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粉末冶金烧结总结报告 叶星平 一． 概述 烧结是：对粉末或压坯在低于主要组分熔点（约 0.7~0.8T 绝对温度 ）温 度下保温，使颗粒相互联结（粒界变为晶界），减小或除去颗粒间的 缝隙和孔洞，提高烧结体密度和强度。 烧结过程中发生的物理化学变化：水分或有机物的蒸发或挥发， 吸附气体的排除，应力的消除，粉末颗粒表面氧化物的还原；原子间 发生扩散，粘性流动和塑性流动，晶粒间的接触面积增大，再结晶等； 还可能有固相的溶解和重结晶。很复杂。 二． 烧结的驱动力： 粉末颗粒比一大块的烧结体的比表面积大得多，粉末表面的原子 都倾向于变成内部原子来降低能量 （能量越低越稳定）这些由粉末变 成烧结体减少的表面能就是烧结能够进行的主要驱动力。还有由于晶 格的缺陷所贮存的能量也是驱动力。 烧结中的物质迁移方式：表面迁移和体积迁移。表面迁移主要： 表面扩散，蒸发-凝聚；体积迁移主要：体积扩散，晶界扩散，塑性 流动，粘性流动。 三、 烧结三个阶段：粘结阶段，烧结颈长大阶段，闭孔隙球化和缩 小阶段。 1、开始阶段（粘结和烧结颈长大阶段） 粉末颗粒间的点接触能导致烧结颈的长大，这个过程的物质迁移 机构有： 粘性流动机构：在应力的作用下，原子或空位顺着应力的方向发 生流动。颗粒中心距离不发生变化，表面物质的迁移填充到接触颈部。 体积扩散机构：由于存在空位浓度面使原子发生流动，粉末颗粒中心 距离减小。 蒸发-凝聚机构：在颗粒外表面的曲率半径与接触颈部的曲率半 径是不相同的，接触点以外的表面的物质更易蒸发，然后在接触点凝 聚，使烧结颈长大。对烧结后期的孔隙球化起作用。仅发生在高蒸汽 压物质的烧结过程中。 表面扩散机构：表面的原子和表面的空位相互交换位置。粉末表 面在原子尺度上来看是凹凸不平的，即使没有畸变，表面也是阶梯状 而不是连续的，所以表面原子很容易发生扩散和移动，低温烧结时占 主导的是表面扩散。 晶界扩散机构：颗粒内部及表面的原子通过晶界向烧结颈移动， 所以颗粒中心距离会缩小。靠近晶界的孔隙总是优先被迁移过来的原 子填充。 塑性流动机构：烧结颈长大和形成可以看做是金属粉末在表面张 力作用下发生塑性变形的结果。仅适用于金属粉末烧结的早期阶段。 烧结过程中粉末颗粒的粘结是一个十分复杂的过程，多种因素中的主 导因素视具体情况而定：细粉末颗粒烧结时表面扩散机构贡献更多； 高温烧结时是体积扩散机构；某些易蒸发的金属粉末时是蒸发-凝聚 机构；加压烧结时起主要作用的是塑性流动机构。 2、中间阶段烧结 中间烧结阶段是决定压坯性能的最重要阶段。表征为烧结体的 致密化和晶粒长大。此阶段烧结速率由晶粒边界和孔隙的几何形状控 制。孔隙与晶界之间的两种作用形式：孔隙可能在晶粒长大时被运动 着的晶界所平直化；晶界可能从孔隙处中断。占据在晶粒的棱边的孔 隙会使烧结块致密化，占据在晶粒内部的孔隙会成为闭孔隙，没有致 密化的发生。 因此为了增大烧结块的最终密度，可采取控制温度、加入第二相 杂质（氧化物颗粒）、使用更均匀的粉末颗粒等措施。 在粉末为加压烧结的致密化过程中，体积扩散和晶界扩散器主导 作用，促进烧结过程需要高温来提高空位或与原子的扩散系数。在致 密化的后期要防止晶粒长大 （加入少量耐高温的、细的碳化物或氧化 物等添加剂）和晶界减少甚至可积极制造晶界。 3 ．最终烧结阶段 在体积扩散机构作用下发生孔隙的孤立、球化和收缩。晶粒的长 大晶界的迁移被孔隙中断，然后继续迁移把孔隙包容在晶粒内部导致 孔隙的孤立。晶界被孔隙中断后，孔隙的倾向于球化。被包容在晶粒 内部后，孔隙必须由空位扩散到晶界地区以进行收缩，这是一个缓慢 的过程。孔隙的收缩和消失是致密化的主要过程，孔隙内封闭的气体 会抑制其收缩和消失。体积扩散物质迁移机构对孔隙收缩是需要的。 在烧结最终阶段，孔隙消失的速率取决于孔隙密度、孔隙半径、体积 扩散、晶粒大小以及应力的作用。 4 ．烧结体显微组织的变化 （1）. 孔隙的变化 接触点粘结，烧结颈长大开孔隙被填满最后只剩下隔断的闭孔隙。 之后小的闭孔隙消失，大的闭孔隙长大并球化，最后球形的大的闭孔 隙稳定存在。 （2 ）. 再结晶与晶粒粗化 在压制成型的过程中，粉末颗粒受到一定的加工变形，存在形变 储存能，因此在