[科普中国]-液相烧结

液相烧结源于粉末冶金，是指烧结过程中有液相与固相颗粒共同存在的烧结。此时烧结温度高于烧结体中低熔成分或低熔共晶的熔点低于高熔点成分的熔点。由于物质液相迁移比固相扩散要快得多，烧结体的致密化速度和最终密度均大大提高。1

有液相生成的烧结过程。又可分为两类： 一类是在整个烧结过程中都有液相存在，另一类是在烧结后期液相消失。液相烧结过程可分为以下四个阶段：预备烧结阶段、收缩阶段、液相烧结、冷却阶段。小部分原料变为液体的烧结。在待烧结的合金粉(基相合金粉) 中均匀混入熔点较低的适当合金粉(液相合金粉)，在烧结温度下，液相合金粉成为液态，可使烧结的致密化速度和最终制品的密度提高。2

液相的生成是由于在烧结温度下制品中易熔成分熔化的结果。液相烧结速度较快，收缩显著，烧结后可以得到密度接近理论密度的制品。液相烧结时必须保证生成适当数量的液相(15～35%),液相对固相必须有良好的浸润性，且固相必须在液相中有一定的溶解度。有液相参与的烧结方法。烧结温度较纯固相烧结的低。烧结物一般含多种成分，在最低共熔点附近进行烧结,烧结物中发生粘滞流动传质、溶解沉析传质，加快了烧结速度，从而可降低烧结温度。为此，在烧结纯化合物陶瓷时，常在粉料中加入少量助熔剂，使在较低的温度下实现烧结。3

影响液相烧结的因素液相烧结是否能够顺利完成主要取决于：1

(1) 液相与固相颗粒表面的润湿性，通常润湿角口小于 90 度，最好是接近于零度。提高液相对固相润湿性可很好的提高液相烧结效果。

(2) 固相在液相中有一定的溶解度，而液相在固相中的溶解度很小，或者不溶解。

(3) 液相数量有限。一般以在冷却时能填满固相颗粒间的间隙为限。一般以 20%~50%(体积分数)为宜。

液相烧结致密化致密化的过程大致可分为 3 个阶段：1

(1) 液相生成和颗粒重排。当液相生成后，因液相润湿固相，并渗入颗粒间隙，如果液相量足够，固相颗粒将完全被液相包围而近似于悬浮状态，在液相表面张力作用下发生位移、调整位置，从而达到最紧密的排列。在这一阶段，烧结体密度增加迅速。

(2) 固相溶解和析出。由于固相颗粒大小不同、表面形状不规整、颗粒表面备部位的曲率不同，溶解于液相的平衡浓度不相等，由浓差引起颗粒之间和颗粒不同部位之间的物质迁移也就不一致。小颗粒或颗粒表面曲率大的部位溶解较多；另一方面，溶解的物质又在大颗粒表面或其有负曲率的部位析出。结果是固相颗粒外形逐渐趋于球形或其他规则形状，小颗粒逐渐缩小或消失，大颗粒长大，颗粒更加靠拢。但因在此阶段充分进行之前，烧结体内气孔已基本消失，颗粒间距已很小，故致密化速度显著减慢。

(3)固相骨架形成。液相烧结经过上述两阶段后，固相颗粒相互靠拢，颗粒间彼此粘结形成骨架，剩余的液相充填于骨架的间隙。此时以固相烧结为主，致密化速度显著减慢，烧结体密度基本不变。

应用液相烧结工艺已广泛用来制造各种烧结合金零件、电接触材料、硬质合金和金属陶瓷等4。根据液相烧结原理，粉末的致密化是通过高熔点颗粒在液相低熔点成分周围的排列实现的。目前已经有很多专家对多种粉末进行了试验，来研究具有良好润湿性的粉末系，也就是说能够通过低熔点的金属粉末形成的液相作为粘结剂围绕高熔点粉末已获得材料之间的连接。其中重要的合金粉末系为铜基粉末及镍基粉末等。