无机材料科学基础第9章烧结

时间：2026-01-21

第九章烧结Chapter 9 Sintering

§9—1

概

述

§9—1 Introduction

烧结目的：把粉状物料转变为致密体当原料配方、粉体粒度、成型等工序完成以后，烧结是使材料获得预期的显微结构以使材料性能充分发挥的关键工序一般说来，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料。其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。烧结过程直接影响显微结构中晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布。

一、烧结定义宏观定义：粉体原料经过成型、加热到低于熔点的温度，发生固结、气孔率下降、收缩加大、致密度提高、晶粒增大，变成坚硬的烧结体，这个现象称为烧结。

微观定义：固态中分子(或原子)的相互吸引，通过加热，质点获得足够的能量，进行迁移使粉末体产生颗粒粘结，产生强度并导致致密化和再结晶的过程称为烧结。

烧结示意图粉料成型后颗粒之间只有点接触，形成具有一定外形的坯体，坯体内一般包含气体(约35 %~60%) 在高温下颗粒间接触面积扩大

→颗粒聚集→颗粒中心距逼近→形成晶界→气孔形状变化，体积缩小 →最后气孔从晶体中排除，这就是烧结所包含的主要物理过程。

由于烧结体宏观上出现体积收缩，致密度提高和强度增加，因此烧结程度可以用坯体收缩率、气孔率、

吸水率或烧结体密度与理论密度之比(相对密度)等指标来衡量。同时，粉末压块的性质也随这些物理

过程的进展而出现坯体收缩，气孔率下降、致密、强度增加、电阻率下降等变化。随着烧结温度升高，气孔率下降；密度升高；电阻下降；强度升高；晶粒尺寸增大。

§9—1 概

述 (§9—1

Introduction)

一、烧结定义二、与烧结有关的一些概念

二、与烧结有关的一些概念 1、

烧结(sintering)与烧成(firing)

烧成包括多种物理和化学变化。而

烧结仅仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程，显然烧成的含义及包括的范围更宽，一般都发生在多相系统内。而烧结仅仅是烧成过程

的一个重要部分。

二、与烧结有关的一些概念 2、

烧结和熔融(melting)

烧结是在远低于固态物质的熔融温

度下进行的。熔融时全部组元都转变为液相，而烧结时至少有一组元

是处于固态。

二、与烧结有关的一些概念3、烧结与固相反应。

这两个过程均在低于材料熔点或熔融温度之下进行的。并且在过程的自始至终都至少有一相是固态。

两个过程不同之处是固相反应必须至少有两

组元参加如A和 B,并发生化学反应，最后生成化合物AB。AB结构与性能不同于A与

B。

二、与烧结有关的一些概念3、烧结与

固相反应。

而烧结可以只有单组元，或者两组元参加，但两组元并不发生化学反应。仅仅是在表面能驱动下，由粉体变成致密体。固态物质烧结时，会同时伴随发生固相反应或局部熔融出现液相。实际生产中，烧结、固相反应往

往是同时穿插进行的。

烧结与固相反应区别：

相同点：两个过程均在低于材料熔点或熔融温度之下进行，并且在过程的自始至终都至少有一相是固态。不同点：固相反应发生化学反应，固相反应必须至少有两组元参加如A和B,最后生成化合物AB,AB结构与性能不同于A与B。而烧结不发生化学反应，可以只有单组元；或者两组元参加，但两组元并不发生化学反应，仅仅是在表面能驱动下，由粉体变成致密体。

§9—1 概

述

(§9—1

Introduction

)

一、烧结定义

二、与烧结有关的一些概念三、烧结过程推动力

三、烧结过程推动力烧结的推动力：粉状物料的表面能大于

多晶烧结体的晶界能。

粒度为 lμm的材料烧结时所发生的自由焓降低约8.3J/g。

而 α-石英转变为β-石英时能量变化为1.7kJ/mol, 一般化学反应前后能量变化> 200kJ/mol。烧结不能自发进行，必须对粉体加以高温，才能促使粉末体转变为烧结体。

因此烧结推动力与相变和化学反应的能量相比还是极小的。