陶瓷固相烧结介绍

        单一陶瓷粉体的烧结常常属于典型的固相烧结，即在烧结过程中没有液相的形成，陶瓷坯体致密化主要是通过蒸发和凝聚、扩散传质等传质方式实现的。
        蒸发一凝聚的传质方式一般仅仅在高温下蒸气压较大的系统内进行，如氧化锆、氧化铍和氧化铁的烧结，烧结体中颗粒的颈部增长只在开始时比较显著，随着烧结的进行，颈部增长很快就停止了。因此对这类传质过程用延长烧结时间不能达到促进烧结的效果。从工艺控制角度考虑，两个重要的变量是原始粉料起始粒度和烧结温度。粉末的起始粒度愈小，烧结速率愈大。由于饱和蒸气压随温度而呈指数地增加，因而提高温度对烧结有利。蒸发一凝聚的传质方式需要产生足够高的蒸气压，一般陶瓷材料在烧结温度附近往往满足不了这一要求，因此单纯通过蒸发一凝聚的传质方式实现陶瓷制品的烧结并不多见。



        对于进行固相烧结的陶瓷材料，由于高温下蒸气压低，此时往往固体内扩散传质的方式更为重要。扩散传质的推动力是作用在陶瓷颗粒颈部的张应力。由于颗粒颈部及接触区域作用力的不同（颈部为张应力，接触区域为压应力．导致颗粒中空位的浓度在不同的区域产生差异，一般是颈部的空位浓度最大，颗粒内部次之，颗粒接触部位则最小。这样空位便从颈部向接触部位传输。固体质点的扩散方向与空位的扩散是相反的，从而实现质点向颔部扩散、逐步排除气孔的致密化过程。对以扩散传质为主的固相烧结，从工艺角度考虑需要控制的主要变量如下。
    ①烧结时间。扩散传质的致密化速率随时间增长而稳定下降，并产生一个明显的终点密度。从扩散传质机理可知，随颈部扩大，曲率半径增大，传质的推动力——空位浓度差逐渐减小。因此以扩散传质为主要传质手段的烧结，用延长烧结时间来达到坯体致密化的目的是不妥当的，对这一类烧结宜采用较短的保温时间。
    ②原料的起始粒度。大颗粒原料在很长时间内也不能充分烧结，而小颗粒原料在同样时间内致密化速率很高。
    ③温度对烧结过程有决定性的作用。升高温度，固相扩散系数明显增大，将会加快烧结。

        固相烧结虽然可以实现先进陶瓷成型坯体的烧结，但是如上所述，烧结体中总是存在一定的孔隙率，无法获得完全致密或接近完全致密的烧结体，因此固相烧结的方式在陶瓷烧结中并不常见。事实上，由于实际陶瓷粉体中含有少量杂质，或者高温下出现的“接触”熔融现象，大多数陶瓷坯体在烧结过程中都会或多或少地出现液相。因此，纯粹的固相烧结不易实现，取而代之的是液相烧结在先进陶瓷材料的制造过程中应用广泛。