烧结的热力学问题(一)

烧结热力学

      烧结过程有自动发生的趋势，从热力学的观点看，粉末烧结是系统自由能减速小的过程，即烧结体相对于粉末体在一定条件下处于能量较低的状态。
      不论单元系或多元系烧结，也不论固相或液相烧结，同凝聚相发生的所有化学反应一样，都遵循普遍的热力学定律。单元系烧结可看作是固态下的等单反应，不发生物质的转变，仅由烧结前后体系的能量状态所决定；而多元系烧结过程还取决于合金化的热力学，但是，两种烧结过程总伴随有系统自由能的降低。

烧结系统自由能的降低，是烧结过程的原动力，包括下述几个方面：

1.由于颗粒结合面（烧结颈）的增大和颗粒表面的平直化，粉末体的决比表面积和总表面自由能减小；
2.烧结体内孔隙的总体积和总表面积减小；
3.粉末颗粒内晶格畸变的消除；

      总之，烧结前存在于还原铁粉粉末或粉末坯块内的过剩自由能包括表面能和晶格畸变能，前者指同气氛接触的颗粒和孔隙的表面自由能，后者指颗粒内由于存在过剩空位，错位及内应力所造成的能量增高。表面能比晶格畸变能小，如极细粉末的表面能有几百卡/克分子，而晶格畸变能高达几千卡/克分子，但是，对烧结过程，特别是早期阶段，作用较大的主要是表面能。从理论上讲，烧结后的低能位状态至多是对应单晶体的平衡缺陷浓度，而实际上烧结体总是具有更多热平衡缺陷的多晶体，因此，烧结过程中晶格畸变能减速少的绝对值，相对于表面能的降低仍然是次要的。烧结体内总保留一定数量的热平衡位，空位团和位错网。