)一步發(fā)育擴(kuò)大，氣孔則逐漸縮小和變形，最終轉(zhuǎn)變成孤立的閉氣孔。與此同時(shí)顆粒粒界開始移動(dòng)，粒子長(zhǎng)大，氣孔逐漸遷移到粒界上消失，但深入晶粒內(nèi)部的氣孔則排除比較難。燒結(jié)體致密度提高，坯體可以達(dá)到理論密度的95%左右。燒結(jié)后期92固體粉末燒結(jié)的本征熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力致密的晶體如果以細(xì)分的大量顆粒形態(tài)存在，這個(gè)顆粒系統(tǒng)就必然處于一個(gè)高能狀態(tài)．因?yàn)樗菊鞯鼐哂邪l(fā)達(dá)的顆粒表面，與同質(zhì)量的未細(xì)分晶體相比具有過剩的表面能。燒結(jié)的主要目的是把顆粒系統(tǒng)燒結(jié)成為一個(gè)致密的晶體，是向低能狀態(tài)過渡。因此燒結(jié)前，顆粒系統(tǒng)具有的過剩的表面能越高．這個(gè)過渡過程就越容易，它的燒結(jié)活性就越大。10（1）本征過剩表面能驅(qū)動(dòng)力可以用下述簡(jiǎn)單方法估計(jì)本征過剩表面能驅(qū)動(dòng)力數(shù)量級(jí)。假定燒結(jié)前粉末系統(tǒng)的表面能為Ep．燒結(jié)成一個(gè)致密的立方體后的表面能為Ed，忽略形成晶界能量的消耗，則本征驅(qū)動(dòng)力為：11代入晶體材料的摩爾質(zhì)量Wm(g/mol)，固-氣表面能γsv(J/m2)，粉末比表面Sp(cm2/g)，致密固體密度d(g/cm3)，則有：由于＞＞，則可近似為12表7-1典型粉末的本征驅(qū)動(dòng)力ΔE及計(jì)算參考數(shù)值粉末粒度/μm比表面積km2·g-1固體密度kg·mol-1摩爾質(zhì)量kg·cm-1γsv/J·mol-1本征驅(qū)動(dòng)力Cu1505×1028.963.551.65.1Ni104×1038.958.691.94.5×10W0.3104

19.3183.862.95.3×102

Al2O30.2105

4.0102.01.51.5×103粉末粒度越粗，比表面越小，本征表面能驅(qū)動(dòng)力就越?。欢６仍郊?xì)，比表面越大，本征表面能驅(qū)動(dòng)力就越大。這也是實(shí)際燒結(jié)中細(xì)粉比粗粉易于燒結(jié)的原因13在不同種粉末之間比較顆粒系統(tǒng)的燒結(jié)活性時(shí)，不要忘記單個(gè)顆粒的燒結(jié)活性即粉末晶體的自擴(kuò)散性．綜合考慮這兩個(gè)因素來確定燒結(jié)活性，有一個(gè)判據(jù)是值得注意的。Burke指出，要想在適當(dāng)?shù)臒Y(jié)時(shí)間內(nèi)獲得燒結(jié)體的充分致密化，粉末顆粒系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足下式關(guān)系：式中Dv——體積擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s；2a——粉末粒度，μm。14例如，Dv的數(shù)量級(jí)為10-12cm2/s，則粉末粒度要在lμm左右。如果Dv太低，則某些共價(jià)鍵材枓(如Si的Dv為10-14cm2/s）若要充分地?zé)Y(jié)致密化就要求使用粒度0.5μm左右的粉末。一般金屬粉末的Dv比陶瓷粉末的Dv大，因而金屬粉末的粒度可以粗些．而陶瓷則須細(xì)粉末才能獲得好的燒結(jié)結(jié)果，這與燒結(jié)經(jīng)驗(yàn)是完全吻合的。15（2）本征Laplace應(yīng)力除了松散燒結(jié)(也稱重力燒結(jié)）之外，粉末總是在被壓制成某種形狀的壓坯后再進(jìn)行燒結(jié)的；這樣的顆粒系統(tǒng)就有另外兩個(gè)本征的特點(diǎn)：顆粒之間的接觸相顆粒之間存在著“空隙”或稱孔洞；系統(tǒng)表面的減少。自由能的降低主要是通過孔洞的收縮來實(shí)現(xiàn)的。16燒結(jié)開始時(shí)，孔洞的形狀并不是球形，面是由尖角形．圓滑菱形．近球形蓮浙向球形過渡，如圖7-2所示。此時(shí)，孔洞的收縮必然伴隨著顆粒捶觸區(qū)的擴(kuò)展。這個(gè)接觸區(qū)最先被稱作金屬顆粒之間的“橋”．旋即被Kuczynski，定義為頸(neck)。圖7.2不加壓固相燒結(jié)空洞形狀變化示意17顆粒之間接觸的直接結(jié)果是頸部出現(xiàn)了曲率半徑；Laplace和Young以彎曲液體表面為例，給出了表面的曲率半徑、表面張力和表面所受的應(yīng)力差值。式中R1與R2——表面上相互垂直的兩個(gè)曲線的曲率半徑，稱為主曲率半徑。18對(duì)于一個(gè)球形孔洞，R1=R2，則變?yōu)镚ibbs的解釋。對(duì)于不加壓團(tuán)相燒結(jié)的顆粒系統(tǒng)，由顆粒接觸形成的曲率半徑對(duì)Laplace應(yīng)力有重要影響.顆粒接觸形成的頸如圖8.3所示。圖7.3兩球形顆粒接觸頸部主曲率半徑示意19圖7.3中，x表示接觸面積的半徑，ρ表示頸部的曲率半徑，即式中的R1與R2，則顆粒接觸的本征Laplace應(yīng)力為：式中負(fù)號(hào)表示ρ從孔洞內(nèi)計(jì)算，正號(hào)表示x在顆粒內(nèi)計(jì)算半徑值。20一般可以把這類加壓燒結(jié)分成兩大階段來認(rèn)識(shí)。Ashby把這兩個(gè)階段分為孔隙連通階段相孤立孔洞階段。圖8.5是這兩個(gè)階段的示意圖。2122在加壓燒結(jié)致密化的第一階段(也可稱為燒結(jié)初期），應(yīng)力的施加首先使顆粒接觸區(qū)發(fā)生塑性屈服。而后在增加了的接觸區(qū)形成冪指數(shù)蠕變區(qū)，各類蠕變機(jī)制導(dǎo)致物質(zhì)遷移。同時(shí)，原于或空位不可避免地發(fā)生體積擴(kuò)散相晶界擴(kuò)散。晶界中的位錯(cuò)也可能沿晶界攀移，導(dǎo)致晶界滑動(dòng)。第一階段的主要特征是孔洞仍然連通。23在加壓燒結(jié)第二階段(也可稱為燒結(jié)末期)，上述機(jī)制仍然存在．只不過孔洞成為孤立的閉孔，位于晶界相交處。同時(shí)，并不排除在晶粒內(nèi)部孤立存在的微孔。在第一階段發(fā)生的塑性屈服是一個(gè)快過程，而蠕變是一個(gè)慢過程。通常的壓力燒結(jié)的應(yīng)力水平還不足以使材料全部屈服發(fā)生塑性流動(dòng)。因而研究壓力燒結(jié)的蠕變致密化規(guī)律是重要的。

247.2.3熱壓燒結(jié)的適用范圍熱壓燒結(jié)與常壓燒結(jié)相比，燒結(jié)溫度要低得多，而且燒結(jié)體中氣孔率低，密度高。由于在較低溫度下燒結(jié)，就抑制了晶粒的生長(zhǎng)，所得的燒結(jié)體晶粒較細(xì)，并具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。熱壓燒結(jié)廣泛地用于在普通無壓條件下難致密化的材料的制備及納米陶瓷的制備。例：納米ZrO2（3Y）粉體采用溶膠-凝膠法制備，經(jīng)550℃溫度煅燒2h，獲得粒徑約40nm的ZrO=（3Y）粉體。將粉體置于氧化鋁磨具中，加載23MPa的外壓后，以20℃/min的速度升溫到1300℃，保溫1h后以10℃/min的速度降至室溫，獲得的致密的納米Y-TZP陶瓷，晶粒尺寸約為90nm。25在現(xiàn)代材料工業(yè)中，用粉體原料燒結(jié)成型的產(chǎn)業(yè)有兩類，一個(gè)是粉末冶金產(chǎn)業(yè)，一個(gè)是特種陶瓷產(chǎn)業(yè)。所使用的燒結(jié)工藝方法主要有兩種，一種是冷壓成型然后燒結(jié)：另一種是熱壓燒結(jié)。

實(shí)驗(yàn)證明，采用真空熱壓燒結(jié)可以使產(chǎn)品無氧化、低孔隙、少雜質(zhì)、提高合金化程度，從而提高產(chǎn)品的綜合性能267.3熱壓燒結(jié)工藝7.3.1熱壓燒結(jié)生產(chǎn)工藝種類真空熱壓氣氛熱壓震動(dòng)熱壓均衡熱壓熱等靜壓反應(yīng)熱壓超高壓燒結(jié)27真空和氣氛熱壓1對(duì)于空氣中很難燒結(jié)的制品(如透光體或非氧化物)，為防止其氧化等，研究了氣氛燒結(jié)方法。即在爐膛內(nèi)通入一定氣體，形成所要求的氣氛，在此氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。而真空熱壓則是將爐膛內(nèi)抽成真空。先進(jìn)陶瓷中引人注目的Si3N4、SiC等非氧化物，由于在高溫下易被氧化，因而在氮及惰性氣體中進(jìn)行燒結(jié)。對(duì)于在常壓下易于氣化的材料，可使其在稍高壓力下燒結(jié)。282熱等靜壓法(hotisostaticpressing)熱等靜壓是指對(duì)裝于包套之中的松散粉末加熱的同時(shí)對(duì)其施加各向同性的等靜壓力的燒結(jié)過程。

熱等靜壓的壓力傳遞介質(zhì)為惰性氣體。熱等靜壓工藝是將粉末壓坯或裝入包套的粉料故人高壓容器中，使粉料經(jīng)受高溫和均衡壓力的作用，被燒結(jié)成致密件。29熱等靜壓強(qiáng)化了壓制和饒結(jié)過程．降低燒結(jié)溫度，消除空隙，避免晶粒長(zhǎng)大，可獲得高的密度和強(qiáng)度。同熱壓法比較，熱等靜壓溫度低，制品密度提高。303反應(yīng)熱壓燒結(jié)這是針對(duì)高溫下在粉料中可能發(fā)生的某種化學(xué)反應(yīng)過程。因勢(shì)利導(dǎo)，加以利用的一種熱壓燒結(jié)工藝。也就是指在燒結(jié)傳質(zhì)過程中，除利用表面自由能下降和機(jī)械作用力推動(dòng)外，再加上一種化學(xué)反應(yīng)能作為推動(dòng)力或激活能。以降低燒結(jié)溫度，亦即降低了燒結(jié)難度以獲得致密陶瓷。31從化學(xué)反應(yīng)的角度看，可分為相變熱壓燒結(jié)、分解熱壓燒結(jié)，以及分解合成熱壓燒結(jié)三種類型。從能量及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的過程看，在多晶轉(zhuǎn)變或煅燒分解過程中，通常都有明顯的熱效應(yīng)，質(zhì)點(diǎn)都處于一種高能、介穩(wěn)和接收調(diào)整的超可塑狀態(tài)。此時(shí)，促使質(zhì)點(diǎn)足夠的機(jī)械應(yīng)力，以誘導(dǎo)、觸發(fā)、促進(jìn)其轉(zhuǎn)變，質(zhì)點(diǎn)便可能順利地從一種高能介穩(wěn)狀態(tài)，轉(zhuǎn)變到另一種低能穩(wěn)定狀態(tài)，可降低工藝難度、完成陶瓷的致密燒結(jié)。其特點(diǎn)是熱能、機(jī)械能、化學(xué)能三者缺一不可，緊密配合促使轉(zhuǎn)變完成。327.3.2熱壓燒結(jié)生產(chǎn)設(shè)備熱壓機(jī)的結(jié)構(gòu)是按加熱和加壓方法．所采用的氣氛以及其他因素來劃分的。在熱壓過程中通常利用電加熱。最普通的方法有：對(duì)壓?；驘闪贤娭苯蛹訜?；將壓模放在電爐中對(duì)其進(jìn)行間模加熱；對(duì)導(dǎo)電壓模進(jìn)行直接感應(yīng)加熱；把非導(dǎo)電壓模放在導(dǎo)電管中進(jìn)行感應(yīng)加熱33圖7.6各種加熱方式熱壓示意圖a-在電阻爐中間接加熱；b-陽(yáng)模直接通電流加熱；c-陰模通電直接加熱；d-導(dǎo)電（石墨）陰模感應(yīng)加熱；e-粉料在不導(dǎo)電（陶瓷）壓模中感應(yīng)加熱1-加熱裝置；2-陰模；3-制品；4、5-陽(yáng)模；6-絕緣；7、8-石墨的或銅的（水冷）導(dǎo)體此外，也可以采用超聲波先進(jìn)技術(shù)(見圖8.7）。34表7-6列出了單相加壓的熱壓模具材料7357.3.3熱壓燒結(jié)的過程、工藝參數(shù)及控制過程工藝制度影響熱壓燒結(jié)的因素1236工藝制度1工藝制度主要包括下述四個(gè)方面：最高燒結(jié)溫度保溫時(shí)間降溫方式氣氛的控制

這些制度的確定除和原料成分，加工粉碎情況，成型式，化學(xué)反應(yīng)過程等有關(guān)外，還與熱壓爐結(jié)構(gòu)，加熱型裝爐方式等都有關(guān)系。37（1）升溫過程從室溫升至最高燒結(jié)溫度的這段時(shí)間，叫做升溫期。在滿足產(chǎn)品性能要求的情況下，升溫速度應(yīng)該盡可能快些。在這一時(shí)期必須考慮下列幾個(gè)問題。從燒結(jié)過程考慮，對(duì)下述幾種情況應(yīng)有足夠的重視：

(a)如坯體中有氣體析出時(shí)，升溫速度要慢。例如吸附水的揮發(fā)，有機(jī)粘合劑的燃燒，這都將在低溫區(qū)完成，故直至400～500℃之前，升溫速度不宜過快。此外，結(jié)晶水的釋放，鹽酸后氫氧化物的分解，都有不同程度的氣體析出。這時(shí)的升溫速度也要放慢，具體的溫度，可在有關(guān)的差熱分析和失重?cái)?shù)據(jù)中找到。38(b)坯體成分中存在多晶轉(zhuǎn)變時(shí)，應(yīng)密切注意。如系數(shù)熱反應(yīng)，則應(yīng)減緩供熱，以免出現(xiàn)熱突變，加劇體效應(yīng)而引起工作開裂；如系吸熱反應(yīng)，則可適當(dāng)加強(qiáng)供熱，并注意其溫度不一定上升，待轉(zhuǎn)變完后則應(yīng)減緩供熱，勿使升溫過快.。相變溫度亦可在綜合熱分析數(shù)據(jù)中找到。(c)有液相出現(xiàn)時(shí)升溫要謹(jǐn)慎。由于液相具有濕潤(rùn)性，可在加強(qiáng)粉粒之間的接觸，有利于熱的傳遞和減緩溫度梯度，且由于液相的無定形性，可以緩沖相變的定向漲縮，有利于提高升溫速度。但如升溫過猛，局部液相過多，由于來不及將固相溶入其中而使粘度加大時(shí)，則有可能由于自重后內(nèi)應(yīng)力的作用而使瓷件變形、坍塌，故升溫速度又不能太快。特別是當(dāng)液相由低共溶方式提供時(shí)，溫度稍許升高將使液相含量大為增加，或濕度顯著下降。只有當(dāng)固相物質(zhì)逐步溶入或新的化合物形成，使粘度上升或消耗液相時(shí)，才能繼續(xù)升溫。39(d)此外，不同電子陶瓷還可能有其特殊的升溫方式，如中間保溫、突躍升溫等。BaTiO3或PbTiO3為基本成分的正溫度系數(shù)熱敏電阻瓷即為一例。如果在700～800℃，突躍升溫至1100～1200℃，往往可以獲得優(yōu)異的阻—溫特性。40（2）最高燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間最高燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間兩者之間有一定的相互制約特性，可以一定程度地相互補(bǔ)償。通常最高燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間之間是可以相互調(diào)節(jié)的，以達(dá)到一次晶粒發(fā)展成熟，晶界明顯、交角近120°，沒有過分二次晶粒長(zhǎng)大，收縮均勻、氣孔小，燒結(jié)件緊致而又耗能量少為目的。（a）最高燒結(jié)溫度的確定在生產(chǎn)或研究工作中，某一具體瓷料最高燒結(jié)溫度的確定，當(dāng)然可在其有段相圖中找到有關(guān)的數(shù)值，但這只能作為參考。更主要的還是要靠綜合熱分析等具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來決定。因?yàn)椋谙鄨D總所反應(yīng)的往往只是主要成分而不是所有成分，而且粉粒的粗細(xì)與配比，成型壓力與坯密度，添加劑的類型與用量，其分布與混合情況等，都與最高燒結(jié)溫度密切相關(guān)，這些在相圖中是無法全面反映的。41（b）最高燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間的關(guān)系

對(duì)于絕大多數(shù)先進(jìn)的陶瓷，在燒結(jié)后期的再結(jié)晶過程，主要都受制于擴(kuò)散傳質(zhì)結(jié)構(gòu)，對(duì)于一般小型先進(jìn)陶瓷件，以及一般燒成溫區(qū)較寬的瓷件，可先定下保溫時(shí)間（1~3或更長(zhǎng)）再選定最高燒結(jié)溫度，因?yàn)楸貢r(shí)間過短，則不易準(zhǔn)確控制，難使溫度均勻。保溫時(shí)間過長(zhǎng)使晶粒長(zhǎng)大，又將浪費(fèi)熱能。不過對(duì)于燒成溫區(qū)特別窄的瓷料，則寧可最高燒結(jié)溫度選的低一些，保溫時(shí)間選的長(zhǎng)些，以免溫度的偶然上偏出現(xiàn)過燒廢品。42（c）粉料粒度與最高燒結(jié)溫度的關(guān)系一般來說，粉料粒度越細(xì)活性愈高，越容易燒結(jié)，這對(duì)燒結(jié)初期來說是顯而易見的，但并不見得細(xì)粒工件的最終密度，就必須比粗粒工具的大，這還得看燒結(jié)溫度喝保溫時(shí)間是怎樣安排的，粗粒坯體必須要高溫?zé)Y(jié)，細(xì)粒坯體必須采用較低的溫度，才能獲得致密陶瓷。43（3）降溫方式所謂降溫方式，是指瓷件燒好后的冷卻速度及其有關(guān)溫度。一般采用隨爐冷卻。442影響熱壓燒結(jié)的因素?zé)Y(jié)溫度、時(shí)間和物料粒度是三個(gè)直接影響熱壓燒結(jié)的因素。因?yàn)殡S著溫度升高，物料蒸汽壓增高，擴(kuò)散系數(shù)增大，黏度降低，從而促進(jìn)了蒸發(fā)-凝聚，離子和空位擴(kuò)散以及顆粒重排和粘性塑性流動(dòng)過程，使燒結(jié)加速。這對(duì)于黏性流動(dòng)和溶解-沉淀過程的燒結(jié)影響尤為明顯。延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間一般都會(huì)不同程度地促進(jìn)燒結(jié)，但對(duì)黏性流動(dòng)機(jī)理的燒結(jié)較為明顯，而對(duì)體積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散機(jī)理影響較小。

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然而在燒結(jié)后期，不合理地延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間，有時(shí)會(huì)加劇二次再結(jié)晶作用，反而得不到充分致密的制品。減小物料顆粒度則總表面能增大因而會(huì)有效加速燒結(jié)。但，在實(shí)際燒結(jié)過程中，除了上述這些直接因素外，尚有許多間接因素。例如通過控制物料的晶體結(jié)構(gòu)、晶界、粒界、顆粒堆積狀況和燒結(jié)氣氛以及引入微量添加物等，以改變燒結(jié)條件和物料活性，同樣可以有效地影響燒結(jié)速度。46（1）溫度和保溫時(shí)間的影響溫度和保溫時(shí)間是燒結(jié)的重要外因條件，提高燒結(jié)溫度和延長(zhǎng)保溫時(shí)間有利于燒結(jié)的進(jìn)行。燒結(jié)過程是隨著溫度提高試樣的氣孔率降低，致密度和強(qiáng)度不斷提高的過程。在晶體中晶格能愈大，離子結(jié)合也愈牢固，離子的擴(kuò)散也愈困難，所需燒結(jié)溫度也就愈高。各種晶體鍵合情況不同，因此燒結(jié)溫度也相差很大，即使對(duì)同一種晶體燒結(jié)溫度也不是—個(gè)固定不變的值。

提高燒結(jié)溫度無論對(duì)固相擴(kuò)散或?qū)θ芙?沉淀等傳質(zhì)都是有利的。但是單純提高燒結(jié)溫度不僅浪費(fèi)燃料，很不經(jīng)濟(jì)，而且還會(huì)促使二次結(jié)晶而使制品性能惡化。在有液相的燒結(jié)中，溫度過高使液相量增加，粘度下降，使制品變形。因此不同制品的燒結(jié)溫度必須仔細(xì)試驗(yàn)來確定。47由燒結(jié)機(jī)理可知，只有體積擴(kuò)散導(dǎo)致坯體致密化，表面擴(kuò)散只能改變氣孔形狀而不能引起顆粒中心距的逼近，因此不出現(xiàn)致密化過程，圖7.10表示表面擴(kuò)散、體積擴(kuò)散與溫度的關(guān)系。748在燒結(jié)高溫階段主要以體積擴(kuò)散為主，而在低溫階段以表面擴(kuò)散為主。如果材料的燒結(jié)在低溫時(shí)間較長(zhǎng)，不僅不引起致密化反而會(huì)因表面改變了氣孔的形狀而給制品性能帶來了損害。因此從理論上分析應(yīng)盡可能快地從低溫升到高溫以創(chuàng)造體積擴(kuò)散的條件。49外壓對(duì)燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：生坯成型壓力和燒結(jié)時(shí)的外加壓力（熱壓）。從燒結(jié)和固相反應(yīng)機(jī)理容易理解，成型壓力增大，坯體中顆粒堆積就較緊密，接觸面積增大，燒結(jié)被加速。與此相比，熱壓的作用是更為重要的。對(duì)熱壓燒結(jié)機(jī)理尚有不同看法，但從粘性、塑性流動(dòng)機(jī)理出發(fā)是不難理解的。因燒結(jié)后期坯體中閉氣孔的氣體壓力增大，抵消了表面張力的作用