固相燒結按其組元多少可分為單元系固相燒結和多元系固相燒結兩類。單元系固相燒結純金屬、固定成分的化合物或均勻固溶體的松裝粉末或壓坯在熔點以下溫度（一般為絕對熔點溫度的2/3~4/5）進行的粉末燒結。單元系固相燒結過程除發生粉末顆粒間粘結、緻密化和純金屬的組織變化外，不存在組織間的溶解，也不出現新的組成物或新相。又稱為粉末單相燒結。
基本介紹
- 中文名：固相燒結
- 外文名：solid phase sintering
- 分類：單元系固相燒結和多元系固相燒結
- 方式：粉末燒結
- 別稱：粉末單相燒結
- 影響因素：材料的性質等
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單元系燒結
單元系燒結是指單一成分的粉末或者單一成分粉末壓坯的燒結。所謂單一成分有如下幾種情況：
①純金屬粉末，如純鐵、純銅、純鉬粉等；
②合金粉末，如不鏽鋼粉、青銅粉、黃銅粉等；
③化合物粉末，如WC、MoSi2、Al2O3等。
單元系燒結的特點是在燒結中只發生顆粒之間的冶單元系燒結的特點是在燒結中只發生顆粒之間的冶金結合，沒有化學成分和相組織的變化，這類燒結通常是在其熔點的2/3~4/5溫度下進行。
影響燒結過程的因素
單元系的燒結性能主要由密度、強度、延性和導電性來衡量。影響這些性能的因素可以歸納為如下幾個方面：
1、材料的性質
如材料的表面能、擴散係數、黏性係數、臨界剪下應力、蒸氣壓和蒸發速率，這些因素都會影響到燒結驅動力和燒結頸的長大速度。
2、粉末性質
包括粉末顆粒大小、表面活性（表面活性與表面是否存在氧化膜以及表面的結構完善程度有關，當晶體表面存在大量位錯和空位時其活性很高）、晶格活性（晶格缺陷和晶格畸變）和外來物質（雜質、氧化物、吸附氣體和燒結氣氛）。
燒結過程
單元系固相燒結過程大致分3個階段：
1、低溫階段
T燒=0.25T熔，主要發生金屬的回覆、吸附氣體和水分的揮發、壓坯內成形劑的分解和排除。由於回復時消除了壓制時的彈性應力，粉末顆粒間接觸面積反而相對減少，加上揮發物的排除，燒結體收縮不明顯，甚至略有膨脹。此階段內燒結體密度基本保持不變。
2、中溫階段
T燒=（0.4~0.55）T熔，開始發生再結晶、粉末顆粒表面氧化物被完全還原，顆粒接觸界面形成燒結頸，燒結體強度明顯提高，而密度增加較慢。
3、高溫階段
T燒=（0.5~0.85）T熔，這是單元系固相燒結的主要階段。擴散和流動充分進行並接近完成，燒結體內的大量閉孔逐漸縮小，孔隙數量減少，燒結體密度明顯增加。保溫一定時間後，所有性能均達到穩定不變。
粉末冶金零件生產中所指的燒結溫度一般是指高溫燒結階段的溫度，其具體溫度的確定要根據燒結零件的熔點高低、密度和孔隙度的要求以及力學性能和物理性能的要求。燒結溫度越高，原子的擴散速度越大，結果對燒結頸的長大、燒結體的收縮、孔隙的球化越有利，燒結零件的性能也越高。
多元系固相燒結
多元系固相燒結是指兩種組元以上的粉末體系在其中低熔組元的熔點以下溫度進行的粉末燒結。多元系固相燒結除發生單元系固相燒結所發生的現象外，還由於組元之間的相互影響和作用，發生一些其他現象。對於組元不相互固溶的多元系，其燒結行為主要由混合粉末中含量較多的粉末所決定。如銅一石墨混合粉末的燒結主要是銅粉之間的燒結，石墨粉阻礙銅粉間的接觸而影響收縮，對燒結體的強度、韌性等都有一定影響。對於能形成固溶體或化合物的多元系固相燒結，除發生同組元之間的燒結外，還發生異組元之間的互溶或化學反應。
燒結體因組元體系不同有的發生收縮，有的出現膨脹。異擴散對合金的形成和合金均勻化具有決定作用，一切有利於異擴散進行的因素，都能促進多元系固相燒結過程。如採用較細的粉末，提高粉末混合均勻性、採用部分預合金化粉末、提高燒結溫度、消除粉末顆粒表面的吸附氣體和氧化膜等。在決定燒結體性能方面，多元系固相燒結時的合金均勻化比燒結體的緻密化更為重要。多元系粉末固相燒結後既可得單相組織的合金，也可得多相組織的合金，這可根據燒結體系合金狀態圖來判斷。
多元系固相燒結示意圖固相燒結動力學
固相燒結動力學是指研究固態物質間燒結機理及相應的動力學規律的學科。在沒有液相存在的條件下，當溫度高於同體物質的泰曼溫度時，質點就具有顯著的可動性。因此燒結中擴散傳質往往是普遍和重要的。對於高熔點氧化物燒結，體積擴散則可能是最重要的機理。但採用延長燒結時間的方式提高緻密度是無效的，而控制顆粒尺寸對燒結才是最重要的。
當燒結溫度和時間給定時，收縮率或燒結速度主要取決於物料粒徑r。通過測定燒結收縮率和頸部增長率與粒徑的數據，同樣可以推斷燒結過程的機理。在燒結初期，顆粒和空隙形狀不發生明顯變化，線收縮小於6%。進入燒結中期，空隙進一步變形和縮小，但仍然是連通的，構成一種隧道系統。到了燒結末期，多數空隙已變成孤立的閉氣孔，坯體密度一般也已達到95%以上的理論密度。
