当前课程知识点：Fundamentals of Inorganic Materials Science > 9 Sintering > 9.4 Liquid phase sintering > 9.4.1 Flow mass transfer
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今天我们来学习液相烧结。
首先来看液相烧结的特点。
我们已经知道，
凡是有液相参与的烧结都可以称之为液相烧结。
粉末中总会混入少量杂质，
因此在大多数材料的烧结过程中，
都会或多或少出现液相，
即使在没有杂质的纯的固相系统中，
高温下还会出现“接触”熔融的现象。
因此，纯粹的固相烧结实际上不易实现，
在无机材料制造过程中，
液相烧结的应用范围更加广泛。
比如制备长石质瓷、
水泥熟料、高温材料等等，
都采用液相烧结的原理。
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将液相烧结和固相烧结进行对比，
Comparing liquid phase sintering with solid state sintering,
可以发现他们的共同点在于，
首先推动力是相同的，
都是粉体表面能
和烧结体界面能之间的能量差。
其次烧结过程都包含三个阶段:
颗粒重排、气孔填充以及晶粒生长。
不同点主要表现在：
1. 传质速率不同。
液相中的扩散速率远远大于固相，
所以说液相传质非常的快。
2. 致密化速率不同。
液相烧结致密化速率更高。
3. 烧结温度不同。
液相烧结的烧结温度相对而言要低一些。
那么影响液相烧结快慢的因素有哪些呢？
首先，与系统中含有的液相数量多少有关。
其次，液相性质的影响，
包括粘度和表面张力等。
此外，还受液相和固相之间的润湿性，
以及固相在液相中的溶解度等影响。
接着我们来讨论液相烧结的两种传质方式。
一个是流动传质，
烧结过程就是质点迁移的过程，
那么在液相烧结中是如何进行质点传递的呢？
因为液相的存在，
质点的传递可以以流动的方式进行，
有粘性流动和塑性流动两种传质机理。
粘性流动传质是指，
在液相烧结时，
由于高温下黏性液体（或者熔融体）出现牛顿型流动而产生的传质。
那么什么是牛顿型流动呢？
如图所示，
当质点受到剪切应力的时候就开始发生流动，
并且剪切速率和剪切应力成正比，
当应力消除后，
变形不会复原，
把这种流动方式叫做牛顿型流动。
粘性流动和扩散传质这两种传质有什么区别呢？
它们都是在应力的作用下，
由于空位的定向流动而引起的。
不同点在于，粘性流动是
整排原子沿应力方向的移动过程，
而扩散传质，
是一个个质点在固相中的迁移。
这也可以说明流动传质速率要快得多。
那么在烧结过程中，
什么情况下会发生粘性流动传质呢？
一般是若液相含量比较多并且粘度比较低时，
发生粘性流动所需要的剪切应力较小。
在高温下依靠粘性流动而致密化，
是大多数硅酸盐材料烧结的主要传质过程。
粘性流动传质坯体的收缩率可以表示为：dθ/dt=（3/2）γ/rη（1-θ）
相对密度随着时间的变化率。
它主要受三个参数的影响，
即粉体起始颗粒半径、
液相的表面张力和粘度。
根据硅酸盐玻璃致密化的一些实验数据，
做出相对密度随时间的变化曲线如图所示。
图中实线是根据dθ/dt=（3/2）γ/rη（1-θ）方程计算得到的，
虚线是根据收缩率方程计算得到的，
可以看出，在烧结初期，
两个方程的计算结果吻合很好，
但是随着烧结时间的延长，
二者出现了很大差别。
因此，这两个动力学方程具有不同适用范围。
这是粘性流动，
塑性流动是在什么样的情况下发生呢？
当坯体中液相含量很少或黏度很大时，
只有当作用力超过屈服值f的时候，才会发生流动，
然后流动速率才与作用的剪切应力成正比。
图中可以明显看出，
相对于黏性流动而言，
塑性流动不容易发生。
我们也可以写出塑性流动的动力学方程。
可以看出屈服值f越大，
致密化程度越低。
那如果当f等于0时，
发生的就是粘性流动，
动力学方程也就和粘性流动的动力学方程一致。
当[1-fr/√2γln（1/1-θ）]趋近于0的时候，
dθ/dt趋近于0。
代表这个时候密度随时间的变化非常小，
即此时的密度接近终点密度。
因此，为了达到致密烧结，
应该选择较小的颗粒半径r和粘度η，
和较大的表面张力。
-Test for chapter 1
-2.1 Type of defect
-2.2.1 The expression methods of point defects
--2.2.1 The expression methods of point defects
--2.2.1 The expression methods of point defects
-2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation
--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation
--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation
-2.3 Calculation of thermal defect concentration
--2.3 Calculation of thermal defect concentration
--2.3 Calculation of thermal defect concentration
-2.4 Non-stoichiometric compounds
--2.4 Non-stoichiometric compounds
--2.4 Non-stoichiometric compounds
-Homework for chapter 2
-Test for chapter 2
-3.1 The classification of solid solutions
--3.1 The classification of solid solutions
--3.1 The classification of solid solutions
-3.2 Substitutional solid solution
--3.2 Substitutional solid solution
--3.2 Substitutional solid solution
-3.3 Interstitial solid solution
--3.3 Interstitial solid solution
--3.3 Interstitial solid solution
-3.4 The research method of solid solutions
--3.4 The research method of solid solutions
--3.4 The research method of solid solutions
-3.5 Questions for crystal imperfection and solid solution
--Questions for crystal imperfection and solid solution
-Homework for chapter 3
-Test for chapter 3
-4.1 Melt structure
-4.2 The properties of the melt
--4.2.1 The properties of the melt_viscosity
--4.2.2 The properties of the melt_surface tension
--4.2 The properties of the melt
-4.3 The characteristics of glass
--4.3 The characteristics of glass
--4.3 The characteristics of glass
-4.4 The formation of glass
--4.4.1 The formation of glass_kinetics conditions
--4.4.2 The formation of glass_crystal chemical conditions
-4.5 The structure of glass
-4.6 The typical glass
-4.7 Questions for melt and glass
--Questions for melt and glass
-Test for chapter 4
-5.1 Phase equilibrium in silicate systems
--5.1 Phase equilibrium in silicate system
--5.1 Phase equilibrium in silicate system
-5.2 One-component system phase diagram
--5.2 One-component system phase diagram
--5.2 One-component system phase diagram
-5.3 Applications of one-component diagrams
--5.3 Applications of one-component diagrams
--5.3 Applications of one-component diagrams
-5.4 Binary diagrams
--5.4.1 Binary diagram with eutectic point
--5.4.2 Binary system with a congruent melting compound and one with an incongruent melting compound
--5.4.3 Other five types of phase diagrams of binary systems
-5.5 Applications of binary phase diagrams
--5.5 Applications of binary phase diagrams
--5.5 Applications of binary phase diagrams
-5.6 Ternary diagrams
--5.6.1 Representation of ternary system composition
--5.6.1 Representation of ternary system composition
--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system
--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system
--5.6.3 (1) Basic types of ternary phase diagrams
--5.6.3 (2) Basic types of ternary phase diagrams
--5.6.3 (3) Basic types of ternary phase diagrams
--5.6.3 Basic types of ternary phase diagrams
-5.7 Applications of ternary phase diagrams
--5.7 Applications of ternary phase diagrams
--5.7 Applications of ternary phase diagrams
-5.8 Research methods of phase equilibrium
--5.8 Research methods of phase equilibrium
--5.8 Research methods of phase equilibrium
-5.9 Questions for phase equilibria
--Questions for phase equilibria
-Homework for chaper 5
-Test for chapter 5
-6.1 Overview of diffusion
-6.2 The kinetic equations of diffusion
--6.2 The kinetic equations of diffusion
--6.2 The kinetic equations of diffusion
-6.3 The thermodynamic equation of diffusion
--6.3 The thermodynamic equation of diffusion
--6.3 The thermodynamic equation of diffusion
-6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient
--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient
--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient
-6.5 Diffusion in solid
-6.6 Factors affecting diffusion
--6.6 Factors affecting diffusion
--6.6 Factors affecting diffusion
-6.7 Questions for diffusion
-Homework for chaper 6
-Test for chapter 6
-7.1 Overview of solid state reactions
--7.1 Overview of solid state reactions
--7.1 Overview of solid state reactions
-7.2 Kinetic equation of solid state reaction
--7.2 Kinetic equation of solid state reaction
-7.3 Factors affecting the solid state reaction
--7.3 Factors affecting the solid state reaction
--7.3 Factors affecting the solid state reaction
-Homeword for chapter 7
-8.1 The categories of phase transformation
--8.1 The categories of phase transformation
--8.1 The categories of phase transformation
-8.2 Crystallization
--8.2.1 Crystallization thermodynamics
--8.2.2 Crystallization kinetics
-8.3 Phase Separation of glass
--8.3 Phase separation of glass
--8.3 Phase separation of glass
-8.4 Questions for phase transformation
--Questions for phase transformation
-Test for chapter 8
-9.1 Overview of sintering
-9.2 The driving forces and models of sintering
--9.2 The driving forces and models of sintering
--9.2 The driving forces and models of sintering
-9.3 Solid state sintering
--9.3.1 Evaporation-Condensation mass transfer
--9.3.2 Diffusion mass transfer
-9.4 Liquid phase sintering
--9.4.2 Solution-Precipitation mass transfer
-9.5 Grain growth and secondary recrystallization
--9.5.2 Secondary recrystallization
--9.5 Grain growth and secondary recrystallization
-9.6 Factors affecting sintering
--9.6 Factors affecting sintering
--9.6 Factors affecting sintering
-9.7 Questions for sintering
-Homework for chapter 9
-Test for chapter 9
