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反应烧结主要特点与过程

发布时间:2020-03-26 01:18:00

一、反应烧结主要特点:

此法与普通烧结法比较,有如下两个主要特点:
①提高制品质量,烧成的制品不收缩,尺寸不变化;
②反应速度快,传质和传热过程贯穿在烧结全过程。
普通烧结法物质迁移过程发生在坯体颗粒与颗粒的局部,反应烧结法物质迁移过程发生在长距离范围内。
分为液相反应烧结和气相反应烧结两类。采用前一类的居多。
例如,烧结氧氮化硅坯件时添加硅、二氧化硅和氟化钙(或氧化钙、氧化镁等,玻璃相形成剂)同氮反应生成二氮氧化二硅(Si2ON2),氧化钙、氧化镁等同二氧化硅形成玻璃相,氮溶解在焙融体(玻璃相)中;Si2ON2,晶体从被氮饱和的玻璃相中析出。这样制出的氧氮化硅的密度可相当于理论密度90%以上。

二、反应烧结过程:
反应烧结,集合了合成以及致密化过程,能够通过高纯度粉体以热力学自发的原位步骤制备致密陶瓷。与常规烧结方法相比,反应烧结过程和反应烧结陶瓷的优点如下:
1)反应烧结能够在较低温度(≤1800℃)制备致密的超高温陶瓷。反应烧结过程中的化学反应高放热、且热力学自发进行,能够在相对较低温度下,产生足够能量和驱动力以达到Z终产品的致密化。另外,原位形成的相之间的化学兼容性和分散的均匀性也能够被保证。热力学计算表明,在反应烧结过
程中,大部分的反应满足自持续燃烧的条件(T绝热≥1800K,ΔH°298/CP298>2000K)。因此,在没有点火自持续燃烧情况下,低的加热速率(约1℃/min)
在选定的温度(600℃)延长保温时间(360min),会促进原料之间的反应。然而在有限的情况下,燃烧反应有利于致密化并促使Z终产品获得独特的微观结构。
2)反应烧结能够制备微观结构呈现各向异性的二硼化物基陶瓷,原位形成的相尺寸小、表面积大,具有很高活性。另外,可形成瞬态液相,促进质量输运和晶粒的各向异性生长。Z终获得的各向异性MeB2晶粒呈现棒状或片状,因为MeB2陶瓷为简单六方晶体,棒状或者是片状的晶粒生长都有可能:优先沿着c轴生长(棒状)或者是a和b轴优先生长(片状)。对于超高温陶瓷,仅仅有少数报道描述了这种现象。各向异性晶粒生长机制仍处于研究中。虽然如此,这种现象可以为超高温陶瓷的结构裁剪和性能提高提供参考。
过渡金属元素或者过渡金属氢化物,通常用作过渡金属源,以降低MeO2污染。硼源采用元素B或者是一些含B的化合物,如B4C和BN。另外,MeB2基陶瓷还可能包括其他相,例如,SiC,ZrC和MoSi2,含B化合物也会成为Z终产物的C或N源。使用MeO2作为起始粉还原合成MeB2的方法无法用于反应烧结。一个原因是,大部分还原反应是高吸热的,在促进致密化的温度(>1500℃)下,吉布斯自由能变成负值。还原反应也造成明显的气体释放,
尤其是B2O3,干扰致密化。另外,使用MeO2作为起始粉,通常会导致Z终陶瓷中有未参加反应的MeO2或其他的氧化物杂质的残留。因此,大部分反应烧结过程使用元素或者是非氧化物作为起始原料,这可将氧杂质降至Z低。

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