陶瓷固相燒結介紹

        單一陶瓷粉體的燒結常常屬于典型的固相燒結，即在燒結過程中沒有液相的形成，陶瓷坯體致密化主要是通過蒸發和凝聚、擴散傳質等傳質方式實現的。
        蒸發一凝聚的傳質方式一般僅僅在高溫下蒸氣壓較大的系統內進行，如氧化鋯、氧化鈹和氧化鐵的燒結，燒結體中顆粒的頸部增長只在開始時比較顯著，隨著燒結的進行，頸部增長很快就停止了。因此對這類傳質過程用延長燒結時間不能達到促進燒結的效果。從工藝控制角度考慮，兩個重要的變量是原始粉料起始粒度和燒結溫度。粉末的起始粒度愈小，燒結速率愈大。由于飽和蒸氣壓隨溫度而呈指數地增加，因而提高溫度對燒結有利。蒸發一凝聚的傳質方式需要產生足夠高的蒸氣壓，一般陶瓷材料在燒結溫度附近往往滿足不了這一要求，因此單純通過蒸發一凝聚的傳質方式實現陶瓷制品的燒結并不多見。



        對于進行固相燒結的陶瓷材料，由于高溫下蒸氣壓低，此時往往固體內擴散傳質的方式更為重要。擴散傳質的推動力是作用在陶瓷顆粒頸部的張應力。由于顆粒頸部及接觸區域作用力的不同（頸部為張應力，接觸區域為壓應力．導致顆粒中空位的濃度在不同的區域產生差異，一般是頸部的空位濃度最大，顆粒內部次之，顆粒接觸部位則最小。這樣空位便從頸部向接觸部位傳輸。固體質點的擴散方向與空位的擴散是相反的，從而實現質點向頷部擴散、逐步排除氣孔的致密化過程。對以擴散傳質為主的固相燒結，從工藝角度考慮需要控制的主要變量如下。
    ①燒結時間。擴散傳質的致密化速率隨時間增長而穩定下降，并產生一個明顯的終點密度。從擴散傳質機理可知，隨頸部擴大，曲率半徑增大，傳質的推動力——空位濃度差逐漸減小。因此以擴散傳質為主要傳質手段的燒結，用延長燒結時間來達到坯體致密化的目的是不妥當的，對這一類燒結宜采用較短的保溫時間。
    ②原料的起始粒度。大顆粒原料在很長時間內也不能充分燒結，而小顆粒原料在同樣時間內致密化速率很高。
    ③溫度對燒結過程有決定性的作用。升高溫度，固相擴散系數明顯增大，將會加快燒結。

        固相燒結雖然可以實現先進陶瓷成型坯體的燒結，但是如上所述，燒結體中總是存在一定的孔隙率，無法獲得完全致密或接近完全致密的燒結體，因此固相燒結的方式在陶瓷燒結中并不常見。事實上，由于實際陶瓷粉體中含有少量雜質，或者高溫下出現的“接觸”熔融現象，大多數陶瓷坯體在燒結過程中都會或多或少地出現液相。因此，純粹的固相燒結不易實現，取而代之的是液相燒結在先進陶瓷材料的制造過程中應用廣泛。