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11粉体材料科学与工程杨训武11033011020烧结气氛烧结气氛sinteringatmospheresinteringatmosphere1.烧结气氛的作用与分类作用：控制烧结体与环境之间的化学反应—保护作用如氧化和脱碳及时带走烧结坯体中润滑剂和成形剂的分解产物—净化作用分类氧化性气氛：如纯Ag或Ag-氧化物复合材料及氧化物陶瓷的烧结还原性气氛：含有H2或CO组份的烧结气氛如硬质合金烧结用氢气氛，铁基、铜基粉末冶金零件的含氢气氛惰性或中性气氛：Ar,He,N2,真空渗碳气氛：含有较高的导致烧结体渗碳的组元，如CO,CH4,碳氢化合物气体氮基气氛：含氮量很高的烧结气氛10%H2+N2以电解氢的成本为参考：H2：1.0；氮基（nitrogen-based）气氛：0.6；分解氨（dissociatedammonia）：0.4；吸热性气氛(endothermalgas)：0.2；放热性气氛(exothermalgas)：0.1；真空(vaccum)：昂贵（设备投资大）不同烧结气氛的成本比较2.还原气氛（reducingatmosphere）金属粉末烧结过程中的作用：保护金属不发生氧化使压坯中金属氧化物还原MeO+H2→H2O+Me(吸热反应)Kp=PH2O/PH2T↑,Kp↑因而，氢气氛的还原能力随温度升高而增强，低温时的还原能力低露点：在标准大气压下，气氛中水蒸汽开始凝结的温度气氛中含水量愈多，露点愈高水蒸汽体积分数（VH2O）与气氛露点（TDP）间的关系为：lg（VH2O)=-0.237+0.0336TDP–1.74×10-4TDP2+5.05×10-7TDP3(TDPisin℃)电解氢的露点通常为几摄氏度（经冷冻干燥可降低露点）分解氨气体为-40—-50℃3.含碳气氛MeO+CO→CO2+Me（放热反应）Kp=Pco2/PcoT↑，Kp↓因而，CO在低温时具有较强的还原能力4.可控碳势气氛渗、脱碳原理以CO为主的气氛Fe+2CO→Fe(C)+CO2Kp=(αc.Pco2)/(αFe.Pco2)αc-碳在铁中的固溶度；αFe=1在给定的烧结条件，要控制待烧结铁基材料的碳含量（即），必须控制Pco2/Pco2即气相中两组分的浓度比要使αc↑，则要降低分压比，↑CO浓度若烧结体中碳含量高于αc，发生脱碳现象若烧结体中碳含量高于αc，发生渗碳现象碳势某一含碳量的材料在某种气氛中烧结时既不渗碳也不脱碳，以材料中的碳含量表示气氛的碳势有机碳氢化合物气体：Fe+CH4→Fe(C)+2H2（吸热反应）Kp=PH22.αc/PCH4在一定平衡条件下，αc取决于PH22/PCH4。H2+CO混合气体：Fe+CO+H2→Fe(C)+H2OKp=PH2O.αc/(Pco.PH2)渗碳反应不仅取决于CO的浓度，而且与露点有关在高、低温下均具有较强的还原能力吸热型气氛需从外部供热的裂解气与放热型比较，H2含量高，CO2浓度较低是一种还原性更强、碳势更高的可控气氛放热型气氛由各种碳氢化合物转化成的裂化气，不需从外界供给热量而通过碳氢化合物与H2O、空气在高温下进行部分燃烧的产物活化烧结一、活化烧结能二、钨的活化烧结三、电火花烧结活化烧结定义：采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法称为活化烧结。活化烧结方法1.依靠外界因素活化烧结过程，如在气氛中添加活化剂，使烧结过程循环地发生氧化—还原或其它反应，往烧结填料中添加强还原剂(如氢化物)，循环改变烧结温度，施加外应力等；2.提高粉末的活性，使烧结过程活化，例如粉末或粉术压坯的表面预氧化，使粉末颗粒产生较多晶体缺陷或不稳定结构，添加活化元素以及使烧结形成少量液相等。热力学本质设K是烧结反应的速度常数，它与烧结过程活化能Q的关系为：K=Aexp（-Q/RT）㏑K=㏑A–Q/RT一、活化烧结能烧结和任何物理化学过程一样，当被活化而加速时，活化能必定降低。尽管烧结过程十分复杂，但总是受流动、扩散、蒸发凝聚等机构所限制，只要使这些过程的活化能降低就能加快烧结反应的速度。K=Aexp（-Q/RT）㏑K=㏑A–Q/RT分析：根据上公式可知，欲加速烧结反应可知三种途径（1）降低烧结活化能Q，使exp（-Q/RT）值增大，从而使K值增大，通常所指活化烧结都是Q降低的过程。（2）升高烧结温度T也能使K值增大，但对一般的烧结过程也都适用，故不算活化烧结。（3）增大A值在Q和T均不变的情况下，也能使K值增加，从而加速烧结过程，A值包含所谓反应原子碰撞的“频率因素”，因而在固相烧结中，改善烧结粉末的接触情况往往能促进反应，但不涉及活化能的改变，严格来说...