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燒結(jié)爐廠家助你更好了解粉末冶金燒結(jié)爐發(fā)布日期：2023-2-20 類別:公司新聞 瀏覽量: 2928 times 燒結(jié)爐廠家整理這篇文章是為了幫助自己，體系地了解粉末冶金這個(gè)L域。文章開頭簡述了粉末冶金的背景和工藝，然后按照常規(guī)粉末冶金的工藝流程，依次總結(jié)了粉末的生產(chǎn)，壓制和燒結(jié)這三個(gè)部分。在壓制和燒結(jié)（粉末冶金的主要環(huán)節(jié)）這兩個(gè)部分，都會先做概述，接著介紹原理和工藝。大家可以通過目錄一覽粉末冶金學(xué)的整個(gè)知識體系。 1 簡述1.1 粉末冶金一種以金屬粉末為原料，經(jīng)壓制和燒結(jié)制成各種制品的加工方法。特點(diǎn)：能生產(chǎn)其他方法無法生產(chǎn)的材料（多孔材料、含油軸承、假合金、難溶金屬、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、許多復(fù)合材料）；生產(chǎn)其他方法也能生產(chǎn)的材料，但材料性能更為優(yōu)異：高合金鋼（高速鋼、不銹鋼、超合金）；JN省材的先進(jìn)制造技術(shù)。應(yīng)用：機(jī)械結(jié)構(gòu)零件（汽車零部件），工具材料（硬質(zhì)合金）。1.2 粉末冶金工藝 1.2.1 常規(guī)粉末冶金工藝 粉末準(zhǔn)備：包括粉末生產(chǎn)（霧化法Atomization，還原法Reduction，電解法Electrolysis，機(jī)械合金化）和粉末混合（合批Mixing或混合Blending）粉末壓制Compaction：大多在機(jī)械壓機(jī)、液壓機(jī)或氣壓機(jī)上完成。模壓成形 3. 燒結(jié)Sintering：燒除（預(yù)燒）階段，高溫?zé)Y(jié)，冷卻。輔助處理：致密化Densification和J整Sizing，浸漬Impregnation和熔滲Infiltration。 1.2.2 特殊粉末冶金工藝 成形方法不局限于模壓：連續(xù)成形、注射成形、漿料成形、高能成形……不一定必須有三個(gè)基本工序：粉末松裝燒結(jié) ……工序可以合并：熱成形 、高能成形、噴射沉積…… 新材料、新工藝：納米材料、3D打印......其他：粉末軋制Powder Rolling， 噴射沉積Spray Deposition，粉末擠壓Powder Extrusion. 1.2.3 工藝流程一覽 2 粉末及其生產(chǎn)2.1 粉末 2.1.1 相關(guān)概念（從宏觀到微觀） 粉末（粉末體）：粒度小于1000µm的顆粒的集合體（包括固體顆粒與顆粒間的孔隙）。粉末顆粒（particle）：組成粉末的固體微粒。一次顆粒（單顆粒）（single particle）：制粉過程中Z先制成的能夠獨(dú)立存在并相互分開的顆粒。二次顆粒（secondary particle）:二個(gè)或二個(gè)以上的一次顆粒聚集而成的有一定結(jié)合強(qiáng)度的顆粒聚集體。團(tuán)粒：單顆粒或二次顆�？糠兜氯A引力粘結(jié)而成的聚合體。二次顆粒示意圖：c晶粒，a2一次顆粒，b二次顆粒，a單顆粒。一次、二次顆粒內(nèi)部都可能存在孔隙。 2.1.2 粉末性能 化學(xué)性能：主要指粉末的化學(xué)組成。雜質(zhì)類型：與主成分結(jié)合，形成固溶體或化合物的金屬或非金屬；原料機(jī)械夾雜；表面吸附物；制粉過程中帶進(jìn)的雜質(zhì)。雜質(zhì)O含量測定：氫損值；酸不溶物法—ISO-4496物理性能：顆粒形狀及結(jié)構(gòu)，粒度/粒度組成/孔隙度：費(fèi)歇爾微粉粒度分析儀（F.S.S.S.），（克）比表面積：B.E.T.法，顆粒密度：比重瓶法，顆粒顯微硬度，熔點(diǎn)，熱學(xué)、 電學(xué)、 磁學(xué)、光學(xué)性質(zhì)等。工藝性能松裝密度Apparent Density：粉末在自然充填容器時(shí)，單位體積內(nèi)自由松裝粉末體的質(zhì)量。振實(shí)密度Tapping Density：粉末裝于容器內(nèi)，在規(guī)定條件下，經(jīng)過振動敲打后測得的粉末密度。流動性Flowability：一定量粉末(50g) 流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)漏斗Tunnel所需的時(shí)間。還可采用粉末自然堆積角Natural Angle of Repose試驗(yàn)測定流動性。壓制性Compactability：包括壓縮性Compressibility（粉末被壓緊的能力）和成形性Formability（壓制后，粉末壓坯保持形狀的能力）。 2.1.3 粉末粒度 粒度Particle Size：以mm或μm的表示的顆粒的大小稱顆粒直徑，簡稱粒徑或粒度。粒度對單顆粒而言，而粒度組成則指整個(gè)粉末體。但是通常說的粉末粒度包含有粉末平均粒度的意義。級別平均粒徑范圍，μm粗粉150～500中粉40～150細(xì)粉10～40極細(xì)粉0.5～10超細(xì)粉＜0.1粒徑（用直徑表示的顆粒大小）基準(zhǔn)：幾何學(xué)粒徑dg，當(dāng)量粒徑de，比表面粒徑dsp，衍射粒徑dsc。粒度分布Particle Size Distribution：具有不同粒徑的顆粒占全部粉末的百分含量稱粉末的粒度組成。粒度分布基準(zhǔn) ：個(gè)數(shù)/長度/面積/質(zhì)量基準(zhǔn)分布頻度：Di級粉末顆粒數(shù)與總顆粒/重量/體積數(shù)之比 100%相對頻度：單位尺寸(微米)上的頻度數(shù)Relative Frequency平均粒度Mean Particle Size粒度測定粒徑基準(zhǔn)方法名測量范圍，μm粒度分布基準(zhǔn)幾何學(xué)粒徑篩分析光學(xué)顯微鏡電子顯微鏡＞40500～0.210～0.01質(zhì)量分布個(gè)數(shù)分布個(gè)數(shù)分布當(dāng)量粒徑重力沉降離心沉降50～1.010～0.05質(zhì)量分布質(zhì)量分布比表面粒徑氣體吸附氣體透過20～0.00150～0.2比表面積平均徑比表面積平均徑光衍射粒徑光衍射X光衍射10～0.001 0.05～0.0001體積分布體積分布2.2 粉末生產(chǎn)按制粉過程中有無化學(xué)變化，大體上可分為：機(jī)械法：物理化學(xué)法：球磨法、錘式破碎法、旋渦研磨法、用高壓水或氣體霧化液體金屬法、離心霧化。還原氧化物與鹽類、電解水溶液、電解熔鹽、熱離解羰基化合物、晶間腐蝕法。工業(yè)上三大制粉方法：霧化法Atomization：直接擊碎熔融金屬液體形成液滴，冷凝后得到粉末顆粒的過程。顆粒內(nèi)不存在成分微觀偏析。有二流霧化（氣體霧化、水霧化），離心霧化（旋轉(zhuǎn)電極、坩堝、圓盤），真空，轉(zhuǎn)輥。還原法Reduction：用還原劑（氣體、固體或活潑金屬）將氧化物還原制備粉末的過程，是應(yīng)用Z廣的制取金屬粉末的方法。電解法Electrolysis：水溶液電解Liquid Electrolysis（Fe、Cu、Ag、Sn、Mo、Pb、Au等金屬，F(xiàn)e-Ni、Fe-Cr等合金），熔鹽電解Molten Salt Electrolysis（Ti、Zr、Be、Ta、Nb、Th等）。生產(chǎn)規(guī)模在物理化學(xué)法制備金屬粉末中僅次于還原法。3 壓制3.1 概述成形Forming：將粉末密實(shí)Densify成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強(qiáng)度的坯體Green Compacts的工藝過程（Consolidation）。普通成形：將粉末裝入鋼制壓模（陰模）中，通過模沖對粉末加壓，卸壓后，將壓坯從陰模內(nèi)脫出的過程。特殊成形：包括等靜壓成形，注漿成形法，粉末連續(xù)成形，熱成形（成形燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行），高能率成形（爆炸成形）。壓制前準(zhǔn)備：還原退火合批（同類粉末或粉末混合物的混合）與混合（不同成分的粉末混合均勻）。機(jī)械法（干混、濕混）或者化學(xué)法（在溶液中，通過反應(yīng)同時(shí)生成均勻混合的產(chǎn)物或前驅(qū)體，或包覆粉末）。篩分：把顆粒大小不同的原始粉末進(jìn)行分級。制粒：將小顆粒的粉末制成大顆�；驁F(tuán)粒的工序，常用于改善粉末的流動性。包括擦篩制粒（ 傳統(tǒng)硬質(zhì)合金生產(chǎn)），旋轉(zhuǎn)盤制粒，擠壓制粒，噴霧干燥。成形劑Binder+潤滑劑Lubricant：成形劑是為了提高壓壞強(qiáng)度或?yàn)榱朔乐狗勰┗旌狭掀龆砑拥奈镔|(zhì)，也叫粘結(jié)劑，在燒結(jié)前或燒結(jié)時(shí)將該物質(zhì)除掉。3.2 壓制時(shí)的現(xiàn)象壓制后粉末體的孔隙度降低，壓坯相對密度明顯高于粉末體的相對密度。壓制使粉末體堆積高度降低，一般壓縮量超過50%軸向壓力（正壓力）施加于粉末體，粉末體在某種程度上表現(xiàn)出類似流體的行為，向陰模模壁施加作用力，其反作用力—側(cè)壓力產(chǎn)生。隨粉末體密實(shí)，壓坯密度增加，壓坯強(qiáng)度也增加。由于粉末顆粒之間摩擦，壓力傳遞不均勻，壓坯中不同部位密度存在不均勻。卸壓脫模后，壓坯尺寸發(fā)生膨脹—產(chǎn)生彈性后效（壓坯發(fā)生變形、開裂的Z主要原因之一）。壓制變形內(nèi)因：粉末體的多孔性（一次孔隙、二次孔隙、拱橋效應(yīng)產(chǎn)生的孔隙），粉末顆粒良好的彈塑性，粉末體較高的比表面積。拱橋效應(yīng)現(xiàn)象：粉末在松裝堆集時(shí)，由于表面不規(guī)則，彼此之間有摩擦，顆粒相互搭架而形成拱橋孔。在壓制過程中，粉末體在較低壓力S先發(fā)生位移，然后發(fā)生變形（彈塑脆性變形）拱橋效應(yīng)3.3 壓制時(shí)的力正壓力模壓成形時(shí)的側(cè)壓力：壓制過程中由垂直壓力所引起的模壁施加于壓坯的側(cè)面壓力。外摩擦力：粉末顆粒與陰模之間的摩擦力。內(nèi)摩擦力：粉末顆粒之間的摩擦力。脫模壓力：壓制壓力卸除后，使壓坯由模中脫出所需的壓力。彈性內(nèi)應(yīng)力：粉末體受壓后內(nèi)部產(chǎn)生的變形抗力（阻力）。彈性后效Springback：當(dāng)壓力去除，把壓坯從壓模中脫出，由于彈性內(nèi)應(yīng)力的松弛作用，粉末壓坯會發(fā)生彈性膨脹，稱為彈性后效。3.4 壓制壓力與壓坯密度的關(guān)系 3.4.1 理想的壓制曲線 DⅠ階段（位移階段）：顆粒位移，填充孔隙，壓力增加，密度快速增加。DⅡ階段（平衡階段）：壓力繼續(xù)增加，壓坯密度增加不明顯。DⅢ階段（顆粒變形階段）：壓力超過一定值，壓力升高，壓坯密度繼續(xù)增加。理想的壓制曲線 3.4.2 實(shí)際粉末的壓制曲線 實(shí)際粉末壓制時(shí)，三個(gè)階段相互重疊，不可截然分開，階段之間區(qū)分不十分明顯：位移階段有變形，變形階段有位移.粉末性質(zhì)不同，某一階段的特征可能不明顯或特別突出。實(shí)際粉末的壓制曲線 3.4.3 壓制方程 幾個(gè)有代表性的壓制方程3.5 壓坯密度 3.5.1 壓坯密度分布不均 壓坯密度分布不均勻性用**密度差、相對密度差、平均密度表示。密度差反映了模壓成形的技術(shù)水平；對密度差的數(shù)值要求越小，要求壓制水平就越高。 3.5.2 改善壓坯密度分布不均的措施 合理選擇壓制方式：單向壓制，雙向壓制，浮動陰模壓制，拉下式（強(qiáng)動式、引下式）壓制，摩擦芯桿壓制（錯(cuò)動雙向壓制）。降低摩擦系數(shù)，減少壓力損失：采用潤滑劑，改進(jìn)壓模材料及表面狀態(tài)，原料粉末的改性。復(fù)雜形狀壓坯的壓制：保證粉末均勻充填模腔，各部分粉末的壓縮比相等，各臺階壓制壓制速率相同等；使用多臺階壓坯的壓制。3.6 壓坯強(qiáng)度粉末壓坯反抗外力而保持其形狀、尺寸不變的能力。是衡量粉末性能，壓制過程和壓坯質(zhì)量的重要指標(biāo)。 3.6.1 壓坯強(qiáng)度的形成原因 巴爾申觀點(diǎn)：粉末壓坯中顆粒之間的聯(lián)結(jié)力（壓坯強(qiáng)度）主要來源于顆粒間的機(jī)械嚙合力，針對成分、粒度、硬度相同，形狀不同的粉末。瓊斯觀點(diǎn)：粉末壓坯中顆粒之間的聯(lián)結(jié)力（壓坯強(qiáng)度）主要來源于相鄰顆粒表面上的原子吸引力，針對形狀、粒度相同的電解粉退火前后粉末。 3.6.2 壓坯強(qiáng)度的表示 壓坯抗彎強(qiáng)度表示法（ASTM B 783，GB5319-85）轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)法（JSPM4-69） 3.6.3 影響因素 粉末性能：顆粒硬度、表面粗糙度、比表面積、顆粒形狀、表面氧化物及雜質(zhì)等。壓制壓力潤滑劑、成形劑壓制溫度、保壓時(shí)間提高方法：提高顆粒粗糙度（機(jī)械嚙合）；增大粉末比表面積（提高顆粒不規(guī)則程度）；減少顆粒表面氧化物和其他雜質(zhì)；提高壓坯密度；減少阻礙機(jī)械嚙合的填加劑的用量；一定條件下，提高壓制溫度，延長保壓時(shí)間。 3.6.4 壓制缺陷（廢品）分析 分層：沿壓坯的棱邊向內(nèi)部發(fā)展的裂紋稱為分層（與壓制方向垂直）。裂紋：在壓坯的截面變化處產(chǎn)生。壓坯單重超差壓坯表面劃痕同軸度超差3.7 成形工藝 3.7.1 模壓成形 模壓成形工序 3.7.2 等靜壓成形Isostatic Pressing 冷等靜壓CIP：在常溫下，通常用橡膠或塑料作包套模具材料，以液體為壓力介質(zhì) 主要用于粉體材料成型，為進(jìn)一步燒結(jié)，煅造或熱等靜壓工序提供坯體。熱等靜壓HIP：在高溫和高壓同時(shí)作用下，使物料經(jīng)受等靜壓的工藝技術(shù)，它不僅用于粉末體的固結(jié)，傳統(tǒng)粉末冶金工藝成型與燒結(jié)兩步作業(yè)一并完成，而且還用于工件的擴(kuò)散粘結(jié)，鑄件缺陷的消除，復(fù)雜形狀零件的制作等。 3.7.3 粉末連續(xù)成形 粉末在壓力作用下由松散狀態(tài)經(jīng)過連續(xù)變化而成為具有一定密度、強(qiáng)度以及所需尺寸形狀壓坯或制品的過程。主要包括粉末軋制、擠壓、噴射成形、楔形壓制等。 3.7.4 粉末注射成形 利用塑料注射成形原理，將金屬粉末（陶瓷粉末等）與有機(jī)粘結(jié)劑一起制成混合料，在注射成形機(jī)上，在一定溫度和壓力下通過注射口注入閉合的模具中，冷卻后開啟模具，得到坯體。4 燒結(jié)4.1 概述燒結(jié)：粉末或粉末壓坯在一定的氣氛中，在低于其主要成分熔點(diǎn)的溫度下加熱而獲得具有一定組織和性能的材料或制品的過程。研究內(nèi)容包括：孔隙數(shù)量或體積的演化—致密化晶體尺寸的演化—晶粒的形成與長大（納米金屬粉末和硬質(zhì)合金）孔隙形狀的演化—孔隙的連通與封閉孔隙尺寸及其分布的演化—孔隙粗化、收縮和分布燒結(jié)的分類4.2 燒結(jié)熱力學(xué) 4.2.1 單元系燒結(jié)驅(qū)動力（系統(tǒng)的過剩自由能的降低） 總界面積和總界面能的減小。粉末顆粒晶格畸變和部分缺陷（如空位,位錯(cuò)等）的消除。 4.2.2 多元系燒結(jié)驅(qū)動力（整個(gè)體系的自由能降低） 此時(shí)體系自由能包括反應(yīng)自由能，升高溫度是降低反應(yīng)自由能的重要途徑。體系自由能降低的數(shù)值遠(yuǎn)大于表面能的降低，即表面能的降低處于輔助地位。 4.2.3 燒結(jié)驅(qū)動力的計(jì)算 作用在燒結(jié)頸上的原動力燒結(jié)頸Sintering neck：燒結(jié)時(shí)，兩相鄰顆粒間相互接觸并不斷長大的區(qū)域。擴(kuò)散驅(qū)動力—空位濃度梯度蒸發(fā)-凝聚氣相遷移動力—飽和蒸汽壓差4.3 燒結(jié)動力學(xué) 4.3.1 燒結(jié)幾何模型 兩球相切模型（D一模型）兩球相交（貫穿）模型（D二燒結(jié)模型）球-平板模型 4.3.2 燒結(jié)機(jī)構(gòu)分類 表面擴(kuò)散S—S：原子或空位沿顆粒表面進(jìn)行遷移。蒸發(fā)-凝聚S—S：由于飽和蒸汽壓差的存在，使物質(zhì)由表面蒸汽壓較高的顆粒表面蒸發(fā)，再在燒結(jié)頸表面冷凝沉積。體積擴(kuò)散V—V：由于空位或原子濃度梯度而導(dǎo)致的物質(zhì)遷移。粘性流動V—V：在小的應(yīng)力作用下，應(yīng)變速度開始隨時(shí)間很快降低，但隨時(shí)間延長，Z后趨于一個(gè)常數(shù)。塑性流動V—V：基于位錯(cuò)移動的物質(zhì)遷移機(jī)構(gòu)。晶界擴(kuò)散V—V：原子或空位沿晶界進(jìn)行遷移。4.4 單元系燒結(jié)單相（純金屬、固定成分化合物或均勻固溶體）粉末或壓坯在固態(tài)下燒結(jié)，燒結(jié)過程中不出現(xiàn)新的組成物或新相，無物質(zhì)聚集狀態(tài)的改變。 4.4.1 燒結(jié)中的現(xiàn)象 輔助添加劑的蒸發(fā)與分解。當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到退火溫度時(shí)，壓制過程的內(nèi)應(yīng)力釋放,并導(dǎo)致壓坯尺寸脹大, 產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶現(xiàn)象�？紫犊s小，形成連通孔隙網(wǎng)絡(luò)，封閉孔隙。晶粒長大。燒結(jié)體強(qiáng)度增大，物理性能明顯改善。 4.4.2 燒結(jié)階段 粘結(jié)面的形成。燒結(jié)頸的形成與長大。閉孔隙的形成和球化。 4.4.3 燒結(jié)溫度和時(shí)間 起始溫度：單元系燒結(jié)時(shí)，存在一Z低起始溫度，既使燒結(jié)體物理力學(xué)性能發(fā)生顯著改變的溫度。α：密度發(fā)生顯著改變的Z低塔曼溫度指數(shù)。低溫預(yù)燒階段：金屬回復(fù)、吸附氣體、粘結(jié)劑等排除，α≤0.25。中溫升溫?zé)Y(jié)階段：再結(jié)晶、形成燒結(jié)頸， α≤0.45-0.55。高溫保溫完成燒結(jié)階段：閉孔形成、燒結(jié)體密度增加，α≤0.5-0.85。燒結(jié)溫度：指Z高燒結(jié)溫度，即高溫保溫溫度。下限略高于再結(jié)晶溫度，上限取決于性能要求、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，α=0.67-0.80。燒結(jié)時(shí)間：高溫保溫階段的時(shí)間，并非燒結(jié)過程時(shí)間。 4.4.4 燒結(jié)體顯微組織的變化 孔隙形狀：連通網(wǎng)絡(luò)→封閉→球化。孔隙大�。浩骄叽缰饾u減小，燒結(jié)后期，閉孔形成后，小孔消失，少數(shù)孔隙尺寸可能增大�？紫斗植迹嚎拷Ы�、表面處的孔隙易通過擴(kuò)散消失，Z終少量隔離孔隙遠(yuǎn)離表面和晶界�？紫稊�(shù)量：一般燒結(jié)后密度增加，總孔隙率減少，但開、閉孔率變化趨勢不同。顆粒內(nèi)再結(jié)晶：再結(jié)晶形核發(fā)生于顆粒接觸表面，向相鄰顆粒內(nèi)長大，晶粒邊界不越過顆粒邊界。顆粒間聚集再結(jié)晶：再結(jié)晶形核發(fā)生于顆粒接觸表面，向相鄰顆粒內(nèi)長大，晶粒邊界越過顆粒邊界，顆粒合并，晶粒長大。 4.4.5 燒結(jié)體性能的變化 強(qiáng)度：低溫?zé)Y(jié)時(shí)取決于孔隙大小與數(shù)量，中溫?zé)Y(jié)取決于孔隙形狀，高溫?zé)Y(jié)取決于晶粒大小。延伸率：只有在燒結(jié)后期才明顯改進(jìn)。4.5 多元系固相燒結(jié)與單元系粉末燒結(jié)比較，多元系粉末固相燒結(jié)體系的燒結(jié)體不僅發(fā)生基本的微觀結(jié)構(gòu)演化（孔隙尺寸、形狀的改變和數(shù)量變化），還可能發(fā)生組元間的合金化過程（溶解反應(yīng)，合金化反應(yīng)，固態(tài)擴(kuò)散）。可分為：無限互溶多元系固相燒結(jié)：兩種或兩種以上組元在固態(tài)和液態(tài)下都能以任意成分互溶。有限互溶多元系固相燒結(jié)：兩種或兩種以上組元在液態(tài)下無限互溶，在固態(tài)下有限互溶�；ゲ幌嗳芏嘣倒滔酂Y(jié)：兩種或兩種以上組元在固態(tài)、液態(tài)下都沒有互溶性。4.6 液相燒結(jié)兩種或兩種以上組元組成的壓坯，在其中低熔成分熔點(diǎn)溫度之上、高熔成分熔點(diǎn)溫度之下某一溫度進(jìn)行的燒結(jié)。注意：低熔成分不一定是組元單質(zhì)，可能是低共熔物（硬質(zhì)合金）。可分為（前兩種燒結(jié)為普通液相燒結(jié)）：瞬時(shí)液相燒結(jié)Transient Liquid Phase Sintering：在燒結(jié)中、初期存在液相，后期液相消失（固相燒結(jié)）。穩(wěn)定液相燒結(jié)Persistent Liquid Phase Sintering：燒結(jié)過程至一定溫度（時(shí)間）體系中始終存在液相。熔浸Infiltration：前期為固相燒結(jié)，后期為液相燒結(jié)。與普通液相燒結(jié)比，不依賴顆粒重排和溶解-再析出過程實(shí)現(xiàn)燒結(jié)體的致密化。 4.6.1 普通液相燒結(jié)的條件 潤濕性條件：液相潤濕固相顆粒，是液相燒結(jié)得以進(jìn)行的前提。濕潤角θ=0，即液相充分潤濕固相顆粒，即Z理想的液相燒結(jié)條件。固相在液相中應(yīng)具有一定的溶解度液相數(shù)量：一般控制在35vol%以內(nèi)。 4.6.2 普通液相燒結(jié)階段 液相形成與顆粒重排：當(dāng)燒結(jié)溫度高于低熔組分熔點(diǎn)或共晶點(diǎn)時(shí)，液相形成。在毛細(xì)管力的 作用下，液相發(fā)生流動并填充孔隙空間。顆粒重排和溶解是此階段燒結(jié)致密化的主要機(jī)制。固相溶解和再析出：固相化學(xué)位高的部位將優(yōu)先溶解并在附近的液相中形成濃度梯度；固相原子等在液相中擴(kuò)散和宏觀流動，在化學(xué)位低的部位析出。溶解-析出是此階段燒結(jié)致密化的主要機(jī)制。固相燒結(jié)與晶粒粗化：固相顆粒的接觸平直化和晶粒長大，非接觸區(qū)發(fā)生球化現(xiàn)象。擴(kuò)散是此階段燒結(jié)致密化的主要機(jī)制。 4.6.3 普通液相燒結(jié)合金的顯微組織 液相的分布：主要取決于液相數(shù)量和二面角的大小。二面角：固－固界面與液相交匯處形成的夾角。二面角Φ=0：凝固后的液相組分形成連續(xù)膜包圍固相晶粒；0<Φ<120°：在固相顆粒間形成液相區(qū)，并與多個(gè)顆粒相連接；Φ>120°：形成分立的液相區(qū)，并被固相顆粒包圍。固相顆粒的形貌：取決于固相顆粒的結(jié)晶學(xué)特性（晶面能）和價(jià)鍵形式。 4.6.4 影響普通液相燒結(jié)效果的因素 粉末粒度：細(xì)顆粒有利于提高燒結(jié)致密化速度，利于獲得高的Z終燒結(jié)密度；細(xì)小晶粒的燒結(jié)組織有利于獲得性能優(yōu)異的燒結(jié)材料。顆粒形狀：形狀復(fù)雜導(dǎo)致顆粒重排阻力增加等。顆粒內(nèi)孔隙：降低顆粒間導(dǎo)致顆粒重排的液相數(shù)量等。粉末的化學(xué)成分低熔點(diǎn)組元分布的均勻性：影響液相的分布。壓坯密度：壓坯密度高，固相顆粒的接觸程度提高，阻礙顆粒重排，阻止致密化。加熱與冷卻速度：冷卻速度決定析出相。燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間：過長的燒結(jié)時(shí)間會引起晶粒粗化。燒結(jié)氣氛：真空燒結(jié)有利于燒結(jié)致密化。4.7 常規(guī)燒結(jié)工藝 4.7.1 基本工藝過程 粉末(壓坯)→裝料（裝爐、燒結(jié)前的準(zhǔn)備）→燒結(jié)（預(yù)熱、保溫、冷卻）→出爐→燒結(jié)體 4.7.2 工藝參數(shù)對鐵基零件性能的影響 燒結(jié)溫度：鐵基制品燒結(jié)溫度的選擇主要依據(jù)制品成分（含碳量、合金元素）、性能要求（力學(xué)性能）和用途（結(jié)構(gòu)件、減摩件）等來確定。燒結(jié)時(shí)間：鐵基制品燒結(jié)時(shí)間的選擇主要依據(jù)制品成分（含碳量、合金元素）、單重、幾何尺寸、壁厚、密度、裝爐方式等。升溫及冷卻速度：升溫速度影響潤滑劑等的揮發(fā)速度；冷卻速度影響制品的微觀結(jié)構(gòu)和性能。 4.7.3 燒結(jié)缺陷 形狀與尺寸缺陷：變形與翹曲，尺寸超差。分層與開裂鼓泡（圓滑凸起）與麻點(diǎn)（黑麻點(diǎn)、白亮麻點(diǎn)） 過燒（粘接、局部熔化）與欠燒（未燒好）氧化（多出現(xiàn)于燒結(jié)降溫階段）與脫碳（氧化的另一種形式，多發(fā)生于高溫?zé)Y(jié)階段）金相組織缺陷：二次網(wǎng)狀滲碳體缺陷，大塊滲碳體聚集，連通孔隙缺陷。 4.7.4 燒結(jié)氣氛 作用：減少環(huán)境對制品的影響，及時(shí)帶走燒結(jié)坯體中潤滑劑和成形劑的分解產(chǎn)物，維持或改變燒結(jié)材料中的有用成分。分類：氧化性，還原性，惰性或中性，滲碳，氮基。放熱型氣體：制備轉(zhuǎn)化氣時(shí)，原料氣體與空氣按一定比例通過轉(zhuǎn)化器，反應(yīng)過程中放出的熱量足夠維持轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)溫度，不需外部向反應(yīng)器供熱，由此得到的轉(zhuǎn)化氣為放熱型氣體。吸熱型氣體：制備轉(zhuǎn)化氣時(shí)，若空氣與原料氣體比例較低，反應(yīng)過程中放出的熱量不足以維持轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)溫度，需外部向反應(yīng)器供熱，由此得到的轉(zhuǎn)化氣為吸熱型氣體。氣氛碳勢：氣氛的相對含碳量，相當(dāng)于一定溫度下氣氛與一定含碳量的燒結(jié)材料達(dá)到反應(yīng)平衡時(shí)（不滲碳、不脫碳），該材料中的碳含量。可控碳勢氣氛：為控制或調(diào)整燒結(jié)鋼的含碳量，而向燒結(jié)體系中引入的經(jīng)過制備的氣體介質(zhì)的總稱。真空燒結(jié)：實(shí)質(zhì)上是減壓燒結(jié)，真空度一般1.3 ×10-3Pa，易于排除雜質(zhì)和吸附氣體，促進(jìn)燒結(jié)，達(dá)到與氣氛燒結(jié)相同的致密化程度，燒結(jié)溫度可以降低50-150℃。與氣氛燒結(jié)相同的燒結(jié)溫度下，可以縮短燒結(jié)時(shí)間。 4.7.5 常規(guī)燒結(jié)爐 粉末冶金燒結(jié)爐與其他冶金爐不同，必須帶有保護(hù)氣氛或?yàn)檎婵諣t。燒結(jié)爐的溫度控制非常重要，對升溫和冷卻速率都有要求。大多數(shù)燒結(jié)爐（壓坯傳輸式）有三個(gè)溫度帶：預(yù)熱帶、高溫帶、冷卻帶.真空燒結(jié)爐4.8 非常規(guī)燒結(jié)工藝 4.8.1 特殊燒結(jié)工藝 熱壓燒結(jié)：將粉末裝在壓模內(nèi)，在加壓的同時(shí)把粉末加熱到熔點(diǎn)以下，使之加速燒結(jié)成比較均勻致密的制品，即壓制成形和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的一種工藝方法。 活化燒結(jié)：能降低燒結(jié)活化能，使體系的燒結(jié)在較低的溫度下以較快的速度進(jìn)行、燒結(jié)體性能得以提高的燒結(jié)方法。 化學(xué)活化：添加燒結(jié)添加劑，如鎢，鉬的活化燒結(jié)中添加Ni、Pd、Pt；氧化物陶瓷材料添加燒結(jié)助劑以形成點(diǎn)缺陷（電子，空穴，空位，電荷化空位等）。 物理活化：如電火花燒結(jié)，SPS，中子輻射等。強(qiáng)化燒結(jié)（與活化燒結(jié)區(qū)分）：是泛指能夠增加燒結(jié)速率，或能夠強(qiáng)化燒結(jié)體性能（合金化或抑制晶粒長大）的所有燒結(jié)過程，包括位錯(cuò)激活燒結(jié)、高溫?zé)Y(jié)、活化燒結(jié)、液相燒結(jié)、自蔓燃反應(yīng)燒結(jié)。熔浸燒結(jié)：采用熔點(diǎn)比壓坯或燒結(jié)坯組分低的金屬或合金，在低熔點(diǎn)組分熔點(diǎn)或合金共晶點(diǎn)以上的溫度，在毛細(xì)管力的作用下，借熔體的流動性填充其中孔隙空間的燒結(jié)方法。 4.8.2 燒結(jié)新技術(shù) 外力的引入（加壓同時(shí)燒結(jié)）快速燒結(jié)技術(shù)1. HP、HIP、超高壓燒結(jié)（納米晶材料）等2. 氣壓燒結(jié)1. 電固結(jié)工藝2. 快速熱等靜壓(quick-HIP)3. 微波燒結(jié)技術(shù)4. 激光燒結(jié)5. 等離子體燒結(jié)6. 電火花燒結(jié)
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