烧结是将小颗粒加热形成固体的过程。这一过程由几种旨在降低系统总自由能的力驱动。让我们来分解这些驱动力,了解它们是如何工作的。
烧结的驱动力是什么?3 个关键因素解析
1.减少表面积和表面自由能
在烧结过程中,主要驱动力之一是表面积和表面自由能的减少。当粉末颗粒之间的界面从固气界面转变为固固界面时,表面积和表面自由能就会减少。新的固-固界面更加稳定,能量更低,从而降低了系统的整体自由能。这种转变是由系统能量最小化的自然趋势驱动的。
2.微观尺度下的物质转移
在微观层面上,烧结过程中的材料转移受到压力变化和表面自由能差异的影响。较小的颗粒受到的影响更大,因为它们的表面体积比更高。这种较高的比率增加了与颗粒表面相关的能量,从而更有利于烧结。因此,陶瓷技术中经常使用细颗粒材料,因为它们为致密化提供了更强的驱动力。
3.工艺参数的影响
烧结过程也会受到温度、初始晶粒大小和施加压力等可控参数的影响。温度至关重要,因为它会影响原子的流动性,而原子的流动性是扩散和材料转移所必需的。温度越高,原子流动性越大,烧结过程也就越快。较小的晶粒由于具有较高的表面能,因此可为烧结提供更大的驱动力。施加压力也有助于促进颗粒重新排列和降低孔隙率,从而提高致密性。
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