烧结温度主要通过影响致密化过程和晶体结构的转变,对材料的硬度产生重大影响。烧结温度越高,硬度越高,因为颗粒结合得越好,孔隙率越低。
致密化和颗粒结合:
在烧结过程中,温度对原子的运动起着至关重要的作用,原子在颗粒的边界扩散,将它们融合在一起。这一过程被称为致密化,可减少孔隙率,增加材料密度。随着烧结温度的升高,原子扩散的速度会加快,从而促进颗粒更有效地结合,使材料更致密、更坚硬。例如,在氧化锆的烧结过程中,当温度升至 1,100°C 至 1,200°C 时,材料会从单斜晶态转变为多四方晶态,从而显著提高硬度和强度。晶体结构的转变:
烧结温度还会影响材料晶体结构的转变,从而直接影响其机械性能。例如,氧化锆在较高温度下会从单斜结构转变为多四方结构,从而提高硬度和强度。同样,在氮化硅中,α-SI3N4 向 β-SI3N4 的转变受烧结过程的影响,从而影响硬度。随着烧结时间和温度的优化,材料的硬度可以达到最大,这一点从一步法和两步法烧结工艺的比较中可以看出,后者由于能更好地控制烧结条件而获得了更高的硬度。
烧结条件的影响: