硬质合金生产中烧结极其重要的一道工序，它对硬质合金制品的性能影响巨大。烧结过程中伴随物质迁移，这其中扩散机制起着特别而十分重要的作用，晶界扩散是扩散机制的一种，它对烧结有着重要的意义，晶界对烧结颈长大和烧结体收缩会起到作用。

 

空位扩散时，晶界可作为空位“阱”，晶界扩散在许多反应或过程中起着重要的作用。晶界对烧结有着十分特殊的贡献：

1.烧结时，在颗粒接触面上容易形成稳定的晶界，特别是细粉末烧结后形成许多的网状晶界与孔隙互相交错，使烧结颈边缘和细孔隙表面的过剩空位容易通过邻接的晶界进行扩散或被它吸收；

2.晶界扩散的激活能只有积扩散的一半，而扩散系数大1000倍，而且随着温度降低，这种差别增大。

3.细粉烧结时，在低温起主导作用，并引起体积收缩。

 

晶界扩散图片

 

如果颗粒接触面上未形成晶界，空位只能从烧结颈通过颗粒内向表面扩散，即原子由颗粒表面填补烧结颈区。如果有晶界存在，烧结颈边缘的过剩空位将扩散到晶界上消失，结果是颗粒间距缩短，收缩发生。如上图所示。

 

空位向晶界扩散机制

1.代表晶界上孔隙周围的空位沿晶界（空位阱）扩散并被其吸收，使孔隙缩小、烧结体收缩；

2.（扩散通道）向两端扩散，消失在烧结体之外，也使孔隙缩小、烧结体收缩。

 

晶界扩散的扩散方程

1.根据两球模型，得到的方式如下

x6/a2=（960Dγδ4/kT）*t （1）

2.由球-板模型推导的晶界扩散方程

x6/a2=（12Dγδ4/kT）*t （2）

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。