从本质上讲，烧结的两种基本类型是固相烧结（Solid-State Sintering）和液相烧结（Liquid-Phase Sintering）。关键区别在于材料的固结是完全通过原子扩散在固态下发生的，还是通过作为固体颗粒之间粘合剂的液相的存在而加速的。
在固相烧结和液相烧结之间做出选择，不仅仅是一个技术细节；它是一个战略决策，决定了所制造部件的最终密度、纯度和加工速度。
核心机理：固相与液相
要真正理解烧结，您必须区分将粉末颗粒粘合成立体结构所涉及的两种主要物理机制。
固相烧结：扩散驱动过程
固相烧结（也称为固态烧结）涉及将压实的粉末加热到低于其熔点的温度。
在该高温下，颗粒接触点处的原子变得具有移动性。它们通过称为原子扩散的过程迁移，填充空隙并形成“颈部”，这些颈部生长并使颗粒融合在一起。
这个过程类似于在寒冷的天气里将两个雪球压在一起；在没有融化的情况下，冰晶会缓慢地粘合并融合成为一个更坚固的整体。
液相烧结：毛细管作用的优势
液相烧结涉及加热含有至少两种不同材料的粉末混合物，或者加热一种会部分熔化的材料。温度升高到足以熔化其中一种成分，从而在固体粉末结构中产生液相。
这种液体润湿固体颗粒，并通过毛细管作用将它们拉在一起，这与将水吸入狭窄管中的力是相同的。这种重新排列导致快速致密化。
当材料冷却时，液体会凝固，形成一个牢固、致密的基体，将剩余的固体颗粒粘合在一起。
烧结技术与基本类型
一个常见的混淆点来自于用于执行烧结的各种技术。像“放电等离子烧结”（Spark Plasma Sintering）或“微波烧结”（Microwave Sintering）这样的术语描述的是施加能量的方法，而不是发生的烧结的基本类型。
技术是“如何做”，而不是“是什么”
将固相烧结和液相烧结视为两种基本配方。各种技术就像你可以用来烹饪该食谱的不同类型的烤箱。
根据温度曲线和所用材料，可以使用这些先进技术中的任何一种来诱导固相烧结或液相烧结。
关键烧结技术
- 传统烧结： 在高温炉（电阻或感应）中加热材料。
- 放电等离子烧结 (SPS)： 使用脉冲直流电流和压力来极快地加热材料。
- 微波烧结： 使用微波能量进行快速、更均匀的内部加热。
- 热等静压 (HIP)： 同时施加高温和高压惰性气体，以使部件致密化并消除几乎所有的孔隙率。
了解权衡
在固相烧结和液相烧结之间进行选择，需要平衡关键的性能和加工目标。
速度和密度
液相烧结通常快得多，并实现更高的最终密度。液体为材料传输提供了快速的通道，迅速填充空隙并将颗粒拉在一起。
固相烧结是一个较慢的、受扩散控制的过程，通常会留下一些残余孔隙率。
纯度和温度控制
固相烧结是高纯度应用的首选方法。由于没有添加第二种材料来产生液体，因此保留了原始材料的化学成分。
该方法对于具有极高熔点的材料也至关重要，在这些材料中，产生受控的液相是不切实际或不可能的。
材料兼容性
一些材料体系是专门为液相烧结设计的。一个典型的例子是碳化钨-钴（用于切削工具），其中钴熔化并充当硬质碳化钨颗粒的“胶水”。
其他材料，例如某些先进陶瓷，必须通过固相烧结进行加工，以保持其特定的晶体结构和性能特性。
为您的目标做出正确的选择
您的应用需求将决定哪种基本烧结类型是合适的。
- 如果您的主要重点是实现最大密度和快速工业化生产： 液相烧结通常是更有效的途径。
- 如果您的主要重点是保持绝对的材料纯度或处理非常高温的材料： 固相烧结是必要的方法。
- 如果您需要选择制造技术： 根据您的预算和部件规格评估 SPS 或 HIP 等方法，请记住它们是实现固相或液相键合的工具。
理解这种核心区别是掌握材料固结和设计的首要步骤。
总结表：
| 烧结类型 | 机理 | 主要优势 | 理想用途 |
|---|---|---|---|
| 固相烧结 | 原子扩散在熔点以下粘合颗粒。 | 高材料纯度和控制力。 | 高纯度陶瓷、高温材料。 |
| 液相烧结 | 液相通过毛细管作用润湿并粘合颗粒。 | 更快的加工速度和更高的最终密度。 | 碳化钨-钴工具等工业部件。 |
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