陶瓷燒結的階段有哪些?燒結過程物質遷移機制的模型研究主要集中在單組元體系的燒結過程。根據燒結體的結構特征,常將燒結體過程劃分為3個階段,燒結初期、燒結中期、燒結后期。在燒結過程中,燒結動力學涉及燒結頸的形成、致密化和晶粒長大過程,在燒結初期,以燒結頸的形成為標志;在燒結中后期,主要以坯體的致密化和晶粒長大為主。但是由于燒結過程十分復雜,經典固相燒結模型只能針對燒結中單個階段,單個經典燒結模型不能對應整個燒結過程。
1.3.1 燒結初期
一般認為,在燒結初期的過程中,粒子在分子間作用力下,接觸面積從零逐漸增加至粒子大橫截面積的 20%。在燒結初期,通常只涉及燒結頸的形成和長大。燒結初期對致密化的貢獻很小,只伴隨幾個百分比的體積收縮,且不涉及晶粒生長過程,這是因為燒結頸的固-氣表面接觸區所形成的二面角為銳角,對晶界運動產生阻礙作用。隨著燒結初期燒結頸逐漸長大,在燒結頸表面由于頸部生長而變得鈍化之后,對晶界運動的抑制逐漸減弱,直至晶粒生長成為可能。當發生晶粒生長時,認為燒結的初始階段終止。
1.3.2 燒結中期
燒結中期開始于晶粒正常生長之后,物質沿著顆粒之間的結合面繼續遷移使燒結頸擴大,并伴隨顆粒間品界的廣泛形成,所形成的孔隙相互連通,呈網絡狀結構,并且孔隙與晶界相交。在燒結中期階段,為了簡化定量分析,首先將孔隙的復雜形狀簡化為連續圓柱,且假設圓柱形孔隙僅進行簡單的體積收縮,遵循孔隙的位置和體積變化。
1.3.3 燒結后期
隨著燒結的進行,聯通網絡狀的氣孔逐漸閉合,轉變為孤立的氣孔,隨后氣孔穩定地收縮直至消失,這一過程被認為是燒結后期。
1.3.4 其他燒結模型
由于 Coble 燒結模型的局限性,單個模型不能用于整個燒結過程,進而在經典Coble 燒結模型的基礎上,發展了其他的燒結模型,比如組合燒結模型,以彌補經典的燒結模型不能描述整個燒結過程的局限性。在組合燒結模型的基礎上,Su 提出了主燒結曲線模型,可以較好地綜合和預報整個燒結過程的致密化行為。
1.組合階段燒結模型
Hansen利用燒結三個階段之間的相似性,提出組合階段燒結模型,研究整個燒結的致密化過程,并討論燒結期間微觀結構的復雜變化,其條件如下。(1)導致致密化的物質傳遞動力學可以數學表示。
(2)微觀結構可以量化以體現以下兩者。①微觀結構產生有助于致密化的物質傳輸趨勢:②這種物質傳輸轉化為收縮率。