烧结过程中,晶粒生长具有的规律,简单描述。
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发布时间：2022-05-02 20:20
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时间：2022-06-26 20:08
一 晶粒生长
在烧结的中、后期，细晶粒要逐渐长大，而一些晶粒生长过程也是另一部分晶粒缩小或消灭的过程。其结果是平均晶粒尺寸都增长了。这种晶粒长大并不是小晶粒的相互黏结，而是晶界移动的结果。在晶界两边物质的吉布斯自由能之差是使界面向曲率中心移动的驱动力。晶界移动的速率是与晶界曲率以及系统的温度有关。温度升高和曲率半径越小，晶界向其曲率中心移动的速率也越快， 气孔在晶界上是随晶界移动还是阻止晶界移动，这与晶界曲率有关，也与气孔直径、数量、气孔作为空位源向晶界扩散的速率、气孔内气体压力大小、包围气孔的晶粒数等因素有关。 约束晶粒生长的另一个因素是有少量液相出现在晶界上。少量液相使晶界上形成两个新的固-液界面，从而界面移动的推动力降低和扩散距离增加。因此少量液相可以起到抑制晶粒长大的作用。
根据由许多颗粒组成的多晶体界面移动情况得到以下几条规则： 1.晶界上有界面能的作用，因此晶粒形成一个在几何学上与肥皂泡相似的三维阵列。 2．晶粒边界如果都具有基本上相同的表面张力，晶粒呈正六边形。 3．在晶界上的第二类夹杂物（杂质或气泡）,如果它们在烧结温度下不与主晶相形成液相,则将阻碍晶界移动。 在烧结体内晶界移动有以下七种方式： 气孔靠晶格扩散移动； 气孔靠表面扩散移动； 气孔靠气相传递； 气孔靠晶格扩散聚合； 气孔靠晶界扩散聚合； 单相晶界本征迁移； 存在杂质牵制晶界移动。
二、二次再结晶
二次再结晶的推动力是大晶粒界面与临近高表面能和小曲率半径的晶面相比有较低的表面能，在表面能的驱动下，大晶粒界面向曲率半径小的晶粒中心推进，以致造成大晶粒进一步长大与小晶粒的消失。 晶粒生长与二次再结晶的区别在于前者坯体内晶粒尺寸均匀地生长，服从（9-42）公式。而二次再结晶是个别晶粒异常生长，不服从（9-42）式，晶粒生长是平均尺寸增长，不存在晶核，界面处于平衡状态，界面上无应力。二次再结晶的大晶粒界面上有应力存在。晶粒生长时气孔艘维持在晶界上或晶界交汇处，二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部。 从工艺控制考虑，造成二次再结晶的原因主要是原始粒度不均匀、烧结温度偏高和烧结速率太快。其他还有坯体成型压力不均匀，局部有不均匀液相等。为避免气孔封闭在晶粒内，避免晶粒异常生长，应防止致密化速率太快。
三、晶界再烧结中的应用
晶界在多晶体中不同晶粒之间的交界面，据估计晶界宽度约为5-60nm。晶界上原子排列疏松霍乱，在烧结传质和晶粒生长过程中晶界对坯体致密化起着十分重要的作用。由于烧结体中气孔形状是不规则的，晶界上气孔的扩大、收缩或稳定与表面张力、润湿角、包围气孔的晶粒数有关，还与晶界迁移率、气孔半径、气孔内气压高低等因素有关。 在离子晶体中，晶界是阴离子快速扩散的通道。离子晶体的烧结与金属材料不同。阴、阳离子必须同时扩散才能导致物质的传递与烧结。晶界上溶质的偏聚可以延伸晶界的移动名家素坯体致密化，为了从坯体中完全排除气孔，获得致密烧结体,空位扩散必须在晶界上保持相当高的速率/只有通过抑制晶界的移动才能使气孔在烧结的始终都保持在晶界上，避免晶粒的不连续生长。利用溶质在晶界上偏析的特征，在坯体中添加少量溶质（烧结助剂），就能达到抑制晶界移动的目的。
