硬质合金生产中烧结是最重要的一道工序，它对产品的性能有着重要的影响。研究烧结过程中物质迁移有助于烧结工艺的有效制定。而在这些物质迁移机制中，表面扩散对物质的迁移具有重要的作用。

 

表面扩散SEM图片

 

蒸发与凝聚机制是以粉末在高温时具有较大饱和蒸气压为先决条件，然而通过颗粒表面层原子的扩散来完成物质迁移，却可以在低得多的温度下发生。事实上，烧结过程中颗粒的相互联结，首先是在颗粒表面上进行的，由于表面原子的扩散，颗粒粘结面扩大，颗粒表面的凹处逐渐被填平。粉末极大的表面积和高的表面能，是粉末烧结的一切表面现象（包括表面原子扩散）的热力学本质。当烧结体内未完全形成隔离闭孔之前，表面扩散对物质的迁移具有特别重要的作用。

 

多数学者认为，在较低和中等烧结温度下，表面扩散的作用十分显著，而在更高温度时，逐渐被体积扩散所取代。烧结的早期，有大量的连通孔存在，表面扩散使小孔不断缩小与消失，而大孔隙增大，其结果好似小孔被大孔所吸收，所以总的孔隙数量和体积减少，同时有明显收缩出现；然而在烧结后期，形成隔离闭孔后，表面扩散只能促进孔隙表面光

滑，孔隙球化，而对孔隙的消失和烧结体的收缩不产生影响。库钦斯基推导了表面扩散的速度方程式，他认为烧结颈半径x的7次方与烧结时间成比：

x7/a3=（56Dγδ4/kT）*t （1）

式中，

x--烧结颈半径；

γ--表面张力；

a--粉末颗粒半径；

k--玻尔兹曼常数；

δ--晶格常数；

T--系统温度；

t--烧结时间。

 

表面扩散的基本观点在于：

1.低温时，表面扩散起主导作用，而体积扩散机制在高温时其主导作用；

2.颗粒较细的粉末的表面扩散作用大；

3.烧结早期孔隙连通，表面扩散的结果导致小孔隙的缩小与消失，大孔隙长大；

4.金属粉末表面有少量氧化物、氢氧化物，也能起到促进表面扩散的作用。

5.烧结后期表面扩散导致孔隙球化。