常压

热压

机理或公式

参考文献

烧结原理

烧结前期：随温度的升高，粉体颗粒在烧结驱动力作用下产生塑性变形、重排、扩散。通过多粉末球接触、聚集产生键合，引起粉末收缩形成烧结颈。在驱动力作用下，促使颗粒自行流动、扩散、迁移形成颈部填补孔隙，原子扩散速度快速提高，致密度提高后粉末间逐步由点接触转化为面接触，逐渐形成二相晶界，孔隙变小，孔洞连通逐步变少，经过吞并小颗粒后晶粒长大。

靶材致密度下降

至烧结后期，颗粒完全结合，大部分气孔消失，大部分晶粒停止长大，但压力和温度使材料出现二次再结晶，少数晶粒异常长大，迅速粗化，吞噬等轴细晶，此过程不能提高致密度。残留的气孔会进入异常长大的晶粒中，随烧结进行，气孔被压缩而压力增大，破坏微观平衡，甚至造成靶材致密度下降。

粉体颗粒致密示意图

烧结颈示意图，其中x为接触面半径，ρ为烧结颈处的曲率半径。

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物质的输运

靶材烧结密实化过程的本质是物质的输运，在常压烧结过程中，物质的传输与演变的表现形式主要有：重排、扩散、和蒸发凝聚等。

热压烧结，在外界作用下，物质的传输与演变方式有：变形、重排、塑性流动、扩散蠕变等。

[8] [9] [10]

驱动力

无外加的烧结压力，烧结颈的形成和长大驱动力主要依靠颈部的表面张力，促进颈部生长的。常压烧结过程中烧结颈形成和长大的驱动力较弱

热压烧结过程中烧结颈形成和长大的驱动力较强

σρ与x和ρ的关系如式：

${\sigma }_{\rho }=\gamma \left(\frac{1}{X}-\frac{1}{\rho }\right)$

[8]

烧结压力

无

粉末在烧结压力的作用下迫使粉末流动，变形，烧结颈的形成可以快速促进烧结坯体的密实化

因烧结有效压力与外加烧结压力所引起的粉末演变行为，在一定范围内成非线性正比关系，两者的关系如下，其中σ为局部有效接触压力，a为粉末半径，ρ为靶材相对密度，A为粉末间的平均接触面积，Z为与每个粉末颗粒发生接触的粉末数量

$\sigma =\frac{4\pi {\alpha }^2}{AZ\rho }P$

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扩散

提高烧结压力对烧结后期的扩散蠕变过程也有明显的促进作用。根据柯瓦尔钦科提出的扩散蠕变理论，在热压烧结的后期密实化机理主要是扩散蠕变。

在热压烧结的后期密实化机理主要是扩散蠕变。对于多晶扩散蠕变，其密实化速率如式。其中σ为有效压力，σ₀和n是与材料特性有关的参数，έ₀正比于体扩散系数，f(ρ)是密实率ρ的函数。

$\frac{{\text{d}}_p}{{\text{d}}_t}=f\left(\rho \right){\epsilon }_0{\left(\frac{3\sigma }{2n{\sigma }_0}\right)}^n$

[11]

烧结动力/热力学

常压烧结中粉体胚体的烧结热力学驱动能是晶界能取代表面能的能量降低过程，这是一种自发趋势。

而热压烧结除了烧结驱动力外，还存在外界压力和表面能

[1]

烧结影响因素

温度，时间，气氛，压力，颗粒大小，掺杂成分，成分等