燒結(jié)實(shí)踐與科學(xué)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(jié)技術(shù)005
1.5基礎(chǔ)數(shù)據(jù)006
1.6關(guān)鍵資源007
參考文獻(xiàn)008

第2章燒結(jié)的歷史/011
2.1里程碑011
2.2早期燒結(jié)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(jié)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(jié)磨料磨具029
2.3相互依存的發(fā)展029
2.4主要經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)030
參考文獻(xiàn)030

第3章基礎(chǔ)構(gòu)架的發(fā)展/034
3.1燒結(jié)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(dòng)035
3.2定量燒結(jié)概念的出現(xiàn)036
3.3理論基礎(chǔ)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(yùn)動(dòng)040
3.3.4微觀結(jié)構(gòu)042
3.4實(shí)驗(yàn)設(shè)備及性能測量046
3.4.1溫度測量046
3.4.2燒結(jié)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(shè)備048
3.5組織機(jī)構(gòu)的發(fā)展048
3.6整合049
3.7燒結(jié)理論的現(xiàn)狀051
參考文獻(xiàn)052

第4章測量工具與實(shí)驗(yàn)觀察/058
4.1燒結(jié)過程中材料的變化058
4.2顆粒黏結(jié)061
4.2.1燒結(jié)頸尺寸061
4.2.2燒結(jié)頸形狀065
4.3力學(xué)性能068
4.3.1強(qiáng)度068
4.3.2硬度072
4.3.3彈性模量073
4.3.4其他力學(xué)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(dǎo)性086
4.7磁性能087
4.8表面積和氣體滲透性087
4.9孔結(jié)構(gòu)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(xué)性能099
4.12小結(jié)101
參考文獻(xiàn)103

第5章早期的定量測量/108
5.1概述108
5.2燒結(jié)科學(xué)的開端108
5.3銅的燒結(jié)109
參考文獻(xiàn)113

第6章燒結(jié)過程中的幾何軌跡/116
6.1概述116
6.2燒結(jié)的幾個(gè)階段117
6.2.1燒結(jié)前——形成接觸120
6.2.2初始階段——燒結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)密度144
6.7小結(jié)145
參考文獻(xiàn)146

第7章燒結(jié)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)/149
7.1曲率梯度與應(yīng)力149
7.2氣氛中的反應(yīng)150
7.3物質(zhì)傳輸機(jī)制153
7.3.1黏性流動(dòng)154
7.3.2表面擴(kuò)散156
7.3.3體積擴(kuò)散158
7.3.4晶界擴(kuò)散161
7.3.5位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)——攀移與滑移161
7.3.6蒸發(fā)-凝聚162
7.4動(dòng)力學(xué)關(guān)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(shí)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(jié)177
參考文獻(xiàn)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(jié)構(gòu)變化193
8.4粗化過程中的相互作用194
8.5小結(jié)196
參考文獻(xiàn)196

第9章液相燒結(jié)/201
9.1概述201
9.2相關(guān)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?jǐn)?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(jié)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(yù)燒結(jié)階段220
9.4.1化學(xué)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(jié)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(jié)頸生長與燒結(jié)體收縮229
9.6.4聚結(jié)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(jié)階段234
9.8瞬態(tài)液相燒結(jié)234
9.9超固相線燒結(jié)235
9.9.1致密化機(jī)理236
9.9.2顆粒屬性238
9.9.3致密化模型238
9.10反應(yīng)性液相239
9.11熔浸燒結(jié)241
9.12活化液相燒結(jié)242
9.13實(shí)踐方面242
9.14小結(jié)243
參考文獻(xiàn)243

第10章加壓燒結(jié)/249
10.1外加壓力的作用249
10.2熱軟化252
10.3壓力效應(yīng)253
10.3.1應(yīng)力集中253
10.3.2塑性流動(dòng)255
10.3.3顆粒加工硬化256
10.4擴(kuò)散與蠕變256
10.4.1體積擴(kuò)散蠕變258
10.4.2晶界擴(kuò)散蠕變259
10.4.3位錯(cuò)攀移和冪律蠕變260
10.4.4液相和黏滯相261
10.4.5反應(yīng)和放熱過程262
10.4.6電場263
10.5多種機(jī)制控制的致密化速率264
10.6密度與機(jī)理圖266
10.7微觀組織演化267
10.8加壓技術(shù)270
10.8.1應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)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(jié)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(jié)282
10.9致密化的限制283
參考文獻(xiàn)284

第11章混合粉末與復(fù)合材料/289
11.1重要性289
11.2物理作用290
11.3化學(xué)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(qiáng)化301
11.4.4復(fù)合304
11.5共燒、層狀復(fù)合和兩相材料燒結(jié)307
11.6小結(jié)309
參考文獻(xiàn)309

第12章快速燒結(jié)/315
12.1概述315
12.2早期的示范317
12.3納米粉末快速燒結(jié)319
12.4快速加熱技術(shù)321
12.4.1放熱反應(yīng)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(yīng)加熱329
12.5輔助壓力330
12.6前景332
參考文獻(xiàn)332

第13章納米尺度燒結(jié)/337
13.1概述337
13.2顆粒尺寸的作用340
13.3燒結(jié)溫度343
13.4不變的熱力學(xué)344
13.5時(shí)間-溫度-顆粒尺寸344
13.6模型和實(shí)驗(yàn)344
13.7解決方案345
13.8兩步燒結(jié)348
13.9展望349
參考文獻(xiàn)349

第14章計(jì)算機(jī)模型/354
14.1概述354
14.1.1模擬的基本架構(gòu)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(jì)算362
14.4.1能量的計(jì)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(jié)曲線375
14.11神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型377
14.12小結(jié)377
參考文獻(xiàn)378

第15章燒結(jié)實(shí)踐/383
15.1關(guān)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(jié)氣氛392
15.3.1反應(yīng)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(shè)備399
15.5燒結(jié)工藝過程401
15.6成本401
15.7實(shí)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(jié)414
參考文獻(xiàn)415

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