烧结分析.pptx

第九章第九章 烧结烧结 概概述述烧烧结结过过程程及及机机理理再再结结晶晶和和晶晶粒粒长长大大影影响响烧烧结结的的因因素素第九章第九章 烧烧 结结9.1 概述概述 烧结过程是一门古老的工艺烧结过程是一门古老的工艺,早在公元前早在公元前3000年，人类就掌握了这门工艺，但对烧结理论的研年，人类就掌握了这门工艺，但对烧结理论的研究和发展仅开始于究和发展仅开始于20世纪中期。现在，烧结过程世纪中期。现在，烧结过程在许多工业部门得到广泛应用，如陶瓷、耐火材在许多工业部门得到广泛应用，如陶瓷、耐火材料、粉末冶金、超高温材料等生产过程中都含有料、粉末冶金、超高温材料等生产过程中都含有烧结过程。烧结过程。烧结的目的是把粉状材料转变为致密体，并赋烧结的目的是把粉状材料转变为致密体，并赋予材料特有的性能。予材料特有的性能。烧结得到块体材料是一种多烧结得到块体材料是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。烧结直接影响显微结构中晶粒尺寸和分布、气孔烧结直接影响显微结构中晶粒尺寸和分布、气孔大小形状和分布及晶界的体积分数等。大小形状和分布及晶界的体积分数等。从材料动力学角度看烧结过程的进行依赖于基从材料动力学角度看烧结过程的进行依赖于基本动力学过程本动力学过程扩散，因为所有传质过程都依赖扩散，因为所有传质过程都依赖于质点的迁移。烧结中粉末物料的种种变化，还于质点的迁移。烧结中粉末物料的种种变化，还会涉及到相变、固相反应等动力学过程，尽管烧会涉及到相变、固相反应等动力学过程，尽管烧结的进行在某些情况下并不依赖于相变和固相反结的进行在某些情况下并不依赖于相变和固相反应等的进行。烧结是材料高温动力学中最复杂的应等的进行。烧结是材料高温动力学中最复杂的动力学过程。动力学过程。无机材料的性能不仅与材料组成有关，还与无机材料的性能不仅与材料组成有关，还与材料的显微结构有关。配方相同而晶粒尺寸不同材料的显微结构有关。配方相同而晶粒尺寸不同的烧结体，由于晶粒在长度或宽度方向上某些参的烧结体，由于晶粒在长度或宽度方向上某些参数的叠加，晶界出现频率不同，从而引起材料性数的叠加，晶界出现频率不同，从而引起材料性能的差异。如细小晶粒有利于强度的提高；材料能的差异。如细小晶粒有利于强度的提高；材料的电学和磁学参数在很宽的范围内也收到晶粒尺的电学和磁学参数在很宽的范围内也收到晶粒尺寸的影响；寸的影响；除晶粒尺寸外，微结构中的气孔常成为应力除晶粒尺寸外，微结构中的气孔常成为应力的集中点而影响材料的强度；气孔又是光散射中的集中点而影响材料的强度；气孔又是光散射中心而使材料不透明；烧结过程可以通过控制晶界心而使材料不透明；烧结过程可以通过控制晶界移动而抑制晶粒的异常生长，或通过控制表面扩移动而抑制晶粒的异常生长，或通过控制表面扩散、晶界扩散和晶格扩散而填充气孔，改善材料散、晶界扩散和晶格扩散而填充气孔，改善材料性能。因此，当配方、原料粒度、成型等工序完性能。因此，当配方、原料粒度、成型等工序完成后，烧结是使材料获得预期的显微结构以使材成后，烧结是使材料获得预期的显微结构以使材料性能充分发挥的关键工序。料性能充分发挥的关键工序。研究物质在烧结过程中的各种物理化学变化。研究物质在烧结过程中的各种物理化学变化。对指导生产、控制产品质量，研制新型材料显得对指导生产、控制产品质量，研制新型材料显得特别重要。特别重要。一、烧结理论的研究与发展一、烧结理论的研究与发展 烧结理论的研究对象是粉末和颗粒的烧结烧结理论的研究对象是粉末和颗粒的烧结过程。这些粉末和颗粒可以使晶体或非晶体、过程。这些粉末和颗粒可以使晶体或非晶体、工程陶瓷或耐火材料、金属或合金。工程陶瓷或耐火材料、金属或合金。烧结理论的第一次飞跃：烧结理论的第一次飞跃：1945年，晶体中的粘性流年，晶体中的粘性流动、颗粒表面的原子迁移；动、颗粒表面的原子迁移；烧结理论的第二次飞跃：烧结理论的第二次飞跃：1971年，第二层面的烧结年，第二层面的烧结理论研究理论研究烧结理论的第三次飞跃：计算机模拟技术的运用和烧结理论的第三次飞跃：计算机模拟技术的运用和发展。发展。二二、烧结的定义、烧结的定义 压制成型后的粉状物料在低于熔点的高温压制成型后的粉状物料在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固坯体的过程。有一定的几何形状和坚固坯体的过程。通常用烧结收缩、强度、容重、气孔率等物理通常用烧结收缩、强度、容重、气孔率等物理指标来衡量物料烧结质量的好坏。指标来衡量物料烧结质量的好坏。三、烧结分类三、烧结分类 按照烧结时是否出现液相，可将烧结分为两类按照烧结时是否出现液相，可将烧结分为两类：固相烧结固相烧结液相烧结液相烧结烧结温度下基本上无液相出烧结温度下基本上无液相出现的烧结，如高纯氧化物之现的烧结，如高纯氧化物之间的烧结过程。间的烧结过程。有液相参与下的烧结，如多组有液相参与下的烧结，如多组分物系在烧结温度下常有液相分物系在烧结温度下常有液相出现。出现。近年来，在研制特种结构材料和功能材料的同时，产近年来，在研制特种结构材料和功能材料的同时，产生了一些新型烧结方法。如热压烧结，放电等离子体生了一些新型烧结方法。如热压烧结，放电等离子体烧结，微波烧结等。烧结，微波烧结等。三、烧结温度和熔点的关系三、烧结温度和熔点的关系 泰泰曼曼指指出出，纯纯物物质质的的烧烧结结温温度度Ts与与其其熔熔点点Tm有有如如下近似关系：下近似关系：金属粉末金属粉末TsTs（0.30.30.40.4）TmTm无机盐类无机盐类Ts0.57TmTs0.57Tm硅酸盐类硅酸盐类TsTs（0.80.80.90.9）TmTm实验表明，物料开始烧结温度常与其质点开始明实验表明，物料开始烧结温度常与其质点开始明显迁移的温度一致。显迁移的温度一致。9.2 烧结过程及机理烧结过程及机理 一、烧结过程一、烧结过程 首先从烧结体的宏观性质随温度的变化上首先从烧结体的宏观性质随温度的变化上来认识烧结过程。来认识烧结过程。+(一一)烧结温度对烧结体性质的影响烧结温度对烧结体性质的影响 +图图1 1是是新新鲜鲜的的电电解解铜铜粉粉(用用氢氢还还原原的的)，经经高高压压成成型型后后，在在氢氢气气气气氛氛中中于于不不同同温温度度下下烧烧结结2 2小小时时然然后后测测其其宏宏观观性性质质：密密度度、比比电电导导、抗抗拉拉强强度度，并并对对温温度度作作图图，以以考考察察温度对烧结进程的影响。温度对烧结进程的影响。比电导比电导(-1cm-3)密度密度(g/cm2)温度温度(C)图图1 烧结温度对烧结体性质的影响烧结温度对烧结体性质的影响l一比电导一比电导 2一拉力一拉力 3一密度一密度+结果与讨论结果与讨论：随烧结温度的升高，比电导和抗拉强度增加。随烧结温度的升高，比电导和抗拉强度增加。曲曲线线表表明明，在在颗颗粒粒空空隙隙被被填填充充之之前前(即即气气孔孔率率显显著著下下降降以以前前)，颗颗粒粒接接触触处处就就已已产产生生某某种种键键合合，使使得得电电子子可可以以沿沿着着键键合合的的地地方方传传递递，故故比电导和抗拉强度增大。比电导和抗拉强度增大。温温度度继继续续升升高高，物物质质开开始始向向空空隙隙传传递递，密密度度增增大大。当当密密度度达达到到理理论论密密度度的的90909595后后，其其增增加加速速度度显显著著减减小小，且且常常规规条条件件下下很很难难达达到到完完全全致致密密。说说明明坯坯体体中中的的空空隙隙(气气孔孔)完完全全排排除是很难的。除是很难的。烧结过程的模型示意图烧结过程的模型示意图 根根据据烧烧结结性性质质随随温温度度的的变变化化，我我们们可可以以把把烧烧结结过过程程用用下下图图的的模模型型来来表表示示，以以增增强强我我们们对对烧烧结结过过程程的的感感性认识。性认识。a)烧结前烧结前 b)烧结后烧结后铁粉烧结的铁粉烧结的SEM照片照片烧烧结结过过程程的的三三个个阶阶段段烧结初期烧结初期烧结中期烧结中期烧结后期烧结后期坯体中颗粒重排，接触处坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩产生键合，空隙变形、缩小（即大气孔消失），固小（即大气孔消失），固-气总表面积没有变化。气总表面积没有变化。传质开始，粒界增大，空传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。仍然连通，形如隧道。传质继续进行，粒子长大，传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密气孔变成孤立闭气孔，密度达到度达到95%以上，制品强以上，制品强度提高。度提高。二、烧结推动力二、烧结推动力 粉粉体体颗颗料料尺尺寸寸很很小小，比比表表面面积积大大，具具有有较较高高的的表表面面能能，即即使使在在加加压压成成型型体体中中，颗颗料料间间接接面面积积也也很很小小，总总表表面面积积很很大大而而处处于于较较高高能能量量状状态态。根根据据最最低低能能量量原原理理，它它将将自自发发地地向最低能量状态变化，使系统的表面能减少。向最低能量状态变化，使系统的表面能减少。烧烧结结是是一一个个自自发发的的不不可可逆逆过过程程，系系统统表表面面能降低能降低是推动烧结进行的基本动力。是推动烧结进行的基本动力。表面张力能使凹、凸表面处的蒸气压表面张力能使凹、凸表面处的蒸气压P分别低分别低于和高于平面表面处的蒸气压于和高于平面表面处的蒸气压Po，并可以用开尔，并可以用开尔文本公式表达：文本公式表达：对于球形表面对于球形表面 （1）对于非球形表面对于非球形表面 （2）表表面面凹凹凸凸不不平平的的固固体体颗颗粒粒，其其凸凸处处呈呈正正压压，凹凹处处呈呈负负压，故存在着使物质自凸处向凹处迁移。压，故存在着使物质自凸处向凹处迁移。如如果果固固体体在在高高温温下下有有较较高高蒸蒸气气压压，则则可可以以通通过过气气相相导导致致物物质质从从凸凸表表面面向向凹凹表表面面处处传传递递。此此外外若若以以固固体体表表面面的的空空位位浓浓度度C或或固固体体溶溶解解度度L分分别别代代替替式式2中中的的蒸蒸气气压压P，则则对对于于空空位位浓浓度度和和溶溶解解度度也也都都有有类类似似于于式式 2的的关关系系，并并能推动物质的扩散传递。能推动物质的扩散传递。可见，作为烧结动力的表面张力可以通可见，作为烧结动力的表面张力可以通过流动、扩散和液相或气相传递等方式过流动、扩散和液相或气相传递等方式推动物质的迁移。推动物质的迁移。三、三、烧结机理烧结机理(一一)颗粒的粘附作用颗粒的粘附作用(二二)物质的传递物质的传递1.颗粒的粘附作用颗粒的粘附作用 例子：例子：把把两两根根新新拉拉制制的的玻玻璃璃纤纤维维相相互互叠叠放放在在一一起起，然然后后沿沿纤纤维维长长度度方方向向轻轻轻轻地地相相互互拉拉过过，即即可可发发现现其其运运动动是是粘粘滞滞的的，两两根根玻玻璃璃纤纤维维会会互互相相粘粘附附一一段段时时间间，直直到到玻玻璃璃纤纤维维弯弯曲曲时时才才被被拉拉开开，这这说说明明两两根玻璃纤维在根玻璃纤维在接触处产生了粘附作用接触处产生了粘附作用。由此可见，粘附是固体表面的普遍性质，它起由此可见，粘附是固体表面的普遍性质，它起因于固体表面力。当两个表面靠近到表面力场作因于固体表面力。当两个表面靠近到表面力场作用范围时即发生键合而粘附。粘附力的大小直用范围时即发生键合而粘附。粘附力的大小直接取决于物质的表面能和接触面积，故粉状物料接取决于物质的表面能和接触面积，故粉状物料间的粘附作用特别显著。间的粘附作用特别显著。水膜的例子水膜的例子 因此，粘附作用是烧结初始阶段，导致粉体颗因此，粘附作用是烧结初始阶段，导致粉体颗粒间产生键合、靠拢和重排，并开始形成接触区粒间产生键合、靠拢和重排，并开始形成接触区的一个原因。的一个原因。(a)(b)被水膜包裹的两固体球的粘附被水膜包裹的两固体球的粘附 2.物质的传递物质的传递 在烧结过程中物质传递的途径是多样的，相应在烧结过程中物质传递的途径是多样的，相应的机理也各不相同。但如上所述，它们都是以的机理也各不相同。但如上所述，它们都是以表面张力作为动力的。表面张力作为动力的。有有流动传质流动传质、扩散传质、扩散传质、气相传质、气相传质、溶解、溶解沉淀传质。沉淀传质。流动传质（流动传质（液相烧结传质方式液相烧结传质方式）这是指在表面张力作用下通过变形、流动引起这是指在表面张力作用下通过变形、流动引起的物质迁移。属于这类机理的有粘性流动和塑的物质迁移。属于这类机理的有粘性流动和塑性流动。性流动。粘性流动传质粘性流动传质：若存在着某种外力场，如表面张力作用时，若存在着某种外力场，如表面张力作用时，则质点则质点(或空位或空位)就会优先沿此表面张力作用的就会优先沿此表面张力作用的方向移动，并呈现相应的定向物质流，其迁移方向移动，并呈现相应的定向物质流，其迁移量是与表面张力大小成比例的，并服从如下粘量是与表面张力大小成比例的，并服从如下粘性流动的关系：性流动的关系：F/SF/S剪切应力剪切应力 -流动速度梯度流动速度梯度 粘度系数粘度系数塑塑性性流流动动传传质质：如如果果表表面面张张力力足足以以使使晶晶体体产产生生位位错错，这这时时质质点点通通过过整整排排原原子子的的运运动动或或晶晶面面的的滑滑移移来来实实现现物物质质传传递递，这这种种过过程程称称塑塑性性流流动动。可可见见塑塑性性流流动动是是位位错错运运动动的的结结果果。与与粘粘性性流流动动不不同同，塑塑性性流流动动只只有有当当作作用用力力超超过过固固体体屈屈服服点点时时才才能能产产生生，其其流动服从宾汉流动服从宾汉(Bingham)型物体的流动规律即，型物体的流动规律即，式中，式中，是极限剪切力。是极限剪切力。烧结时的粘性流动和塑性流动都会出现烧结时的粘性流动和塑性流动都会出现在含有固、液两相的系统。当液相量较大并在含有固、液两相的系统。当液相量较大并且液相粘度较低时，是以黏性流动为主；而且液相粘度较低时，是以黏性流动为主；而当固相量较多或粘度高时则以塑性流动为主。当固相量较多或粘度高时则以塑性流动为主。扩散传质扩散传质（固相烧结传质方式）（固相烧结传质方式）扩扩散散传传质质是是指指质质点点(或或空空位位)借借助助于于浓浓度度梯梯度度推推动动而而迁迁移移的的传传质质过过程程。烧烧结结初初期期由由于于粘粘附附作作用用使使粒粒子子间间的的接接触触界界面面逐逐渐渐扩扩大大并并形形成成具具有有负负曲曲率率的的接接触触区区（颈颈部部）。在在表表面面张张力力的的作作用用下下，所所产产生生的的附附加加压压力力使使颈颈部部的的空空位位浓浓度度比比离离子其他部位的浓度大，存在一个过剩空位浓度。子其他部位的浓度大，存在一个过剩空位浓度。对对于于一一个个不不受受应应力力的的晶晶体体，其其空空位位浓浓度度Co是是取取决决于于温温度度T和形成空位所需的能量和形成空位所需的能量E 设应力对形成空位做功设应力对形成空位做功W+晶体受压应力：晶体受压应力：EpE+W+晶体受张应力：晶体受张应力：EE-W+EpE 即即EpEE+CpCP平平颈部表面凹面：颈部表面凹面：P凹凹P凹凹，即存在，即存在P因此气体从蒸气压高的表面向蒸气因此气体从蒸气压高的表面向蒸气压的底部流动，形成气相传质，又压的底部流动，形成气相传质，又称称蒸发凝聚传质机理。蒸发凝聚传质机理。+推动力形式：蒸气压差推动力形式：蒸气压差+传质方向：物质由表面向颈部迁移传质方向：物质由表面向颈部迁移+条件：高温、材料易升华而且具有较高条件：高温、材料易升华而且具有较高的蒸气压。的蒸气压。+特点：不改变中心距，材料难以致密，特点：不改变中心距，材料难以致密，只是气孔变形。只是气孔变形。+结论：气相传质通过延长烧结时间没有结论：气相传质通过延长烧结时间没有多大作用。多大作用。（4 4）溶解）溶解沉淀沉淀（液相烧结传质方式液相烧结传质方式）在在有有液液相相参参与与的的烧烧结结中中，若若液液相相能能润润湿湿和和溶溶解解固固相相，由由于小颗粒的表面能较大其溶解度也就比大颗粒的大。于小颗粒的表面能较大其溶解度也就比大颗粒的大。溶溶解解度度随随颗颗粒粒半半径径减减小小而而增增大大，故故小小颗颗粒粒将将优优先先溶溶解解，并并通通过过液液相相不不断断向向周周围围扩扩散散，使使液液相相中中该该物物质质的的浓浓度度随随之之增增加加，当当达达到到较较大大颗颗粒粒的的饱饱和和浓浓度度时时，就就会会在在其其表表面面沉沉淀淀析析出出。这这使使颗颗粒粒边边界界推推移移，大大小小颗颗粒粒间间空空隙隙逐逐渐渐被被填填充充，从从而而导导致致烧烧结和致密化。结和致密化。这种通过液相传质的机理称溶解这种通过液相传质的机理称溶解沉淀机理。沉淀机理。推动力形式推动力形式：溶解度差溶解度差(大小颗粒的溶解度不同大小颗粒的溶解度不同)反应的过程：反应的过程：液相的存在，使颗粒在毛细管力的作液相的存在，使颗粒在毛细管力的作用下，发生重排，颗粒发生相对的移动，用下，发生重排，颗粒发生相对的移动，使颗粒更紧密。使颗粒更紧密。+颗粒接触处局部应力使颗粒发生塑性的颗粒接触处局部应力使颗粒发生塑性的变形或蠕变，使颗粒进一步重排。变形或蠕变，使颗粒进一步重排。+液相能够溶解固相，小颗粒不断溶解，液相能够溶解固相，小颗粒不断溶解，在大颗粒的表面产生沉淀，使大颗粒长大。在大颗粒的表面产生沉淀，使大颗粒长大。结果与讨论结果与讨论烧结的机理是复杂和多样的，但都烧结的机理是复杂和多样的，但都是以表面张力为动力的。应该指出，是以表面张力为动力的。应该指出，对于不同物料和烧结条件，这些过对于不同物料和烧结条件，这些过程并不是并重的，往往是某一种或程并不是并重的，往往是某一种或几种机理起主导作用。当条件改变几种机理起主导作用。当条件改变时可能取决于另一种机理。时可能取决于另一种机理。9.3 晶粒生长与二次再结晶晶粒生长与二次再结晶 在烧结中，坯体多数是晶态粉状材料压制而成，在烧结中，坯体多数是晶态粉状材料压制而成，随烧结进行，坯体颗粒间发生再结晶和晶粒长大，随烧结进行，坯体颗粒间发生再结晶和晶粒长大，使坯体强度提高。所以在烧结进程中，高温下还同使坯体强度提高。所以在烧结进程中，高温下还同时进行着两个过程，时进行着两个过程，再结晶和晶粒长大再结晶和晶粒长大。尤其是在。尤其是在烧结后期，这两个和烧结并行的高温动力学过程是烧结后期，这两个和烧结并行的高温动力学过程是绝不对不能忽视的，它直接影响着烧结体的显微结绝不对不能忽视的，它直接影响着烧结体的显微结构构(如晶粒大小，气孔分布如晶粒大小，气孔分布)和强度等性质。和强度等性质。一、初次再结晶一、初次再结晶 初初次次再再结结晶晶是是指指从从塑塑性性变变形形的的、具具有有应应变变的的基基质中，生长出新的无应变晶粒的成核和长大过程质中，生长出新的无应变晶粒的成核和长大过程。初次再结晶常发生在金属中，无机非金属材料初次再结晶常发生在金属中，无机非金属材料特别是特别是些软性材料些软性材料NaCl、CaF2等，由于较易发生等，由于较易发生塑性变形，所以也会发生初次再结晶过程。另外，塑性变形，所以也会发生初次再结晶过程。另外，由于无机非金属材料烧结前都要破碎研磨成粉料，由于无机非金属材料烧结前都要破碎研磨成粉料，这时颗粒内常有残余应变，烧结时也会出现初次再这时颗粒内常有残余应变，烧结时也会出现初次再结晶现象。下图是有应变的结晶现象。下图是有应变的NaCl退火时晶粒长大情退火时晶粒长大情况。况。时间时间(分分)晶粒直径晶粒直径(mm)在在400受受400g/mm2应力作用的应力作用的NaCl晶体，置于晶体，置于470再结晶的情况再结晶的情况 推动力推动力初次再结晶过程的推动力是初次再结晶过程的推动力是基基质塑性变形所增加的能量质塑性变形所增加的能量。一一般般储储存存在在变变形形基基质质中中的的能能量量约约为为0.51Calg的的数数量量级级，虽虽然然数数值值较较熔熔融融热热小小得得多多(熔熔融融热热是是此此值值的的1000倍倍甚甚至至更更多多倍倍)，但但却足够提供晶界移动和晶粒长大所需的能量。却足够提供晶界移动和晶粒长大所需的能量。初次再结晶也包括两个步骤：初次再结晶也包括两个步骤：成核和长大成核和长大。晶粒长大通常需要一个诱导期，它相当于不稳定晶粒长大通常需要一个诱导期，它相当于不稳定的核胚长大成稳定晶核所需要的时间。的核胚长大成稳定晶核所需要的时间。最终晶粒大小取决于成核和晶粒长大的相对最终晶粒大小取决于成核和晶粒长大的相对速率。由于这两者都与温度相关，故总的结晶速速率。由于这两者都与温度相关，故总的结晶速率随温度而迅速变化。如图所示。由图可见，提率随温度而迅速变化。如图所示。由图可见，提高再结晶温度，最终的晶粒尺寸增加，这是由于高再结晶温度，最终的晶粒尺寸增加，这是由于晶粒长大速率比成核速率增加的更快。晶粒长大速率比成核速率增加的更快。烧结温度对烧结温度对AlN晶粒尺寸的影响晶粒尺寸的影响 二、晶粒长大二、晶粒长大 概念在烧结中、后期，细小晶粒逐渐在烧结中、后期，细小晶粒逐渐长大，而一些晶粒的长大过程也长大，而一些晶粒的长大过程也是另一部分晶粒的缩小或消失过是另一部分晶粒的缩小或消失过程，其结果是平均晶粒尺寸增加程，其结果是平均晶粒尺寸增加 这这一一过过程程并并不不依依赖赖于于初初次次再再结结晶晶过过程程；晶晶粒粒长长大大不不是是小小晶晶粒粒的的相相互互粘粘接接，而而是是晶晶界界移移动动的的结结果果。其其含含义义的的核核心心是是晶晶粒粒平平均均尺寸增加尺寸增加。小小晶晶粒粒生生长长为为大大晶晶粒粒使使界界面面面面积积减减小小，界界面面自自由由能能降降低低，晶晶粒粒尺尺寸寸由由1m变变化化到到lcm，相应的能量变化为，相应的能量变化为0.1-5Cal/g。推动力推动力晶粒长大的推动力是晶界过剩的晶粒长大的推动力是晶界过剩的自由能，即自由能，即晶界两侧物质的自由晶界两侧物质的自由焓之差焓之差是使界面向曲率中心移动是使界面向曲率中心移动的驱动力。的驱动力。+1.方式：方式：通过晶界的推移通过晶界的推移+对对A：晶界为凸面：晶界为凸面+对对B：晶界为凹面：晶界为凹面+GS TV P（系（系统只作膨胀功）统只作膨胀功）+若烧结过程中恒温：若烧结过程中恒温：T0+GV PV（1/r1+1/r2)+G0，A质点向质点向B迁移，迁移，+晶界由晶界由B向向A迁移。迁移。晶粒正常长大时，如果晶界受到第二相杂晶粒正常长大时，如果晶界受到第二相杂质的阻碍，其移动可能出现三种情况。质的阻碍，其移动可能出现三种情况。1晶界能量较小，晶界移动被杂质或气孔所晶界能量较小，晶界移动被杂质或气孔所阻挡，晶粒正常长大停止。阻挡，晶粒正常长大停止。2晶界具有一定的能量，晶界带动杂质或气孔晶界具有一定的能量，晶界带动杂质或气孔继续移动，这时气孔利用晶界的快速通道继续移动，这时气孔利用晶界的快速通道 排除，坯体不断致密。排除，坯体不断致密。3晶界能量大，晶界越过杂质或气孔，把气孔晶界能量大，晶界越过杂质或气孔，把气孔包裹在晶粒内部。由于气孔脱离晶昂界，再不包裹在晶粒内部。由于气孔脱离晶昂界，再不能利用晶界这样的快速通道而排除，使烧结停能利用晶界这样的快速通道而排除，使烧结停止，致密度不再增加。这时将出现二次再结晶止，致密度不再增加。这时将出现二次再结晶现象。现象。三、二次再结晶三、二次再结晶二次再结晶是坯体中少数大晶粒尺二次再结晶是坯体中少数大晶粒尺寸的异常增加，其结果是个别晶粒寸的异常增加，其结果是个别晶粒的尺寸增加。的尺寸增加。概念简言之，当坯体中有少数大晶粒存在时，这些大晶粒往往简言之，当坯体中有少数大晶粒存在时，这些大晶粒往往成为二次再结晶的晶核，晶粒尺寸以这些大晶粒为核心异成为二次再结晶的晶核，晶粒尺寸以这些大晶粒为核心异常生长。常生长。推动力推动力推动力仍然是晶界过剩推动力仍然是晶界过剩界面能。界面能。二二次次再再结结晶晶发发生生后后，气气孔孔进进入入晶晶粒粒内内部部，成成为为孤孤立立闭闭气气孔孔，不不易易排排除除，使使烧烧结结速速率率降降低低甚甚至至停停止止。因因为为小小气气孔孔中中气气体体的的压压力力大大，它它可可能能迁迁移移扩扩散散到到低低气气压压的的大大气气孔孔中中去去，使使晶界上的气孔随晶粒长大而变大。晶界上的气孔随晶粒长大而变大。产产生生原原因因造成二造成二次再结次再结晶的原晶的原因因主要主要是原始是原始物料粒物料粒度不均度不均匀及烧匀及烧结温度结温度偏高偏高其次是其次是成型压成型压力不均力不均匀及局匀及局部有不部有不均匀的均匀的液相液相等等 但是，并不是在任何情况下二次再结晶但是，并不是在任何情况下二次再结晶过程都是有害的。过程都是有害的。在现代新材料的开发中常利用二次再结在现代新材料的开发中常利用二次再结过程来生产一些特种材料。如过程来生产一些特种材料。如铁氧体硬磁材铁氧体硬磁材料料BaFel2019的烧结中，控制大晶粒为二次的烧结中，控制大晶粒为二次再结晶的晶核，利用再结晶的晶核，利用二次再结晶形成择优取二次再结晶形成择优取向向，使磁畴取向一致，从而得到高磁导率的，使磁畴取向一致，从而得到高磁导率的硬磁材料。硬磁材料。9.4 9.4 烧结影响因素烧结影响因素+一、粒度：一、粒度：颗粒颗粒r、扩散时间、扩散时间粒度均匀，避免二次再结晶粒度均匀，避免二次再结晶+二、外加剂二、外加剂1.降低出现液相的温度和液相粘度降低出现液相的温度和液相粘度2.不等价置换，与坯料形成固溶体不等价置换，与坯料形成固溶体3.阻止晶型转变，避免坯体开裂阻止晶型转变，避免坯体开裂4.杂质偏聚，减缓晶界推移速率，有利于气泡排出。杂质偏聚，减缓晶界推移速率，有利于气泡排出。5.扩大烧结范围。扩大烧结范围。