查看“︁燒結”︁的源代码

{{double image
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|3=150
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|5=150
|6=[[二氧化鈾]]粉末
|7=燒結後的二氧化鈾顆粒
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'''燒結'''（{{lang-en|sintering}}），是一種[[固體]]材料壓製及成形的過程，製造過程中會在材料上施加熱<ref>"Sinter, v." ''Oxford English Dictionary'' Second Edition on CD-ROM (v. 4.0) © Oxford University Press 2009</ref> 及/或壓力<ref>[http://www.thefreedictionary.com/sintered "Sinter" ''The Free Dictionary''] {{Wayback|url=http://www.thefreedictionary.com/sintered |date=20180720165916 }} accessed May 1, 2014</ref>，但加熱溫度會低於材料的熔點。像[[陶器]]的製作就要經過燒結的過程，而將金屬粉末燒結成製品的过程稱為[[粉末冶金]]。

烧结过程可以发生在自然环境中如矿藏的形成，也是十分重要的人工制造工艺，可用于制造[[金属]]、[[塑料]]、[[陶瓷]]等各种材料。材料中的原子会穿过颗粒的边界进行扩散，然后颗粒会融到一起，最后形成一整块固体。由于烧结的温度没有达到材料的熔点，因此通常选择烧结作为具有极高熔点的材料（例如[[钨]]和[[钼]]）的成形方法。日常生活中可以观察到烧结的一个例子是，几个冰块放在一杯水中会彼此粘附，这是由水和冰之间的温差驱动的烧结。压力驱动烧结的例子是降雪会在重力的作用下压缩成冰川，或通过将松散的雪压在一起形成硬雪球。
“烧结”这个词来自[[中世纪中期]]的德语“{{lang|de|''sinter''}}”，是英语“{{lang|en|''cinder''}}”（意为煤渣）的同源词。

==一般烧结==
烧结可以有效地降低孔隙率并增强诸如强度，导电性，透明性和导热性等性能。然而，在其他情况下，增加其强度但保持其气体吸收性如过滤器或催化剂中可能是有用的。在烧制过程中，原子的扩散会驱动粉末颗粒之间的界面消失，这个过程会分成不同的阶段，开始阶段会形成从粉末之间的颈部连接到最后小孔消除。

致密化的驱动力是由于固-汽界面被固-固替代后，表面积减小以及表面自由能降低引起的总自由能的变化。它形成新的但能量较低的固-固界面，自由能总量减少。在微观尺度上，材料转移受到压力变化和曲面上自由能差异的影响。如果颗粒的尺寸很小（并且其曲率很高），则这些效应的影响变得非常大。当曲率半径小于几微米时，能量的变化要高得多，这是许多陶瓷技术基于使用细颗粒材料的主要原因之一<ref name=Kingery/>。

对于诸如强度和电导率这样的性质，与粒度相关的结合面积是决定因素。对于任何给定材料可以控制的变量是温度和初始晶粒尺寸，因为蒸汽压力取决于温度。<ref name=Kingery>{{Cite book|last1 =Kingery|first1 =W. David|last2 = Bowen|first2 = H. K.|last3 = Uhlmann|first3 = Donald R.|title = Introduction to Ceramics|publisher = [[John Wiley & Sons]], [[Academic Press]]|date = April 1976|edition = 2nd|location =|url =https://archive.org/details/introductiontoce0000king|doi =|id = |isbn = 0-471-47860-1}}</ref>

固态过程的能量来源是颈部和颗粒表面之间的[[自由能]]或化学势能的变化。这种能量通过尽可能快的方式产生材料转移;如果从颗粒体积或颗粒之间的晶界发生转移，则会导致颗粒减少和孔隙消失。对于具有许多均匀尺寸和较高孔隙率的样品，孔隙消除发生得更快，其中边界扩散距离较小。对于该过程的后面部分，来自晶界的边界扩散和晶格扩散变得重要。温度控制对烧结过程非常重要，因为晶界扩散和体积扩散严重依赖于温度、材料颗粒的尺寸和分布、材料成分以及烧结环境<ref name=Kingery/>。

==陶瓷烧结==
烧结是陶器和其他陶瓷物体的烧制过程的一部分。这些物体由诸如玻璃，氧化铝，氧化锆，二氧化硅，氧化镁，石灰，氧化铍和氧化铁的物质制成。
一些陶瓷原料对水的亲和力较低，塑性指数低于粘土，在烧结前的阶段需要有机添加剂。通过烧结粉末制造陶瓷物体的一般程序包括：
* 将水、粘合剂、抗絮凝剂和未烧制的陶瓷粉末均匀混合形成浆料;
* 喷雾干燥浆料;
* 将喷雾干燥后的粉末放入模具中并按压以形成生坯（未烧结的陶瓷物品）;
* 在低温下加热生坯以烧掉粘合剂;
* 在高温下烧结以将陶瓷颗粒熔合在一起。
通过光学膨胀计热分析观察膨胀 - 温度曲线，可以容易地获得在特定陶瓷制剂（即尾料和玻璃料）的烧结循环期间发生的所有特征温度（包括相变温度、玻璃化转变温度和熔点等）。
事实上，烧结与材料的显着收缩有关，因为玻璃相一旦达到其转变温度就会流动，并开始合并粉末结构而且显着降低材料的孔隙率。
烧结通常在高温下进行。另外，可以使用第二和/或第三外力（例如压力，电流）。常用的第二外力是压力。因此，仅使用温度进行的烧结通常称为“无压烧结”。
使用分级金属 - 陶瓷复合材料，纳米颗粒烧结助剂和整体成型技术，可以实现[[无压烧结]]。用于3D形状的变体称为[[热等静压]]。

为了在烧结过程中有效地将产品堆叠在炉子中并防止部件粘在一起，许多制造商使用陶瓷粉末分隔层将产品分隔开。这些分隔层可以使用各种材料，如氧化铝，氧化锆和氧化镁等。它们还按粒度分成诸如如细、中、粗等的不同类别。
通过使分隔层的材料和颗粒尺寸与正在烧结的产品相匹配，可以减少表面损坏和污染，同时使炉负载最大化。
==金属粉末烧结==
大多数（并非所有）金属都可以烧结。这尤其适用于在真空中生产的纯金属，其不会受到表面污染。在大气压下烧结需要使用保护气体，通常是吸热气体。烧结，随后的再加工，可以产生大范围的材料特性。密度，合金化和热处理的变化可以改变各种产品的物理特性。例如，对于较低的烧结温度，烧结铁粉的[[杨氏模量]] ''E<sub>n</sub>'' 对原始粉末中的烧结时间，合金化或粒度保持稍微不敏感，但取决于最终产品的密度：
<math display="block">E_n/E = (D/d)^{3.4}</math>
其中，''D'' 是材料的密度，''E'' 是铁的理论杨氏模量，''d'' 是铁的理论密度。
当在某些外部条件下金属粉末可能表现出聚结时，烧结是静态的，并且当除去这些条件时，烧结仍然恢复到其正常行为。
在大多数情况下，随着材料流入空隙，颗粒集合的密度增加，导致总体积减小。在烧结过程中发生的质量运动包括通过重新包装减少总孔隙率，然后由于蒸发和扩散冷凝导致的材料运输。在最后阶段，金属原子沿着晶体边界移动到内部孔的壁，从物体的内部主体重新分布质量并使孔壁平滑。表面张力是这种运动的驱动力。

==參考資料==
{{reflist}}


[[Category:產業製程]]
[[Category:金屬加工]]
[[Category:塑料工业]]
[[Category:陶器]]