简而言之，烧结添加剂是经过战略性选择的材料，它们从根本上改变烧结过程以实现特定的结果。它们的主要作用是降低烧结所需的温度和时间，并精确控制部件的最终微观结构和密度，从而决定其最终的性能特征。
烧结添加剂不是被动的填充物；它们是材料工程师用来控制烧结过程物理特性的活性剂，使得制造出那些否则无法获得的具有特定性能的先进材料成为可能。
添加剂如何控制烧结过程
烧结是通过热量将粉末颗粒粘合在一起，但该过程可能很慢，需要极高的温度，或者最终形成弱的、多孔的结构。添加剂是克服这些限制的工具。
激活烧结机制
许多高性能材料，如先进陶瓷或难熔金属，具有极高的熔点。直接烧结它们将需要巨大的能量和时间。
添加剂可以形成一个在低于主要材料温度下熔化的液相。这种液体充当快速传输路径，溶解颗粒并重新沉淀它们，以快速填充空隙并使部件致密化。这被称为液相烧结。
其他添加剂通过在材料晶格中产生缺陷而在固态下起作用。这些缺陷极大地提高了原子扩散——原子的运动——的速率，这是固态烧结的基本机制。
控制微观结构和晶粒长大
烧结部件的最终性能，如硬度、韧性和强度，由其微观结构决定，特别是其晶粒的大小。
在烧结过程中，晶粒自然倾向于长大，这通常会使材料更脆。晶粒长大抑制剂是隔离在晶界处的添加剂，它们通过物理“钉扎”晶粒，防止它们长得过大。这会产生更细晶粒、更坚固的最终产品。
提高最终密度
孔隙率是机械性能的敌人。孔隙是初始粉末颗粒之间留下的微小空隙，它们充当应力集中点和断裂萌生点。
添加剂通过加速封闭这些孔隙的机制来帮助致密化。通过促进原子传输或形成液相，它们有助于更有效地将颗粒拉在一起，从而形成更致密、更坚固、更可靠的部件。
理解权衡和风险
尽管烧结添加剂功能强大，但其使用需要仔细控制。错误的添加剂或不正确的用量可能对最终产品有害。
形成不需要相的潜力
添加剂本身可能会与主要材料反应，形成脆性或弱的第二相，通常位于关键的晶界处。这些相会严重损害部件的机械或化学性能。
污染和纯度问题
对于需要高纯度的应用，例如在电子或医疗植入物中，添加剂就定义而言是一种污染物。它的存在可能会对导电性、导热性或生物相容性等性能产生负面影响。
“过犹不及”的问题
添加剂总有一个最佳浓度。添加太少可能没有效果，而添加太多可能导致负面后果。例如，过量的液相形成剂可能导致部件下垂或变形，而过多的晶粒长大抑制剂有时会形成充当缺陷的团块。
选择正确的添加剂策略
添加剂的选择完全取决于最终部件所需的性能。您的选择应以您的主要工程目标为指导。
- 如果您的主要重点是降低成本和加工时间： 优先选择能够实现液相烧结或充当扩散活化剂的添加剂，以降低所需温度并缩短周期。
- 如果您的主要重点是最大化机械强度和硬度： 选择晶粒长大抑制剂，以确保细晶粒、坚固的微观结构。
- 如果您的主要重点是实现最大密度并消除孔隙率： 选择已知能促进特定材料体系的有效传质和孔隙封闭的添加剂。
最终，掌握烧结添加剂的使用是将原材料粉末转化为高性能工程部件的关键一步。
总结表：
| 烧结添加剂的作用 | 主要益处 |
|---|---|
| 激活烧结 | 通过液相或扩散降低所需温度和时间。 |
| 控制微观结构 | 抑制晶粒长大，形成更细、更坚固的最终结构。 |
| 提高最终密度 | 促进孔隙封闭，改善机械性能。 |
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