燒結實踐與科學原理

第1章緒論/001
1.1背景001
1.2展望002
1.3定義003
1.4燒結技術005
1.5基礎數(shù)據(jù)006
1.6關鍵資源007
參考文獻008

第2章燒結的歷史/011
2.1里程碑011
2.2早期燒結產(chǎn)品012
2.2.1土陶012
2.2.2瓷013
2.2.3鐵、銅、銀015
2.2.4鉑金坩堝017
2.2.5鐵礦石硬結019
2.2.6鎢燈絲021
2.2.7硬質(zhì)合金模具023
2.2.8鎢基合金防輻射盾牌026
2.2.9青銅軸承026
2.2.10汽車零部件027
2.2.11聚四氟乙烯028
2.2.12燒結磨料磨具029
2.3相互依存的發(fā)展029
2.4主要經(jīng)驗教訓030
參考文獻030

第3章基礎構架的發(fā)展/034
3.1燒結的定性理論034
3.1.1早期的推測034
3.1.2Rhines和Lenel理論035
3.1.3Frenkel——表面能和黏性流動035
3.2定量燒結概念的出現(xiàn)036
3.3理論基礎的發(fā)展038
3.3.1原子理論038
3.3.2表面能039
3.3.3原子運動040
3.3.4微觀結構042
3.4實驗設備及性能測量046
3.4.1溫度測量046
3.4.2燒結爐046
3.4.3性能量化047
3.4.4表面積047
3.4.5壓力的作用048
3.4.6新型設備048
3.5組織機構的發(fā)展048
3.6整合049
3.7燒結理論的現(xiàn)狀051
參考文獻052

第4章測量工具與實驗觀察/058
4.1燒結過程中材料的變化058
4.2顆粒黏結061
4.2.1燒結頸尺寸061
4.2.2燒結頸形狀065
4.3力學性能068
4.3.1強度068
4.3.2硬度072
4.3.3彈性模量073
4.3.4其他力學性能074
4.4尺寸變化074
4.4.1收縮075
4.4.2膨脹080
4.4.3直接成像081
4.5密度、致密度、孔隙率084
4.6傳導性086
4.7磁性能087
4.8表面積和氣體滲透性087
4.9孔結構090
4.10微觀組織094
4.10.1晶粒尺寸分布095
4.10.2晶界與孔隙的相互作用097
4.11熱學性能099
4.12小結101
參考文獻103

第5章早期的定量測量/108
5.1概述108
5.2燒結科學的開端108
5.3銅的燒結109
參考文獻113

第6章燒結過程中的幾何軌跡/116
6.1概述116
6.2燒結的幾個階段117
6.2.1燒結前——形成接觸120
6.2.2初始階段——燒結頸長大120
6.2.3中間階段——孔隙球化122
6.2.4終階段——孔隙閉合123
6.3界面曲率與能量124
6.3.1曲率梯度124
6.3.2界面能量變化127
6.4微觀結構變化128
6.4.1晶粒尺寸與形狀129
6.4.2晶粒尺寸分布131
6.4.3孔隙結構132
6.4.4孔徑分布134
6.4.5孔隙附著晶粒邊界137
6.5宏觀結構的變化——尺寸與形狀140
6.6表面積變化143
6.6.1表面積降低143
6.6.2表面積與燒結密度144
6.7小結145
參考文獻146

第7章燒結熱力學與動力學/149
7.1曲率梯度與應力149
7.2氣氛中的反應150
7.3物質(zhì)傳輸機制153
7.3.1黏性流動154
7.3.2表面擴散156
7.3.3體積擴散158
7.3.4晶界擴散161
7.3.5位錯運動——攀移與滑移161
7.3.6蒸發(fā)-凝聚162
7.4動力學關系163
7.4.1初始階段164
7.4.2中間階段167
7.4.3終階段172
7.5工藝過程變量173
7.5.1溫度174
7.5.2時間175
7.5.3升溫速率176
7.5.4顆粒尺寸176
7.5.5生坯密度177
7.6小結177
參考文獻178

第8章微觀組織的粗化/183
8.1概述183
8.1.1特性183
8.1.2重要性185
8.1.3相互作用186
8.2晶粒粗化187
8.2.1晶粒長大速率187
8.2.2孔隙率、液相與氣相的影響189
8.2.3穩(wěn)定的晶粒形狀191
8.2.4穩(wěn)定的分布192
8.3孔隙結構變化193
8.4粗化過程中的相互作用194
8.5小結196
參考文獻196

第9章液相燒結/201
9.1概述201
9.2相關概念的發(fā)展202
9.3微觀組織的發(fā)展206
9.3.1典型的微觀組織206
9.3.2接觸角與二面角207
9.3.3體積分數(shù)209
9.3.4孔隙、孔徑和孔位置210
9.3.5晶粒形狀213
9.3.6粒度分布214
9.3.7晶粒間距、數(shù)量和界面面積216
9.3.8燒結頸尺寸與形狀217
9.3.9固相骨架的測量218
9.3.10分析中的敏感因素219
9.4預燒結階段220
9.4.1化學作用220
9.4.2微觀組織變化221
9.5液相形成222
9.5.1固相黏結分離222
9.5.2晶粒重排224
9.6溶解-析出225
9.6.1顆粒形狀改變225
9.6.2致密化227
9.6.3燒結頸生長與燒結體收縮229
9.6.4聚結230
9.6.5晶粒生長232
9.6.6孔隙填充232
9.7終固相骨架燒結階段234
9.8瞬態(tài)液相燒結234
9.9超固相線燒結235
9.9.1致密化機理236
9.9.2顆粒屬性238
9.9.3致密化模型238
9.10反應性液相239
9.11熔浸燒結241
9.12活化液相燒結242
9.13實踐方面242
9.14小結243
參考文獻243

第10章加壓燒結/249
10.1外加壓力的作用249
10.2熱軟化252
10.3壓力效應253
10.3.1應力集中253
10.3.2塑性流動255
10.3.3顆粒加工硬化256
10.4擴散與蠕變256
10.4.1體積擴散蠕變258
10.4.2晶界擴散蠕變259
10.4.3位錯攀移和冪律蠕變260
10.4.4液相和黏滯相261
10.4.5反應和放熱過程262
10.4.6電場263
10.5多種機制控制的致密化速率264
10.6密度與機理圖266
10.7微觀組織演化267
10.8加壓技術270
10.8.1應力狀態(tài)和應變速率270
10.8.2單軸熱壓274
10.8.3熱等靜壓275
10.8.4三軸加壓277
10.8.5放電燒結278
10.8.6熱鍛279
10.8.7氣體鍛造281
10.8.8粉末擠壓282
10.8.9沖擊波固結282
10.9致密化的限制283
參考文獻284

第11章混合粉末與復合材料/289
11.1重要性289
11.2物理作用290
11.3化學作用295
11.4溶解度的角色295
11.4.1均質(zhì)化296
11.4.2膨脹299
11.4.3強化301
11.4.4復合304
11.5共燒、層狀復合和兩相材料燒結307
11.6小結309
參考文獻309

第12章快速燒結/315
12.1概述315
12.2早期的示范317
12.3納米粉末快速燒結319
12.4快速加熱技術321
12.4.1放熱反應321
12.4.2電流加熱322
12.4.3等離子體放電加熱322
12.4.4微波加熱324
12.4.5激光和紅外加熱327
12.4.6感應加熱329
12.5輔助壓力330
12.6前景332
參考文獻332

第13章納米尺度燒結/337
13.1概述337
13.2顆粒尺寸的作用340
13.3燒結溫度343
13.4不變的熱力學344
13.5時間-溫度-顆粒尺寸344
13.6模型和實驗344
13.7解決方案345
13.8兩步燒結348
13.9展望349
參考文獻349

第14章計算機模型/354
14.1概述354
14.1.1模擬的基本架構355
14.1.2模擬的必要條件355
14.2程序358
14.3數(shù)據(jù)要求360
14.4原子計算362
14.4.1能量的計算方法362
14.4.2模擬程序363
14.5重塑模型365
14.6物理事件模型367
14.7蒙特卡羅法371
14.8連續(xù)介質(zhì)模型與有限元分析法371
14.9離散元模型375
14.10綜合燒結曲線375
14.11神經(jīng)網(wǎng)絡模型377
14.12小結377
參考文獻378

第15章燒結實踐/383
15.1關鍵參數(shù)383
15.1.1尺寸控制383
15.1.2成分控制386
15.1.3缺陷的避免390
15.2參數(shù)的控制391
15.3燒結氣氛392
15.3.1反應392
15.3.2氧含量的控制395
15.3.3碳含量的控制397
15.3.4密度的變化398
15.4設備399
15.5燒結工藝過程401
15.6成本401
15.7實例401
15.7.1氧化鋁402
15.7.2鋁402
15.7.3黃銅和青銅403
15.7.4硬質(zhì)合金404
15.7.5銅404
15.7.6金剛石405
15.7.7鋼鐵406
15.7.8稀土永磁體407
15.7.9碳化硅408
15.7.10氮化硅409
15.7.11不銹鋼409
15.7.12鈦411
15.7.13工具鋼411
15.7.14鎢基高比重合金413
15.7.15氧化鋯413
15.8小結414
參考文獻415

第16章燒結的未來展望/419
16.1聯(lián)系419
16.2新材料420
16.3新的應用422
16.4新工藝423
16.5小結424
參考文獻425