一、烧结的定义和过程
所谓的烧结，是指固态粉末经过成型后，在加热到一定温度的条件下开始收缩、致密化，最后形成致密、坚实整体的过程。
烧结可以发生在单纯固体物质之间，也可以发生在液相参与下进行。前者称为固相烧结，后者称为液相烧结。无疑，在烧结过程中可能包含某些化学反应，但它并依赖化学反应的作用，它可以在不发生任何化学反应的情况下，将固体粉末加热转变成致密体。如氧化物陶瓷和粉末金属制品的烧结就是如此。这时烧结区别于固相反应的一个重要方面。
陶瓷坯体的粉末物料用结合剂或塑化剂连接起来，通过成形而形成一定粉状的几何体。陶瓷坯体是靠大量形状不同，尺寸不一的颗粒堆积而形成的。颗粒之间绝大多数是靠点接触，因而颗粒之间必然会形成大量形状不同的气孔，这些气孔多数是与大气相同的开口气孔。即使在最紧密堆积的情况下，总气孔率也要占26～32％。
陶瓷坯体烧结前，颗粒的堆积彼此以点接触，保留着大量连通孔隙。在高温作用下。颗粒表面的结构基元开始扩散，颗粒间接触点逐渐扩大，彼此连接起来，但此时孔隙仍是连通的，只是形状发生了变化，尺寸有所减小，颗粒间的传质过程继续进行，颗粒间扩大为面接触，孔隙被封闭起来；并进一步缩小，颗粒间开始形成为一个整体；封闭气体被压缩到最小，成为最终烧结体。
烧结过程：
初期只是坯体中颗粒彼此靠近，空隙变形和缩小，并不能最终填充空隙；
中、后期颗粒间充分接触，将孔隙全部排除或封闭，封闭在气孔中的气体被压缩到最大限度，从而得到充分致密的烧结体。
对于陶瓷材料而言，在烧结中、后期经常是与传质同时进行的晶粒长大和二次再结晶是重要过程，晶粒的长大是在无应变点或近应变点的材料在加热过程中的平均晶粒尺寸连续增大过程，二次结晶有时也称为非正式的或不连续的的晶粒长大。在整个过程中，少数大晶粒通过消耗无应变点的细晶粒而成核而长大。
陶瓷经过烧结后，在宏观上变化为：强度增加，致密度提高，体积缩小。因此，陶瓷的烧结过程，在生产上常用坯体的收缩率，气孔率和体积密度等指标来衡量。烧结的显著标志是表面气孔率接近于零，总气孔率一般在5％以下。
烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的。
烧结与固相反应虽然都是以物质结构基元位移为前提的物理化学过程，但最终结果不同，固相反应必须生成新的固态产物，并着重于固态物质间的化学反应，不要求产物必须是形成坚实的整体，而烧结则着重于组元间的结合，并一定生成新产物，最终的结果必须使粉料结成具有一定强度的整体。
二、烧结的动力
烧结是固态物质在高温作用下自动实现致密化的过程。
被烧结的固态物质必须是粉料。粉料具有较大比表面积和较高的比表面能。即使在加压成形体中，颗粒间接触面积也是很小，总表面积仍然处于较高能量状态，根据最小能量原理，它将自发地想最低能量状态变化，并伴随体系表面能降低，可见烧结是一个自发的不可逆过程，体系过剩的表面能是推进烧结的动力。所以烧结的定义也可以这样来叙述；烧结是使处于高能状态粉状物料，在高温作用下变为低能态并形成坚实整体的过程。
表面能对烧结的推动作用，也是通过表面张力来实现。固态物质表面能降低有两种途径：表面吸附和改变状态。由于粉料的表面能很高，不可能靠吸附使能量降低，彻底解决方法是改变颗粒表面的表面状态。但是由于固体具有巨大的内聚力，在常温下固体的结构基元是很难脱离其平衡位置而自由运动，必须供给它足够能量之后结构基元才具有明显的可动性，改变表面状态才有可能。使物质从外界获得能量的途径通常是对其加热，因此温度对烧结有重要影
烧结是从粉状集合体转变为致密烧结体的过程。
第一，烧结过程的推动力是表面能；
第二，粉料的烧结是结构基元位移的结果。
1.流动传质 烧结过程主要是结构基元象粘性液体那样在固体表面流动，或象塑性体那样在固体表层上滑动而实现传质。
由于颗粒表面的结构基元处于高能状态，在高温作用下，它优先脱离其平衡位置而运动（熔化），已熔物质在表面张力作用下回发生类似液体物质的粘性流动或类似塑性体的相对滑动。在两个颗粒间形成凹面区域，通常称为颈部，在两颗粒的接触点成呈凸面，凹凸面处的蒸气压分别低于和高于平面处的蒸气压，由于颈部有不平衡的压力存在，按照平衡原理，表面处于高压处的物质必然向低压处运动。实际上凸面上质点优先向凹面处迁移，结果是凸面被削减，凹面被填平，颗粒间的距离被拉近，使总表面积减少，表面能降低，同时使晶格中缺陷不断校正，从而形成致密烧结体。
粘性流动和塑性流动的机理是不同的，前者是结构基元依次占据晶格空位，而空位反向移动；后者是：只有当表面张力超过屈服点时才能发生，它是通过整排结构基元或晶面滑动来实现物质传递的。
热压烧结，就是在加热又加压的条件下进行烧结。此法可使坯体在较低温度下和较短的时间内达到最大致密度。
2.扩散传质 由于晶体中空穴存在，在表面张力作用下，借助浓度梯度的推动促使结构基元定向扩散，从而导致物料的烧结。
实际上晶体常存在两种热缺陷，即空穴和填隙粒子。随着温度的升高，这些缺陷数目会成指数倍增加。在接近烧结温度时，这些缺陷的数目已有相当的数量。固体颗粒中的空穴和填隙粒子，在不受外力作用时是不会发生定向移动的。但在浓度差的推动和表面张力作用下，空穴和填隙；粒子就会沿一定的方向移动，从而出现相当的物质流，其迁移量与表面张力大小成正比。颈部的空穴向颗粒的其它部分迁移，而其它部分的结构基元则向颈部迁移，相互迁移的结果是在颈部的空穴越来越少，结构基元的数量越来越多。随着烧结的继续，结构基元的扩散是由表面到界面，进而深入到颗粒内部进行体积扩散，空穴最后在界面处消失。由于物质的定向扩散最后达到趋于平衡平衡状态，从而颗粒之间形成密实的烧结体。
3.蒸发——凝聚传质 凸面上蒸气压高，凹面上的蒸气压低，在压力差的推动下，物质从凸面上蒸发在凹面上凝聚，如此进行传质而完成烧结。这种传质过程只在高温下蒸气压大的系统中才起主导作用
4.溶解——沉淀传质 在有液相参加的烧结中，若液相能润湿或溶解固相，由于小颗粒具有较大的表面能且其溶解度也比大颗粒大。故小颗粒将优先被溶解，并通过液相不断想四周扩散，使液相中该物质的浓度随之增加，当达到较大颗粒过饱和的浓度时，就会在其表面沉积析出。这样，小颗粒不断被溶解，大颗粒不断长大，颗粒间的空隙被未饱和的液相所填充，在液相表面张力作用下，颗粒间相互靠近。此外，在颗粒接触点处受到压应力，优先溶解，在非受压部分沉积，凸面优先溶解，在凹面处沉积，结果使颗粒间接触面积不断扩大，中心距离缩短，最后形成致密的烧结体。
四、固相烧结
首先假设粉料颗粒为球形，取其两个颗粒进行分析。
当温度接近烧结温度时，两个颗粒相互接触通过表面扩散，在接触处形成颈部，使表面积缩小，直至填平凹处，颈部消失而形成蚕状的椭球体（因颗粒大小不等），同时又因两个颗粒的质点排列不完全相同，故在椭球体上必然要留下一个晶界，随着温度的继续升高通过体积扩散，晶界向椭球体的小端移动，最后停留在某一位置或消失为单一颗粒。生坯的烧结过程是颗粒数目由多变少，和以大颗粒为中心使之长大，小颗粒减少或消失的过程。
当许多颗粒同时长大时，它们将形成紧密堆积和多面体的聚集体，而不在保持原来的球形或椭球形颗粒。——只有这样的界面才能最小，能量最低。
烧结初期，相互靠近的颗粒，通过表面扩散使物质向颈部迁移，而导致颗粒中心接近，气孔形状改变并发生坯体收缩，此时颗粒间晶界还明显存在。继续扩散，相邻的晶界相交并形成网络。在晶界界面张力的作用下，晶界可以移动，开始了正常晶粒的长大，此时烧结初期结束而进入中期，中期实际是晶体长大阶段。晶体的长大不再是小晶粒的相互黏结，而是晶粒聚集体中晶界移动的结果。形状不同晶界移动的结果不同，弯曲的晶界总是向曲率中心移动，曲率半径愈小，移动愈快。若晶粒在二度空间截面呈六边形时晶界为直线最稳定。截面边数大于六的晶粒，它们的晶界是向内的凹面，小于六边时，其晶界是向外的凸面，由于晶界向曲率中心移动，所以大于六边的晶粒容易长大，小于六边的晶粒趋向缩小或被吞并。
在晶体长大时伴随晶界移动，可能被杂质或气孔等所阻滞，晶界移动可能有三种情况：
1.晶界移动被杂质或气孔阻挡，使正常晶粒长大停止。
2.晶界带动气孔或杂质继续正常速度移动，使气孔保持在晶界上，并从晶界上排除，坯体继续致密化。
3.晶界越过杂质或气泡继续推移，把气孔包入晶粒内部。这时由于气孔离开晶界难于排除，可能使烧结停顿下来，致密度不再提高。这种情况的出现，是由于坯体内部存在边数较多，界面能特别大的晶粒，这种晶粒越过气泡或杂质继续推移，以致把周围晶粒吞并而迅速长成更大的晶粒的过程称为再结晶。
为了获得致密的产品，必须防止或减缓再结晶过程，工艺上常用填加物的方法来阻止或减缓晶界移动，使气孔沿晶界排出，使坯体达到足够的致密度。
进入烧结末期的表现是：凡是能排除的气孔都已排走，剩下来的都是孤立，彼此不相同的闭口气孔，要进一步排除闭口气孔是很困难的，这时坯体的收缩和气孔率下降都很慢，当收缩率达到最大，气孔率最低时烧结过程结束。
五、液相烧结
液相烧结是指温度超过粉料中易熔组分或低共熔物的熔点，出现客观数量的液相情况下进行的烧结过程。若烧结过程有一定量的液相参加，使流动传质、溶解——沉淀传质更容易发生，因而晶体表面缺陷容易被医治。结构缺陷的数量对烧结过程不会有重大影响，此时烧结主要取决于液相的数量和性质（黏度、表面张力、润湿性、固相在液相中的溶解度）。
1.液相烧结必须具备的条件
液相量适当。因为粉料在堆积过程中，总有一定数量的孔隙存在。要获得致密的烧结体，必须有一定数量的液相将这些孔隙填充，否则烧结体致密性差。但液相量过多，烧结体呈半熔融状态，则坯体容易变形，故只有液相量适当，才能得到良好的烧结体。
[2]液相能润湿固相。若液相不能润湿固相就不能进入孔隙中，而被排挤在坯体表面，造成“渗漏”现象。只有液相能很好的润湿固相才能填充孔隙，并且在液相表面张力作用下，将颗粒拉近、拉紧，对颗粒位置进行调整和重排，从而形成致密的烧结体。
[3]液相能溶解固相。一般粉料中低熔组分或低共熔物形成的液相的数量是有限的，只有液相对固相能溶解，才能形成一定数量的液相，如此才能填充孔隙，形成致密的烧结体。液相能溶解固相对烧结过程和烧结产品的质量都有利。
2.液相烧结过程
当温度达到低共熔组分或低熔物的熔点时液相出现，随着温度的升高，固相逐渐被液相溶解而使液相增加。在这类烧结过程中，使颗粒重排而达到致密化程度取决于液相量。若液相量较多，它将把颗粒间孔隙填充，在毛细管力作用下，颗粒被拉紧、拉近。同时液相把孔隙中气体排除或将气体压缩到最大限度（气孔率最低）形成闭口气孔，最后固体颗粒在液相的黏结下，形成致密的烧结体。若液相较少，必须通过溶解——沉淀和流动传质过程使物质搬迁，从而改变颗粒形状，扩大接触面积，达到坯体致密化。
六、影响烧结的因素
1.烧结相的性质
烧结相的晶格能是衡量烧结能力的主要指标之一。晶格能愈高，质点移动愈困难，烧结愈难进行。晶格的结构类型也起着重要作用。凡是有碍烧结颗粒直接接触的因素都会使烧结变得困难。
烧结相处于多相转变过程中，如脱水、分解等过程，都会使晶格活化，处于不稳定状态，有利于烧结。
在多组分烧结中，组分的改变可能导致液相出现。如果液相符合烧结要求，那么液相的产生必能促进烧结。
2.颗粒度的影响
颗粒度包括颗粒大小、配比和形状，其中颗粒大小对烧结的影响最为明显。颗粒越细，晶格缺陷越严重，结构基元活性增加，因此越易烧结。科学实验已充分证明气孔的消失与晶界有密切的关系，沿晶界的气孔比远离晶界的气孔优先消失、颗粒越细，晶界越多，为气孔的消失创造了条件。
所谓颗粒级配，是指大、中、小颗粒的比例。大、中、小颗粒的适当配合，可使坯体形成紧密结构，颗粒间接触面积大，有利于质点的扩散。颗粒形状复杂，表面粗糙，有利于烧结。
3.添加物的影响
添加物的性质和数量。
[1]添加物和烧结相形成固溶体。添加物和烧结相形成连续固溶体或有限固溶体时，可以导致烧结相晶格发生畸变，缺陷增加，因而质点易于移动而促进烧结。
[2]添加物和烧结相形成化合物。若形成的化合物不能与烧结相形成固溶体且耐火度又高，则烧结相会被高耐火度的化合物包裹而彼此分开，使之难于烧结。
添加物本身能在较低温度下形成液相，但这种液相应是黏度低，表面张力大，且能对固相能润湿为前提，此时有利于烧结。添加物还可以改变烧结体内液相性质，使之利于烧结
[4]添加物的数量。
4.烧结温度和保温时间
烧结温度必须根据烧结相本身的特性及烧结条件所限定的温度范围内选择。合理的烧结温度，对工业生产来说是十分重要。从提高生产率的角度出发，应尽量选择较高的烧结温度，因为这样可以适当缩短保温时间，若温度偏低，保温时间就要长。
实际生产中要根据生产率和对产品质量的要求和坯体大小、厚薄、形状等全面考虑，来选择合理的烧结温度，确定保温时间。
总之，温度不能过高，也不能过低，过高容易使产品变形，过低质点排列过程太慢，烧结难于进行。
5.烧结气氛的影响
一般陶瓷产品都是在天然气氛中烧成。根据燃烧产物中游离氧的含量不同，烧成气氛可分为氧化、还原和中性三种情况。当氧含量为4～5％时称为氧化气氛，小于1％时还原气氛，在1～1.5％时为中性气氛。
还原气氛：由于氧的分压在燃烧产物中是很低的，晶体中的氧便直接从表面逸出，与气氛中的氢或一氧化碳作用，
O2-+H2→□O2-+H2O；O2-+CO=□O2-+CO2。这样在晶体中留下氧空位□O2-，加速了O2-在晶格中的扩散而促进烧结。
在氧化气氛中，由于燃烧产物中氧分压较高，在氧化物晶体表面上，氧的吸附量增加，使晶体表面阳离子空位增多，加速了晶体内部阳离子的扩散，而促进烧结。
对于阴离子的迁移控制传质作用的烧结，采用还原气氛有利；对于由阳离子的迁移控制的烧结，采用氧化气氛有利。
如何选择气氛，必须考虑材料的组成和性能及添加物等因素而定，还要考虑产品的具体要求。
6.压力的影响
压力对烧结的影响；一是粉料成形时的压力；二是烧过程中外加压力。
一般而言，成形压力越大，越利于烧结。因为压力大，可使粉料颗粒间接触紧密。但是，压力过大，粉料会发生脆性断裂，反而对烧结不利.
