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文章编号:1001 9731 (20012 ) 06 0638 05
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钛酸钡系 PTCR 半导体陶瓷烧结过程的计算机模拟
Ⅱ. 烧结中后期及奥氏熟化过程中的晶粒生长
张道礼1 , 翁广安2 , 龚树萍1 , 周东祥1
(1. 华中科技大学电子科学与技术系; 2. 计算机科学与技术学院, 湖北武汉 430074)
摘要: 对 Monte Carlo 计算机模拟法的2 Q2 States Potts 模型量液相存在时的固相传质过程。此外还有一部分研究工作
[12~17 ]
进行了修正,用于模拟2 2Ba TiO3 系 PTCR 半导体陶瓷烧结中后期者研究了计算机模拟固相烧结后期晶粒生长过程,主要
的晶粒生长和奥氏熟化过程以及液相性质对晶粒生长的影响。集中在粉末冶金领域,而且基本上都是定性的描述。
模拟结果表明:在含有液相的二相系统,钛酸钡半导瓷样品在本文用改进的蒙特卡罗模拟法的 Q States Potts 模型对 Ba
1240 ℃附近体积收缩率基本上达到了最大值,以后的保温阶段 TiO3 系 PTCR 热敏陶瓷烧结过程的晶粒生长和奥氏熟化过程
是在液相控制下的晶粒生长和致密化过程Ξ,这和大多数实验结进行模拟,同时考虑在液相存在下,固相传质和溶入析出传质
果是一致的。机理,揭示了液相的数量及性质对晶粒生长的影响,模拟结果于
关键词: 钛酸钡系 PTCR 陶瓷;计算机模拟;烧结中后期;奥氏实验符合得较好。
熟化;晶粒生长
中图分类号: TM304 文献标识码:A 2 烧结中、后期晶粒生长的理论及计算机模拟
1 引言模型
对于功能陶瓷材料来说,烧结的最重要目的是使瓷体致密
化,在高温作用下,陶瓷粉料接触面的原子发生扩散,有较多的 2. 1 晶粒生长的基本理论
原子进入原子作用力的范围,形成粘结面,随着烧结进行,粘结陶瓷坯体经过初期烧结而形成颈部后,相互结合在一起的
面扩大而成烧结颈使原来的颗粒界面变成晶粒界面,而且随着微粒将开始生长。随着晶界的移动,一些晶粒长大,一些小的晶
烧结过程的继续进行,晶界可以向颗粒内部移动,导致晶粒长粒消失。同时,气孔通过晶界扩散或体积扩散排出烧结体。烧
大,其间伴随着气孔的演变[1~3 ] 。按照 Coble 的定义,烧结可分结过程中晶粒生长的理论研究有很多,如抛物线生长动力学、拓
为 3 个阶段,即烧结前期、中期和后期。烧结中期始于晶粒生长扑学分析、平均场理论等,从各个角度研究了晶粒生长的时间效
开始之时,并伴随颗粒间界面的广泛形成。传质过程明显加快, 应。从热力学观点来看,晶粒生长的原动力是系统界面自由能
原子向颗粒结合面大量迁移使烧结颈扩大,颗粒间距离缩小,这的减少,烧结完成后,系统将变到一种能量较低的状态。当一些
一阶段瓷体密度和强度增加;烧结后期由于颗粒长大而使坯体晶粒生长而另一些晶粒收缩时,晶界朝着它们自身的曲率中心
中气孔相互孤立,晶界形成连续网络。这一阶段气孔主要存在运动,促使晶界面积较少,系统总能量下降。
于多晶粒的汇合处或被包裹在晶粒中,孔隙数量减少,晶粒生长在晶粒和晶粒的接触处,晶界运动通过弯曲晶界一侧的原
迅速。子向另一侧跃迁完成。原子跃迁的