合金相的形成

20世纪90年代，对于多元素混合粉末体的烧结模型有了新的看法。B.Kieback，K.Brand，W.Schattc和A.P Savitskii等人认为，混合粉末体烧结的主要驱动力来自于形成合金相的化学驱动力，即新相的形成是烧结的主要驱动力。此时，化学驱动力的存在会使不同元素之间的扩散加快。加热过程中的相变会使扩散加快。原始元素粉末产生化学成分梯度，从而产生化学驱动力，化学驱动力导致形成固溶体和新相，并使成分均匀化和消除化学梯度，从而使系统的热力学处于平衡状态。对于多元体系组成的合金，化学驱动力对致密化的贡献在很大程度上超过粉末表面扩散导致表面自由能的降低。因此，混合粉末体系烧结的驱动力是合金相形成，而不是表面自由能的降低。在固相烧结阶段，如果能形成合金相，则不同元素的原子间扩散大大加快，从而发生很重要的致密化，它对致密化的作用远远超过粉末体内部的缺陷、缺陷增生、扩散以及缺陷的相互作用所产生的致密化。合金形成所释放的能量比孔隙完全消除所释放的能量要高出23个数量级，合金相的形成优先决定了扩散方向。对于钨铜假合金体系，由于钨在铜中不溶，因而致密化速度很慢，在固相烧结时，其烧结机理和烧结模型也就发生变化。在钨铜中添加极少量的镍等活化合金元素，该元素能与铜形成固溶体并促使极少量的W向固溶体中扩散，因而烧结致密化加快。对钨铜进行机械合金化，强迫钨向铜中扩散，使其部分形成钨铜复合体或超饱和固溶体，使钨铜的烧结机制发生改变，促使钨铜在固相烧结阶段发生很重要的致密化。

液相烧结的高密度合金由钨、镍、铁三种不同性质的粉末组成。钨-镍-铁合金中，镍与铁的互溶度大，能形成完全固溶体，钨在镍与铁中的溶解度大，形成γ-(镍，铁，钨)基体相。因而存在化学互扩散，即存在镍、铁互扩散和钨与镍、铁的互扩散。其致密化受化学互扩散导致形成合金和新相的影响。化学互扩散的驱动力是形成固溶体和新相，从而使系统的自由能降低，而不是表面能的降低。因此，对于钨-镍-铁合金体系，合金形成是釵獵化的主要因素，互扩散产生新的空位和位错，都有助于致密化。此外，在较高的固相烧结温度下，钨颗粒也会发生自扩散而对致密化起作用。


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