钨合金生产工艺之液相烧结机制

经典的液相烧结认为液相烧结的动力来自于液相表面张力和固-液界面张力。液相烧结分为三个阶段：液相生成与颗粒重排阶段，溶解-析出阶段，固相骨架形成和晶粒长大阶段。

1、液相生成与颗粒重排阶段。此阶段最短。首先，当温度升高到某一温度时，混合粉末体中的低熔点组元产生液相。随着液相的生成产生毛细管力，促使粉末体发生快速致密化。系统表面能的降低是空隙消除的驱动力。颗粒重排时，在毛细管力的作用下，压坯类似于黏流固体。随空隙消除黏流液体的黏度提高，致密化迅速下降。颗粒重排阶段的致密化程度取决于液体数量、颗粒尺寸、固体在液体中的溶解度。在此阶段，如果液相数量足够多，压坯可以完全致密。据估计，保证重排阶段发生完全致密化的液相量为35%。但过高的压坯密度或颗粒形状部规则，会导致在加热时产生固体颗粒接触，因而对重排阶段的致密化产生阻碍作用。

2、溶解-析出阶段。随着重排阶段致密化速度的变慢，溶解和扩散效应渐渐成为主导，标志着液相烧结已进入溶解-析出阶段。在此阶段，固相向液相中溶解。溶解度与颗粒大小有很大关系，小颗粒优先在液相中溶解，随颗粒尺寸溶解的小颗粒通过扩散产生物质迁移而沉析在大颗粒的表面上。溶解-析出的一个结果是产生颗粒粗化长大，此过程又成为Ostwald ripening(即Ostwald长大机制)，同时溶解-析出导致进一步致密化。

在溶解-析出阶段后期，随着扩散的进行，晶粒产生合并、聚集，晶粒形状发生改变和协调，从而导致空隙的消除。液相数量根据扩散距离和晶粒形状协调适应而对溶解-析出产生影响。此时，固相在液相中的溶解度和扩散产生的物质迁移都很重要，晶粒形状取决于固-液、固-固界面能、液相数量和固相表面的晶粒取向。此时，钨晶粒产生平滑和球化以减少固-液界面能，空隙界面能降低，空隙得以消除。

3、固相骨架形成和晶粒长大阶段。经过前两个阶段，颗粒互相靠拢，在颗粒接触表面同时产生固相烧结，形成牢固的固相骨架。在此阶段，致密化较慢，固相骨架形成阻碍颗粒重排，而且固相扩散效应会使晶粒进一步长大。如果坯块中含有气体而不能逸出来，会使残余空隙进一步长大甚至产生坯块膨胀。因此，烧结时间过长会使合金性能降低。

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