第10章答案.wps资料文档下载

1、是指多晶体材料在高温保温过程中系统平均晶粒尺寸逐步上升的现象.（8）二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。10-2 烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理?解：推动力有：（1）粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能的差值，烧结推动力与相变和化学反应的能量相比很小，因而不能自发进行，必须加热!（2）颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差，（3）表面能与颗粒之间形成的毛细管力。传质方式：（1）扩散（表面扩散、界面扩散、体积扩散）；（2）蒸发与凝聚；（3）溶解与沉淀；（4）黏滞流动和塑性流动等，一般烧结过程中各不同阶段有

2、不同的传质机理，即烧结过程中往往有几种传质机理在起作用。10-3 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?试说明理由。（1）蒸发冷凝；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）晶界扩散；（5）表面扩散；（6）溶解沉淀 解：蒸发凝聚机理（凝聚速率颈部体积增加）烧结时颈部扩大，气孔形状改变，但双球之间中心距不变，因此坯体不发生收缩，密度不变。10-4 什么是烧结过程？烧结过程分为哪三个阶段？各有何特点？烧结过程：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的粘结结合以提高其强度。烧结过程大致可以分为三个界线不十分明显的阶段。（1）液相流动与颗粒重排阶段：温度

3、升高，出现足够量液相，固相颗粒在DP 作用下重新排列，颗粒堆积更紧密；（2）固相溶解与再析出：接触点处高的局部应力 塑性变形和蠕变 颗粒进一步重排；（3）固相的的烧结：小颗粒接触点处被溶解较大颗粒或自由表面沉积晶粒长大形状变化不断重排而致密化。10-5 烧结的模型有哪几种？各适用于哪些典型传质过程？粉体压块：蒸发凝聚双球模型：有液相参与的粘性蠕变 扩散Kingery 和 LSW：溶解-沉淀 10-6 某氧化物粉末的表面能是 1000erg/cm2，烧结后晶界能是 550erg/cm2，若用粒径为 1m 的粉料（假定为方体）压成 1cm3的压块进行烧结，试计算烧结时的推动力。2x（1000/1x

4、 10-4-550/1x10-2）=1.99x107 erg/cm3 10-7 有粉粒粒度为 5m，若经 2h 烧结后，x/r0.1。如果不考虑晶粒生长，若烧结至 x/r 0.2。并分别通过蒸发凝聚、体积扩散、粘性流动、溶解沉淀传质，各需多少时间？若烧结 8h，各个传质过程的颈部增长 x/r 又是多少？根据查得各传质方式公式可得：时间分别为 16h，64h，8h，128h，若只烧结 8h，则 X/R 分别为 0.141/3，0.14 1/5，0.2，0.141/6。10-8 如上题粉料粒度改为 16m，烧结至 x/r0.2，各个传质需多少时间？若烧结时间为 8h，各个过程的 x/r 又是多少？

5、从两题计算结果，讨论粒度与烧结时间对四种传质过程的影响程度？蒸发凝聚：颗粒粒度愈小烧结速率愈大。初期 x/r 增大很快，但时间延长，很快停止；体积扩散：烧结时间延长，推动力减小。在扩散传质烧结过程中，控制起始粒度很重要；粘性流动：粒度小为达到致密烧结所需时间短，烧结时间延长，流变性增强；溶解沉淀：粒度小，传质推动力大。烧结时间延长，晶粒致密程度增加。10-9 试就（1）推动力来源；（2）推动力大小；（3）在陶瓷系统的重要性来区别初次再结晶、晶粒长大和二次再结晶。晶粒生长材料热处理时，平均晶粒连续增大的过程。推动力：基质塑性变形所增加的能量提供了使晶界移动和晶粒长大的足够能量。晶粒生长取决于晶界

6、移动的速率。二次再结晶（晶粒异常生长或晶粒不连续生长）少数巨大晶体在细晶消耗时成核-长大过程。大、小晶粒表面能的不同。二次再结晶 晶粒长大 不均匀生长 均匀生长不符合 Dl=d/f 符合 Dl=d/f 气孔被晶粒包裹 气孔排除 界面上有应力 界面无应力 10-10 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？不可行。蒸发凝聚机理（凝聚速率颈部体积增加）此类传质不能靠延长时间达到烧结。高温短时间烧结是制造致密陶瓷材料的好方法。10-11 假如直径为 5m 的气孔封闭在表而张力为 280dayn/cm2的玻璃内，气孔内氮气压力是 0.8atm，当气体压力与表面张力产生的负压

7、平衡时，气孔尺寸是多少?2x280 x0.001/r=0.8x101325r=6.9m 10-12 在 1500，MgO 正常的晶粒长大期间，观察到晶体在 1h 内从直径从 1m 长大到 10m，在此条件下，要得到直径 20m的晶粒，需烧结多长时间？如已知晶界扩散活化能为 60kcal/mol，试计算在 1600下 4h 后晶粒的大小，为抑制晶粒长大，加入少量杂质，在 1600下保温 4h，晶粒大小又是多少?烧结数率常数和温度关系服从阿累尼乌斯方程：即 （1）其中：为常数，Q 为晶界扩散活化能，在正常的晶粒长大期间，晶粒直径与时间关系为：（2）其中为时晶粒的平均尺寸。在加入少量杂质时，晶粒直径

8、与时间关系为：（3）在 1500时，MgO 正常生长时，由（2）有99再由（1）有5789.5则在 1500正常生长条件下，达到所需时间为：在 1600时122.83由（2）22.2 加入杂质后由（3）有7.9 10-13 假定 NiCr2O4的表面能为 600erg/cm2，由半径 0.5m 的 NiO 和 Cr2O3粉末合成尖晶石。在 1200和 1400时 Ni2和 Cr3离子的扩散系数分别为：Ni2在 NiO 中 D147311011；D1673310 10cm2/s；Cr3在 Cr2O3中 D1473710 11 cm2/s，D167310 9cm2/s；求在 1200和 1400烧

9、结时，开始 1h 的线收缩率是多少？（假定扩散粒子的半径为 0.059nm）解：线收缩率：1200,对 NiO 和 Cr2O3粉末,其则可求出 K1473,同理,可求出 K1673,代入上式,即可求出式中 g=600erg/cm2,=0.59T=1473K,1673K,r=0.5m 10-14 在制造透明 Al2O3材料时，原始粉料粒度为 2m，烧结至最高温度保温 0.5h，测得晶粒尺寸 10m，试问若保温时间为 2h，晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入 0.1MgO，此时若保温时间为 2h，晶粒又有尺寸多大？由 在此条件下保温,设直径为则有：即求加入少量的 MgO 时：由 10-15 在 15

10、00Al2O3正常晶粒生长期间，观察到晶体在 1h 内从 0.5m 直径长大到 10m。如已知晶界扩散活化能为 335kJ/mol，试预测在 1700下保温时间为 4h 后，晶粒尺寸是多少？你估计加入 0.5MgO 杂质对 Al2O3晶粒生长速度会有什么影响？在与上面相同条件下烧结，会有什么结果，为什么？由 由 在 1700时，由，有 加入 0.5MgO 时，会抑制 Al2O3晶粒生长，抑制现象会更加明显，原因是由于晶界移动时遇到的杂质（MgO）更多，限制了晶粒的生长。10-16 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?（1）晶粒的大

11、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。10-17 晶界移动通遇到夹杂物时会出现哪几种情况？从实现致密化目的考虑，晶界应如何移动？怎样控制？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。（1）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。（2）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，把气孔包裹在晶粒内部。由于气孔脱离晶界，再不能利用晶界这样的快速通道排除，使烧结停止，致密度不再增加，这将出现二次再结晶现象。从实现致密化目的

12、考虑，晶界应按第二种情况移动，控制晶界的能量以增加致密度。10-18 在烧结时，晶粒生长能促进坯体致密化吗？晶粒生长会影响烧结速率吗？试说明之。在烧结时，晶粒生长能促进坯体的致密化。在烧结中、后期，细小晶粒逐渐长大，而晶粒的长大过程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大。晶粒长大不是晶粒的相互粘接，而是晶界移动的结果。推动晶粒长大的是晶界的自由能，随着晶粒的长大，使界面面积减小，从而促进坯体致密化。10-19 试分析二次再结晶过程对材料性能有何种效应?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,肧体不再致密；加之

13、大晶粒的晶界上有应力存在,使其内部易出现隐裂纹,继续烧结时肧体易膨胀而开裂,使烧结体的机械,电学性能下降。10-20 特种烧结和常规烧结有什么区别？试举例说明。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

14、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。10-21（1）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；（2）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。（1）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：另外,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。（2）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

15、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。10-22 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 1m 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 0.1m。烧结 30min 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?由 D0=0.1m 和 t=30min,D=3D0=0.3m 可得：D2-D02=kt K=0.08/30m2/min D=1m,12-（0.1）2=kt=0.08/30t t=371.25min 10-23 分析添加物是如何影响烧结的。（1）外加剂与烧结主体形成固溶体 两者离子产生的晶格畸变程度越大，越有利于烧结。例