(2)晶界开始移动,颗粒正常长大。与气孔接触的颗粒表面为空
位源,质点扩散以体积扩散和晶界扩散为主而扩散到气孔表
面,空位返乡扩散而消失。
(3)坯体气孔率降为5%左右,收缩达90%。
烧结末期:(1)进入烧结末期,气孔封闭,相互孤立,理想情况为四个颗粒包
围,近似球状。
(2)晶粒明显长大,只有扩散机理是重要的,质点通过晶界扩散和
体积扩散,进入晶界间近似球状的气孔中。
(3)收缩率达90~100%, 密度达理论值的95% 以上。
12、下列过程中哪一个能使烧结体强度增大,而不产生坯体宏观上的收缩? 试说 明之。
(a)蒸发冷凝; (b) 体积扩散; (c) 粘性流动; (d) 表面扩散; (e) 溶解沉淀
解:a,d能使烧结体强度增大,而不会产生坯体宏观上的收缩。因为这两种物质
传递仅涉及坯体表面形状的变化,而并没有涉及到坯体内部气孔体积的变化。这样,坯体表面颗粒间接触面积增大,粘附力增加,从而使烧结体强度增大,但不产生坯体宏观上的收缩。
13、有人试图用延长烧结时间来提高产品致密度,你以为此法是否可行,为什么? 解:延长烧结时间一般都为不同程度地促使烧结完成,但对粘性流动机理的烧结
较为明显,而对体积扩散和表面扩散机理影响较小。对体积扩散和表面扩散,低温下以表面扩散为主,高温下以体积扩散为主,而表面扩散并不改变为坯体的致密度,因此,可适当延长高温烧结时间。另外,在烧结后期,不合理的延长烧结时间,有时会加剧二次再结晶作用,反而得不到充分致密的制品。
14、材料的许多性能如强度、光学性能等要求其晶粒尺寸微小且分布均匀,工艺
上应如何控制烧结过程以达到此目的?
解:(1) 晶粒的大小取决于起始晶粒的大小,烧结温度和烧结时间;
(2) 防止二次再结晶引起的晶粒异常长大。
15、试分析二次再结晶过程对材料性能有何种效应?
解:二次再结晶发生后,由于个别晶粒异常长大,气孔进入晶粒内部,成为孤立
闭气孔,不易排除,使烧结速率降低甚至停止,坯体不再致密;加之大晶粒的晶界上有应力存在,使其内部易出现隐裂纹,继续烧结时坯体易膨胀而开裂,使烧结体的机械、电学性能下降。
16、特种烧结和常规烧结有什么区别? 试举例说明。
解:常规烧结过程主要是基于颗粒间的接触与键合,以及在表面张力推动下物质
的传递过程。其总体的推动力由系统表面能提供。这就决定了其致密化是有一定限度的。常规条件下坯体密度很难达到理论密度值。对于特种烧结,它是为了适应特种材料对性能的要求而产生的。这些烧结 过程除了常规烧结中由系统表面能提供的驱动力之外,还由特殊工艺条件增加了系统烧结的驱动力,因此提高了坯体的烧结速率,大大增加了坯体的致密化程度。例如热压烧结,它是加压成型与加压烧结同时进行的一种烧结工艺。由于同时加温加压,有利于粉末颗粒的接触、扩散和流动等传质过程,降低了烧结温度和烧结时间,抑制了晶粒的长大。其容易获得接近理论密度、气孔率接近零的烧结体。
17、(a) 烧结MgO时加入少量FeO,在氢气氛和氧分压低时都不能促进烧结,
只有在氧分压高的气氛下才促进烧结;
(b) 烧结Al2O3时,氢气易促进致密化而氮气妨碍致密化。试分析其原因。 解:(a) 对FeO,易形成负离子过剩型非化学计量化合物,其缺陷反应式为:
112FeFe?O2(g)?2FeFe??OO?VFe''或O2(g)?OO?VFe''?2h?,另外,22
在MgO的烧结中是正离子起扩散起控制作用的烧结过程,因而氧气氛
和氧分压较高是有利的。
(b) 烧结氧化铝Al2O3时,由于氢原子半径很小,扩散系数较大,易于扩散
而有利于闭气孔的清除;而原子半径大的氮则由于其扩散系数较小难
于扩散而阻碍烧结。
18、某磁性氧化物材料被认为是遵循正常晶粒长大方程。当颗粒尺寸增大超出1μm
的平均尺寸时,则磁性和强度等性质就变坏,未烧结前的原始颗粒大小为0.1μm 。烧结30分钟使晶粒尺寸长大为原来的3倍。因大坯件翘曲,生产车间主任打算增加烧结时间。你想推荐的最长时间是多少?
解:由D0=0.1μm 和t=30min,D=3D0=0.3μm可得:D2-D02=kt,K=0.08/30μm2/min,
D=1μm,12-(0.1)2=kt=0.08/30t,∴t=371.25min。
固相烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质和扩散传质,液相烧结的主要传质方式有溶解-沉淀传质和流动传质。固相烧结与液相烧结的共同点是烧结的推动力
都是表面能;烧结过程都是由颗粒重排、物质传递与气孔充填、晶粒生长等阶段组成。不同点是:由于流动传质比扩散传质速度快,因而致密化速率高;固相烧结主要与原料粒度和活性、烧结温度、气氛成型压力等因素有关,液相烧结与液相数量、液相性质、液-固润湿情况、固相在液相中的溶解度等有关。
一次渗碳体是从液态结晶时产生的,一般是较大的条块状,其大小和多少随合金的成份和冷却速度而定,在过共晶铁碳合金中常见到。这是一种金属间化合物,非金属的性质很明显,性能是硬而脆的,也就是常讲的Fe3C。生产中可通过长时间的高温扩散退火来进行消除。
二次渗碳体在降温时因含碳量变化从奥氏体中而沿晶界析出的,多在过共析钢中出现,一般都是呈网状,由于对性能的影响不利,常可通过正火来打断二次渗碳体网,以改善性能。
此外尚有三次渗碳体,这是在降温时因含碳量变化从铁素体中而沿晶界析出的,在各种钢中都可能出现,只是因为铁素体的碳溶解度变化不大,不易被发现,一般也是呈网状或断续网状。在多数钢中对性能的影响不大,但在低碳钢中有时会因三次渗碳体的出现使塑性下降很多,影响冲压、冷镦等到加工,这时可在加热到AC1以上然后的快速冷却来消除,也可用等温球化退火来处理使之球化。
材料科学基础相图习题DOC
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