硬質合金燒結顆粒重排機制

硬質合金燒結時會有液相生成,並經歷重排,溶解-再析出,固相燒結階段。液相生成後,在氣孔壓力差和毛細力的作用下發生液相流動,使懸浮其中的固體顆粒發生重排,這就是液相燒結中顆粒重排機制。
 
在有液相存在時,顆粒在液相內近似懸浮狀態,受液相表面張力的推動發生位移,顆粒間孔隙中液相所形成的毛細管力以及液相本身的粘性流動,使顆粒調整位置、重新分佈以達到最緊密的排布。
 
氣孔壓力差
液相受毛細管力驅使流動,使顆粒重新排列以獲得最緊密的堆砌和最小的孔隙總表面積。因為液相潤濕固相並滲進顆粒間隙必須滿足γs>γl>γss>2γsl的熱力學條件所以固氣介面逐漸消失,液相完全包圍固相顆粒,這時在液相內仍留下大大小小的氣孔。由於液相作用在氣孔上的應力σ=-2γl/a(a為氣孔半徑)隨孔徑大小而異,故作用在大小氣孔上的壓力差將驅使液相在這些氣孔之間流動,也稱為液相粘性流動。
 
 硬質合金燒結毛細作用圖片
硬質合金燒結毛細作用圖片
 
毛細力
如上圖所示,滲進顆粒間隙的液相由於毛細管張力γ/ρ而產生使顆粒相互靠攏的分力。由於固相顆粒在大小和表面形狀上的差異,毛細管內液相凹面的曲率半徑ρ不相同,使作用於每一顆粒及各方向上的毛細管力及其分力不相等,使得顆粒在液相內漂動,顆粒重排得以順利完成,達到最佳的填裝狀態(緊密堆積),充分緻密化。毛細力導致的液相流動和顆粒重排是液相燒結的主導緻密化機理。
 
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