隨著科技與工業(yè)的快速發(fā)展,材料制備技術(shù)的要求也逐步提高,電流輔助燒結(jié)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。電流輔助燒結(jié)是采用交流或直流脈沖大電流通過(guò)粉體實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)和致密化的工藝。相比于粉末激光燒結(jié)等新工藝,其產(chǎn)品具有更好的力學(xué)性能,在降低成本,減小能耗的同時(shí)燒結(jié)時(shí)間最低縮短到十幾分鐘,有著極其誘人的工業(yè)應(yīng)用前景。其燒結(jié)機(jī)理的研究正是工業(yè)化推廣的最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵問(wèn)題,它將為電流輔助燒結(jié)技術(shù)的生產(chǎn)工藝優(yōu)化與材料性能的控制提供直接指導(dǎo),有助于開(kāi)發(fā)定制具有特定微觀結(jié)構(gòu)和性能的新型材料。論文以碳化硅陶瓷材料為研究對(duì)象,主要完成了以下三方面的工作:（i）不同于傳統(tǒng)相場(chǎng)法的單向耦合,本文建立了一套結(jié)合相場(chǎng)法的熱-力-電-擴(kuò)散交互耦合方程,對(duì)碳化硅粉末在燒結(jié)中的成型機(jī)理、燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的演化以及各物理場(chǎng)對(duì)燒結(jié)致密化的作用進(jìn)行了研究;（ii）在熱壓燒結(jié)模擬中,給出了濃度、溫度和應(yīng)變梯度驅(qū)動(dòng)力在燒結(jié)中的占比變化趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)在不同燒結(jié)階段三種驅(qū)動(dòng)力占比會(huì)發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折,據(jù)此提出了燒結(jié)的三階段假設(shè);（iii）在電流輔助燒結(jié)模擬中,電流密度對(duì)燒結(jié)激活能的影響通過(guò)擴(kuò)散系數(shù)引入耦合方程,實(shí)現(xiàn)了電流活化作用可實(shí)時(shí)影響擴(kuò)散行為,以此模擬電流輔助燒結(jié)的... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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燒結(jié)不同時(shí)期，(a)顆粒初始接觸(b)燒結(jié)頸部長(zhǎng)大(c)孔隙球化(d)孔隙縮小Fig.1.1Stagesofsintering.(a)Theinitialpointcontact,(b)Sinteringneckgrewup,(c)Pore

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文2大，致使孔隙球化并逐漸縮小接近消失的燒結(jié)致密化階段。圖1.1所示為二維-四球模型的燒結(jié)階段。燒結(jié)的結(jié)果是顆粒之間發(fā)生粘結(jié)，頸部逐步生長(zhǎng)，孔隙縮小，最終形成緊實(shí)致密的成品。圖1.2為氧化鋁電流輔助燒結(jié)(ElectricCurrentAssistedSintering,ECAS)過(guò)程的微結(jié)構(gòu)演化[6]。對(duì)燒結(jié)的研究總是圍繞著兩個(gè)最基本的問(wèn)題進(jìn)行展開(kāi)：（1）燒結(jié)發(fā)生的驅(qū)動(dòng)力的來(lái)源。（2）燒結(jié)過(guò)程中組份物質(zhì)遷移機(jī)制及動(dòng)力學(xué)過(guò)程。圖1.1燒結(jié)不同時(shí)期，(a)顆粒初始接觸(b)燒結(jié)頸部長(zhǎng)大(c)孔隙球化(d)孔隙縮小Fig.1.1Stagesofsintering.(a)Theinitialpointcontact,(b)Sinteringneckgrewup,(c)Porespheroidization,(d)Poreshrink圖1.2氧化鋁ECAS燒結(jié)過(guò)程微結(jié)構(gòu)演化[6]Fig.1.2MicrostructureevolutionofaluminaECASsintering[6]從燒結(jié)整體系統(tǒng)的能量變化上看[7-9]，燒結(jié)就是松散粉末即高能量密度狀態(tài)向致密晶體即低能量密度狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程。因此，燒結(jié)是一個(gè)以系統(tǒng)總過(guò)剩自由能為驅(qū)動(dòng)力的不可逆過(guò)程。其驅(qū)動(dòng)力的表征主要有以下幾種提法：（1）本征過(guò)剩表面能驅(qū)動(dòng)力；（2）本征Laplace應(yīng)力；（3）化學(xué)勢(shì)梯度驅(qū)動(dòng)力。它是根據(jù)粉末接觸區(qū)域的本征Laplace應(yīng)力在燒結(jié)頸部平面之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)化學(xué)勢(shì)差，并轉(zhuǎn)化成化學(xué)勢(shì)梯度，以此作為燒結(jié)的驅(qū)動(dòng)力；（4）飽和蒸氣壓差。燒結(jié)過(guò)程中還可能發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，可以從物質(zhì)蒸發(fā)角度來(lái)研究燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力。

1緒論3在粉末燒結(jié)中孔隙作為獨(dú)特的結(jié)構(gòu)存在，孔隙的形態(tài)演化與燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力有直接的聯(lián)系，因此，通過(guò)孔隙曲率來(lái)計(jì)算燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力也是一個(gè)重要的方法。Clemm與Fisher[10]運(yùn)用理想幾何模型推導(dǎo)，給出孔洞曲率與系統(tǒng)表面能和晶界能與之間的關(guān)系，以此為曲率法計(jì)算燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力打下了根基。之后Gregg[11]，Aigeltinger[12]將孔洞曲率與系統(tǒng)表面能和晶界能與之間的關(guān)系進(jìn)一步修正與完善。目前為止曲率法已得到大量理論與實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證[13-16]。從能量角度上講，擴(kuò)散是由于體系內(nèi)原子或離子在化學(xué)勢(shì)梯度場(chǎng)中所發(fā)生的特定方向的遷移過(guò)程。從物質(zhì)遷移機(jī)制來(lái)看，固相燒結(jié)過(guò)程以相鄰顆粒間的接觸頸部形成作為開(kāi)始，隨后物質(zhì)向四周空位擴(kuò)散，空位體積減小，逐步達(dá)到致密化。Kuczynski和Coble等人[17,18]在運(yùn)用板-球、等徑兩球模型推導(dǎo)出了體積擴(kuò)散、表面擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、蒸發(fā)凝結(jié)等擴(kuò)散機(jī)制下的穩(wěn)定頸長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程，如圖1.3所示。它本質(zhì)上是Fick定律在固態(tài)顆粒燒結(jié)問(wèn)題中應(yīng)用得到的結(jié)果，已經(jīng)得到大量工程實(shí)踐的證實(shí)。它為我們判斷燒結(jié)初期的物質(zhì)遷移機(jī)制，提供測(cè)定擴(kuò)散系數(shù)的參考方法，給出物質(zhì)遷移元過(guò)程及機(jī)制，提供選用粉末粒度范圍提供了一個(gè)重要的理論工具。但是我們需要注意的是，這幾種擴(kuò)散機(jī)制并沒(méi)有明確的界限，在多數(shù)情況下它們是某二種或二種以上的機(jī)制在共同作用。該頸長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程難以兼顧多種機(jī)制的相互作用。圖1.3燒結(jié)中各種擴(kuò)散機(jī)制，Dvol：體積擴(kuò)散，Ds：表面擴(kuò)散，Dgb：晶界擴(kuò)散，Dvap：蒸發(fā)凝結(jié)Fig.1.3Differentdiffusionmechanismsinsintering,Dvol：Volumediffusion,Ds：Surfacediffusion,Dgb：Grainboundarydiffusion,Dvap：Evaporationcondensation

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]TC4鈦合金電塑性拉拔變形行為及機(jī)理[D]. 周巖.大連理工大學(xué) 2013
[2]稀土鋁酸鹽的粉體制備及其燒結(jié)行為研究[D]. 孫瑞峰.青島大學(xué) 2010
[3]ZrB2陶瓷燒結(jié)初期蒙特卡羅模擬[D]. 劉廣義.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008
[4]A1N 陶瓷的SPS燒結(jié)致密化及其機(jī)理研究[D]. 李淘.武漢理工大學(xué) 2005
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