硬質合金生產中燒結是最重要的一道工序，它對產品的性能有著重要的影響。研究燒結過程中物質遷移有助於燒結工藝的有效制定。而在這些物質遷移機制中，表面擴散對物質的遷移具有重要的作用。

 

表面擴散SEM圖片

 

蒸發與凝聚機制是以粉末在高溫時具有較大飽和蒸氣壓為先決條件，然而通過顆粒表面層原子的擴散來完成物質遷移，卻可以在低得多的溫度下發生。事實上，燒結過程中顆粒的相互聯結，首先是在顆粒表面上進行的，由於表面原子的擴散，顆粒粘結面擴大，顆粒表面的凹處逐漸被填平。粉末極大的表面積和高的表面能，是粉末燒結的一切表面現象（包括表面原子擴散）的熱力學本質。當燒結體內未完全形成隔離閉孔之前，表面擴散對物質的遷移具有特別重要的作用。

 

多數學者認為，在較低和中等燒結溫度下，表面擴散的作用十分顯著，而在更高溫度時，逐漸被體積擴散所取代。燒結的早期，有大量的連通孔存在，表面擴散使小孔不斷縮小與消失，而大孔隙增大，其結果好似小孔被大孔所吸收，所以總的孔隙數量和體積減少，同時有明顯收縮出現；然而在燒結後期，形成隔離閉孔後，表面擴散只能促進孔隙表面光

滑，孔隙球化，而對孔隙的消失和燒結體的收縮不產生影響。庫欽斯基推導了表面擴散的速度方程式，他認為燒結頸半徑x的7次方與燒結時間成比：

x7/a3=（56Dγδ4/kT）*t （1）

式中，

x--燒結頸半徑；

γ--表面張力；

a--粉末顆粒半徑；

k--玻爾茲曼常數；

δ--晶格常數；

T--系統溫度；

t--燒結時間。

 

表面擴散的基本觀點在於：

1.低溫時，表面擴散起主導作用，而體積擴散機制在高溫時其主導作用；

2.顆粒較細的粉末的表面擴散作用大；

3.燒結早期孔隙連通，表面擴散的結果導致小孔隙的縮小與消失，大孔隙長大；

4.金屬粉末表面有少量氧化物、氫氧化物，也能起到促進表面擴散的作用。

5.燒結後期表面擴散導致孔隙球化。