当前位置：首页 > 粉末冶金原理-黄培云 烧结这章思考题及答案
11.简明阐述液相烧结的溶解-再析出机构及对烧结后合金组织的影响. 答:溶解-再析出机构：
固体颗粒逐渐溶解于液相。小颗粒，及颗粒表面的棱角和凸起部位（曲率 较大）优先溶解，因此小颗粒趋于减小。大颗粒饱和溶解度低，液相中一 部分饱和原子在大颗粒表面沉析出来，使大颗粒长大（在负曲率部位析出）。 此机构是通过液相进行的物质迁移过程。 对烧结后合金组织的影响：
①使颗粒外形逐渐趋于球形，小颗粒减小或消失，大颗粒更加长大。
②经过溶解-再析出阶段，固相连成大的颗粒，被液相分隔成孤立的小岛。 12.分析影响熔浸过程的因素和说明提高润湿性的工艺措施有哪些？为什么？ 答：影响熔浸过程的因素：
润湿角越小，粘性系数越小，孔隙度越大，金属液张力越大，熔浸速度就越 快，反之速度越小。此外熔浸时间越久，熔浸进行得越充分。（公式见书。） 提高润湿性的工艺措施：
WSL:粘着功，越大，润湿性越好。WSL?(?S??L??)SL?0
热力学要求：
①升高温度，或延长液-固接触时间：能减小润湿角，因为升高温度有利于 界面反应，金属对氧化物润湿时，界面反应吸热。延长时间有利于通过界 面反应建立平衡。
②加表面活性元素，如Cu中加Ni，Ni中加少量Mo。可降低液-固界面能。 ③粉末烧结前用干氢还原，除去水分和还原表面氧化膜，可改善液相烧结效 果：因为粉末表面吸附气体，杂质或有氧化膜，油污的存在，会降低表面 自由能，
④多数情况下，氢气和真空有利于消除氧化膜，改善润湿性。
13.当采用氢气，一氧化碳作还原性烧结气氛时，为什么说随温度升高氢气的还 原性比一氧化碳强？ 答：用氢气还原时：KP?P
H2用一氧化碳还原时：KP?PCO
?SL?S?L。
PH2OPCO2PH2OPCO2随温度的升高，用书中图可知道PH2会增大，而PCO是随温度
升高而减小的。我们知道分压比越大的话，所允许的实际
PH2OP，CO2即水分，
二氧化碳的分压就越多，越容易还原。所以温度越高，水分允许分压越高， 二氧化碳允许分压越小，因此氢气比一氧化碳还原性更好。
14.可控碳势气氛的制取原理是什么？如何控制该气氛的各种气体成分的比例？ 指出其中的还原性和渗碳性气体成分。 答：制取原理：
①放热型气氛：碳氢化合物（甲烷，丙烷等）是天然气，焦炉煤气，石油
气的重要成分。以这些气体为原料，采用空气或水蒸气在高 温下进行转化（部分燃烧），从而得到一种混合的转化气。 当用空气转化而空气与煤气比例较高时，转化过程中反应放 出的热量足够维持转化器的反应温度，转化效率较高，这样 的混合气为放热性气体。 ②吸热型气氛：若空气与煤气比例较小，转化过程放出的热量不足以维持反 应所需的温度而要从外部加热转化器，这样的混合气为吸热 型气氛。
如何控制比例：将空气与甲烷按2-10比例混合时，
①若混合比为5.5-10，得到放热性气氛分为富，中，贫（混合比依次降低） 三类，富气含氢气体积8%-16%，含CO较高，但二氧化碳，水气，氮气 成分较低，贫气含氢气体积0-0.5%，
②当混合比为2-4时，得到的吸热型气氛分为富（氢气37%-40%），贫（氢 气30%-36%）两类气体。显然吸热型气氛氢气含量高，还原性强。 脱碳性气氛：氢气，二氧化碳,水蒸气。 渗碳性气氛：甲烷，CO。 还原性气氛：氢气。
15.何谓碳势？用天然气的热离解气作烧结气氛，其渗碳反应式是怎样的？随温 度升高，哪一种反应使碳势升高？为什么？
答：碳势：指该气氛与含碳量一定的烧结烧结材料在某种温度下维持平衡（不渗 碳，也不脱碳时），该材料的含碳量。
甲烷气氛时渗碳反应式：
?(Fe,C)?2H2 Fe?CH4??随温度升高，用CH4渗碳的反应碳势升高。根据书中图，随着温度升高，
CO2/CO临界分压比值不断减小，脱碳作用增强（因为允许的二氧化碳分、 压小了，多余二氧化碳会使反应向脱碳方向移动），碳势降低。而随温度升 高，CH4/H2临界分压比值也不断减小，渗碳作用增强（反应向渗碳方向移 动），促进碳势增长。
16.活化烧结和强化烧结的准确含义有什么不同？简单说明用Ni等过渡金属活化 烧结钨的基本原理和烧结机构。
答：区别：活化烧结是目的是降低烧结活化能Q,从而使烧结反应更容易进行。 而强化烧结，如热压，通过改善烧结粉末的接触情况，增大反应原子 碰撞的“频率因素”，来促进反应，不涉及活化能的改变，严格来说， 不属于活化。（但现代观点广义强化烧结包含热压，液相烧结，活化 烧结等）
原理和烧结机构：首先镍在钨颗粒表面形成所谓的“载体相”，然后钨原子 通过该相向镍中不断扩散，和液相烧结时液相成为物质迁 移的载体有类似的地方；而固相烧结时，载体相并不熔化， 扩散的结果使钨的颗粒不断靠拢，粉末坯体不断收缩，由 于钨与镍等金属的互扩散系数不相等，无颗粒表面层留下 大量空位，有助于物质迁移。当活化金属层超过一定厚度 时，烧结致密化就会降低。镍活化烧结钨的烧结机构大都 认为是体积扩散。 17.热压工艺的基本特点是怎样的？它与热等静压有什么异同点？
答：特点：①热压可将压制和烧结两个工序一并完成，可以在较低压力下迅速获 得冷压烧结所达不到的密度。
②优点：大大降低成型压力和缩短烧结时间，可以制得密度极高和晶 粒极细的材料。
③缺点：对压膜要求高，难以选择，而却压膜寿命短，耗费大； 单件生产效率低；
电能和压膜消耗多，效率低，制品成本高；
制品表面粗糙，精度低，一般需要清理和机加工。
与热等静压的相同点：两者都通过加压和高温来强化压制与烧结过程，降低 烧结温度，改善晶粒结构，提高材料致密度和强度。 与热等静压不同点：①热等静压压力比热压高很多，热等静压压力到了 100MPa左右，而热压一般最多20-30MPa.
②同一种制品热等静压制取的制品密度要比热压制取的 制品高。
③同一制品热等静压的温度要比热压低。
④热等静压对粉末坯施加的力属于气静压力，各个方向 力大小相同，而热压仅是轴向压力。因此热等静压可 以压制些形状复杂的材料。
18.用塑性流动理论（默瑞方程为代表）说明热压工艺参数对致密化的影响。 答：根据默瑞的热压致密化方程
①当热压温度不变，增大热压压力P可提高密度；
②当压力不变时，温度升高，屈服极限降低，密度也提高。
19.扩散蠕变的理论要点是什么？简单说明晶粒长大（再结晶）与致密化的关系. 答：理论要点：扩散蠕变考虑了晶界作用和晶粒大小的影响，且粘性系数和扩散
系数，温度晶粒大小有关。如硬质粉末热压的后期认为是受扩散 控制的蠕变过程。 关系：晶粒长大使致密化速度降低。达到终极密度后，致密化过程完全停止。 这是热压致密化过程的第三阶段。
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