1、1,第 6章 材料的固相制備化學(xué),61 粉末冶金 62 陶瓷和耐火材料的固相燒結(jié) 63 自蔓延合成與人工晶體的固相生長(zhǎng),2,61 粉末冶金,前言 金屬粉末的制取 粉末性能的測(cè)定 成形 燒結(jié),Powder Metallurgy: Cermet cutting tools (Ceramic-Metal composite),www.kyocera-.br,Microstructure: ceramic particles in metal matrix,Cermet-tipped saw blade for long life,Cermet cutting inserts for lathe,Po

2、wder Metallurgy: Porous Metals,Oil-impregnated Porous Bronze Bearings,nic.sav.sk,www.hd-,Metal filters,Forged on left; P/M on right,Powder Metallurgy: Connecting Rods,Powdered Metal Transmission Gear (傳動(dòng)齒輪, 變速齒輪),Warm compaction method with 1650-ton press Teeth are molded net shape: No machining UTS

3、 = 155,000 psi 30% cost savings over the original forged part,Powdered Metal Turbine blade-disk (“blisk”): 1 piece!,Conventional Forging vs. Forging of Powdered Metal blank (2nd op),DeGarmo,9,1. 前言 粉末冶金：是一門研究制造各種金屬粉末和以粉末為原料通過(guò)壓制成形、燒結(jié)和必要的后續(xù)處理制取金屬材料和制品的科學(xué)技術(shù)。 Advantages: 用這種技術(shù)制造的材料和制品，或者具有優(yōu)異的組織和性能，或者表現(xiàn)出

4、顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 粉末冶金工藝能夠生產(chǎn)許多用其它方法所不能生產(chǎn)的材料和制品。如許多難熔材科，至今還只能用粉末冶金方法來(lái)生產(chǎn)。還有一些特殊性能的材料，如由互不熔解的金屬或金屬與非金屬組成的假合金(鋼一鎢、銀一鎢、銅一石墨)，這種假合金具有高的導(dǎo)電性能和高的抗電蝕穩(wěn)定性，是制造電器觸頭制品不可缺少的材料。 再如，粉末治金多孔材料，能夠通過(guò)控制其孔隙度、孔徑大小獲得優(yōu)良的使用特性等等。 粉末冶金還是一門制造各種機(jī)械零件的重要而又經(jīng)濟(jì)的成形技術(shù)。由于粉末治金工藝具有獲得最終尺寸和形狀的零件，不需要或需要很少機(jī)城加工這一特性，可以大量節(jié)省金屬原材科，節(jié)省工時(shí)，節(jié)約能源等，因而，具有突出的經(jīng)濟(jì)效益。,

5、10,Limitations and Disadvantages with PM Processing High tooling and equipment costs Metallic powders are expensive Problems in storing and handling metal powders Examples: degradation over time, fire hazards with certain metals Limitations on part geometry because metal powders do not readily flow

6、laterally in the die during pressing. Variations in density throughout part may be a problem, especially for complex geometries.,11,綜上所述，粉末冶金既是制造具有特殊性能材料的技術(shù)，又是一種能降低成本、大批量制造機(jī)械零件的無(wú)切削、少切削加工工藝。 目前采用粉末冶金工藝可以制造板、帶、棒、管、絲等各種型材，以及齒輪、鏈輪、棘輪、軸套類等各種零件，可以制造重量?jī)H百分之幾克的小制品，也可以用熱等靜壓法制造近兩噸重的大型坯料。粉末冶金工藝已成為當(dāng)今世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分

7、重視的課題。 粉末冶金典型的工藝過(guò)程是： 原料粉末的制備； 粉末物料在專用壓模中加壓成形，得到一定形狀和尺寸的壓坯； 壓坯在低于基體金屬熔點(diǎn)的溫度下加熱，使制品獲得最終的物理機(jī)械性能。 現(xiàn)代粉末冶金工藝的發(fā)展已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此范疇而日趨多樣化，如同時(shí)實(shí)現(xiàn)粉末壓制和燒結(jié)的熱壓及熱等靜壓法；粉末鍛造；多孔燒結(jié)制品的浸漬處理、熔滲處理；精整或少量切削加工處理；熱處理等。,12,粉末冶金內(nèi)容包括： 金屬粉末的制取； 粉末性能的測(cè)定； 粉末冶金制品的成形； 燒結(jié)及其后續(xù)處理的有關(guān)原理與應(yīng)用； 以及粉末冶金制品的鍛造和粉末冶金的應(yīng)用等。,13,2、金屬粉末的制取 制取金屬粉末是粉末冶金的第一步。目前，在粉末冶

8、金材料和制品的生產(chǎn)中不僅使用金屬粉末，也使用合金粉末。不同的材料和制品對(duì)粉末的性能要求是不一樣的。為了滿足粉末冶金材料對(duì)粉末性能的各種要求，研究出了各種制粉方法。 粉末的制造方法通常分為兩大類，即物理化學(xué)法和機(jī)械粉碎法(見表11)，工業(yè)上應(yīng)用最廣的是還原法、霧化法和電解法。,14,15,16,17,2.1. 球磨法 機(jī)械法制造金屬粉末是用機(jī)械將金屬或合金原料粉碎成粉末，粉碎過(guò)程中，其化學(xué)成份基本上沒(méi)有變化。 機(jī)械粉碎法中，使用最多的是球磨法，球磨法又分為滾動(dòng)球磨，振動(dòng)球磨及攪動(dòng)球磨。其中滾動(dòng)球球磨機(jī)是最基本的。,18,粉碎主要靠球的磨擦作用,物料的粉碎除指球與球之間的摩擦作用外，還靠球落下的沖

9、擊作用，其效果最好,粉碎作用就停止,19,振動(dòng)球磨的主要原理是由偏心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性使安裝在支撐彈簧上的筒體產(chǎn)生激烈振動(dòng)，除筒體整體運(yùn)動(dòng)外，每個(gè)鋼球還有自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且振動(dòng)頻率越高，球的自轉(zhuǎn)愈激烈。故隨振動(dòng)頻率的增高，各球?qū)娱g的相對(duì)運(yùn)動(dòng)增加，并且外層運(yùn)動(dòng)速度大于內(nèi)層的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)球?qū)涌障对酱笄驇缀跆幱趹腋顟B(tài)，球體在內(nèi)部也會(huì)離開筒體發(fā)生拋射，因而對(duì)物料產(chǎn)生較大的沖擊力。,20,2.2. 物理化學(xué)法制備金屬粉末 制備金屬粉末的物理化學(xué)法是通過(guò)化學(xué)的或物理的作用，改變?cè)系幕瘜W(xué)成分或聚集狀態(tài)而獲得粉末的工藝過(guò)程。目前應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最高的是還原法。常見的還有電解法，羰基法，沉淀法，冷凝法，置換法等。 1

10、 還原法 還原法制取鐵粉，是將鐵的氧化物(鐵精礦、軋鋼鐵鱗）在還原氣氛中加熱。將鐵還原出來(lái)的方法。 在鐵粉生產(chǎn)中還原法應(yīng)用最廣泛。其方法如表21所示。 還原方法按所用還原劑分為： 固體碳還原法(木炭、焦碳、無(wú)煙煤等)； 氣體還原法(氫氣、轉(zhuǎn)化天然氣，分解氨、煤氣等)； 氣一固聯(lián)合還原法。,21,22,還原法生產(chǎn)鐵粉的優(yōu)點(diǎn)： 可用固體作還原劑，也可用CO、H2等氣體作還 原劑； 鐵氧化物較脆。容易粉碎與篩分； 可控制還原溫度來(lái)調(diào)節(jié)鐵粉的松裝密度和粒度； 制造的鐵粉顆粒一般呈多孔性，其成形性與燒結(jié)性較好； 生產(chǎn)規(guī)?？纱罂尚。B續(xù)生產(chǎn)或間歇生產(chǎn)都適用。 從技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來(lái)看，固體碳還原鐵精礦生產(chǎn)鐵粉的

11、方法應(yīng)用最早，也是被廣泛采用的一種主要生產(chǎn)鐵粉的方法。,23,2. 電解法 電解法在粉末生產(chǎn)中占有一定的地位其生產(chǎn)規(guī)模在物理化學(xué)法制備金屬粉末中僅次于還原法。 由于電解法耗電量較多，電解粉的成本通常比還原粉和霧化粉要高。因此，電解法在粉末總產(chǎn)量中所占比重較小。 電解法可分為水溶液電解法和熔鹽電解，還有有機(jī)電解質(zhì)電解和液體金屬陰極電解等，用得較多的是水溶液電解法，而熔鹽電解法主要用于制取一些稀有難熔金屬粉末。水溶液電解法可以制取銅、鎳、鐵、錫等金屬粉末。在一定的條件下也可以使幾種元素同時(shí)沉積而制得Fe-Ni, Fe-Cr等合金粉末。電解法制得的粉末純度高形狀為樹枝狀，壓制性能好。,24,水溶液電

12、解法生銅粉的工藝： 當(dāng)直流電通過(guò)硫酸銅水溶液時(shí)，在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。 在陽(yáng)極，主要是銅失去電子變成銅離子進(jìn)入溶液：Cu Cu+2+2e 在陰極，主要是銅離子放電而析山金屬銅： Cu2 十2e Cu,25,26,27,28,6. 霧化法 霧化法屬于機(jī)械制粉法，它是利用高速流體直接擊碎液體金屬或合金而制得金屬粉末的方法。應(yīng)用較廣泛，生產(chǎn)規(guī)模僅次于還原法。用霧化法可生產(chǎn)熔點(diǎn)低于1700左右的各種金屬及合金粉末。 Sn、In、Pb、Al、Cu、Ni、Fe以及各種鐵合金、鋁合金、鎳合金、低合金鋼、不銹鋼、高速鋼和高溫合金等都能用霧化法制成粉末。制造過(guò)濾器用的球形青銅粉、不銹鋼粉、鎳粉幾乎全是采用霧化

13、法生產(chǎn)的。,29,用霧化法制取金屬與合金粉末具有下列優(yōu)點(diǎn)： (1) 霧化時(shí)金屬呈熔融狀態(tài)，由于在熔煉過(guò)程中較容易添加各種合金元素，因而可以制得各種成分的合金粉末； (2) 每個(gè)粉末顆粉具有相同和均勻的化學(xué)成分，沒(méi)有偏析，即每個(gè)顆粒體內(nèi)不存在化學(xué)成分的微觀不均勻性； (3) 粉末顆粒的形狀、大小和結(jié)構(gòu)，以及粒度分布可通過(guò)改變霧化工藝和調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，在較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整； (4) 霧化粉末的非金屬夾雜物較少，純度較高，適于制造高強(qiáng)度、高密度、高性能的粉末冶金制品； (5) 粉末氧化的可能性主要在顆粒表面，粉末的氧化程度，可通過(guò)調(diào)節(jié)霧化工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，采用先進(jìn)的霧化裝置；嚴(yán)格的霧化工藝條件，可獲

14、得含氧量低于0.01%的優(yōu)質(zhì)合全粉末； (6) 可制得松裝密度與振實(shí)密度較大，壓縮性能較好的粉末； (7）粉末性能重復(fù)性好，適于大批量生產(chǎn)； (8) 工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備不復(fù)雜，投資少，不論規(guī)模大小，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都較合理。 (9）可以應(yīng)用資源豐富并廉價(jià)的原料(廢鋼、鑄鐵等),30,霧化法包括： (1) 氣體霧化和水霧化； (2) 離心霧化法，它又分為旋轉(zhuǎn)圓盤霧化，旋轉(zhuǎn)電極霧化，旋轉(zhuǎn)坩鍋霧化等； (3) 其它霧化法如超聲波霧化，轉(zhuǎn)滾霧化等。 根據(jù)霧化介質(zhì)(氣體、水)對(duì)金屬液流作用的方式不同，霧化有以下幾種形式： (一)平行噴射 (二)垂直噴射 (三)互成角度的噴射： (1)V型噴射 (2)錐形噴

15、射,31,32,Figure ：gas atomization method,Gas Atomization Method High velocity gas stream flows through an expansion nozzle, siphoning molten metal from below and spraying it into a container Droplets solidify into powder form,33,水霧化-噴霧設(shè)備主要有： 漏包、噴嘴、高壓水泵和霧化筒。,34,3. 粉末性能的測(cè)定,金屬或合金粉末與金屬或合金一樣都具有自己獨(dú)有的性能。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)

16、，金屬粉末的性能包括單顆粒的性能與團(tuán)粒的性能。單顆粒的性能與粉末材料和粉末的生產(chǎn)方法有關(guān)。 由粉末材料所決定的單顆粒性能有：晶體結(jié)構(gòu)、理論密度、熔點(diǎn)、塑性、彈性、純度及夾雜物等。 由粉末生產(chǎn)方法所決定的單顆粒的性能有：顆粒大小、顆粒形狀、密度、孔隙度、表面狀態(tài)、顯微結(jié)構(gòu)、點(diǎn)陣缺陷，顆粒內(nèi)氣體的含量、吸附氣體量、表面氧化膜的厚度。粉末的活性等。 粉末性能從使用角度出發(fā)可分為：化學(xué)性能、物理性能和工藝性能。 工藝性能是一種綜合性能，與化學(xué)性能、物理性能有關(guān)。 化學(xué)性能主要指化學(xué)成分，如鐵粉的化學(xué)成分包括Fe、雜質(zhì)、夾雜物和以化合態(tài)、吸附狀態(tài)或溶解狀態(tài)存在的氣體含量。 物理性能包括顆粒的形狀與大小，

17、平均顆粒大小，粒度分布，顆粒密度和表面，比表面，顯微結(jié)構(gòu)，活性等; 工藝性能指松裝密度，振實(shí)密度，流動(dòng)性，壓縮性和成形性。,35,Measuring Particle Size Most common method uses screens of different mesh sizes; Mesh count - refers to the number of openings per linear inch of screen A mesh count of 200 means there are 200 openings per linear inch; Since the mesh i

18、s square, the count is the same in both directions, and the total number of openings per square inch is 2002 = 40,000 Higher mesh count means smaller particle size,36,Figure - Screen mesh for sorting particle sizes,37,38,Interparticle Friction and Flow Characteristics Friction between particles affe

19、cts ability of a powder to flow readily and pack tightly A common test of interparticle friction is the angle of repose(松裝，靜止), which is the angle formed by a pile of powders as they are poured from a narrow funnel,Interparticle friction as indicated by the angle of repose of a pile of powders poure

20、d from a narrow funnel. Larger angles indicate greater interparticle friction.,39,Observations Smaller particle sizes generally show greater friction and steeper angles； Spherical shapes have the lowest interpartical friction； As shape deviates from spherical, friction between particles tends to inc

21、rease；,40,Porosity Ratio of the volume of the pores (empty spaces) in the powder to the bulk volume In principle, Porosity + Packing factor = 1.0； The issue is complicated by the possible existence of closed pores in some of the particles； If internal pore volumes are included in above porosity, the

22、n equation is exact；,41,4. 成形,成形是粉末冶金生產(chǎn)的主要工序之一。 成形:是將粉末密實(shí)成具有一定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度的壓坯。 成形可分為：鋼壓模成形 特殊成形 兩大類。 鋼壓模成形在粉末冶金工業(yè)生產(chǎn)中具有極重要的地位。這種成形方法是將金屬粉末或混合料裝入鋼制壓模內(nèi)，在模沖壓力的作用下，對(duì)粉末體加壓，隨后卸壓，再將壓坯從陰模中脫出。在這一過(guò)程中將發(fā)生粉末顆粒與顆粒之間、粉末顆粒與模壁之間的摩擦；壓力的傳遞以及壓坯密度和強(qiáng)度的變化等一系列復(fù)雜現(xiàn)象。 特殊成形人們除了不斷地改進(jìn)鋼模壓制法外，還廣泛地研究了各類非鋼模成形法。這些成形法按其工作原理和特點(diǎn)分為等靜壓成形、連續(xù)

23、成形、無(wú)壓成形、注射成形、高能成形等，統(tǒng)稱為特殊成形。,42,1）、在壓制過(guò)程中粉末的運(yùn)動(dòng)和變化情況：,鋼壓模成形,43,44,45,2） 合理選擇壓制方式; 一般壓制方式有五種，即： 單向壓制； 雙向壓制； 浮動(dòng)壓制； 強(qiáng)動(dòng)壓制； 錯(cuò)位雙向摩擦壓制； 這幾種方式是設(shè)計(jì)模具和壓機(jī)的基礎(chǔ)。合理選擇壓制方式對(duì)壓坯質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率有重要意義。 單向壓制時(shí)，陰模和下模沖不動(dòng)，由上模沖單向加壓。在這種情況下，因摩擦力的作用使制品上下兩端密度不均勻。即壓坯直徑越大或高度越小，壓坯的密度差越小。 所以要求單向壓制的壓坯，棒狀的H/D1,套類的H/3. 其中， D 壓坯直徑； H 壓坯高度； 套的壁厚；,4

24、6,雙向壓制時(shí)，陰模固定不動(dòng)，上下模沖以大小相等方向相反的壓力同時(shí)加壓。 這種壓坯中間密度低，兩端密度高且相等。正如兩個(gè)條件相同的單向壓坯，從尾部連接起來(lái)一樣。所以，雙內(nèi)壓制的壓坯，允許高度比單向壓坯高一倍，適于壓制較長(zhǎng)的制品。雙向壓制的陰模不動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好。 缺點(diǎn)是上下模沖用相同的壓力，和浮動(dòng)壓制相比，壓機(jī)下部的壓力過(guò)大，和單向壓制比，生產(chǎn)效率低。,47,48,非同時(shí)雙向壓制 單向壓制結(jié)束后，在密度低的一端再進(jìn)行一次反向單向壓制，以改善壓坯密度的均勻性。這種分二次進(jìn)行的正反單向壓制叫做非同時(shí)雙向壓制，又叫后壓。 每次單向壓制，都可得到一條壓坯密度沿高度分布的曲線。經(jīng)后壓的壓坯密度分布曲

25、線，由兩條單向壓制曲線相交組成，其相交點(diǎn)即低密度層。若兩次壓制的壓力相等，則低密度層正好在中間，其結(jié)果和同時(shí)雙向壓制相同。,49,50,特殊成形,1）、 等靜壓制是將粉末裝于有彈性的橡皮或塑料囊中，用高壓液體進(jìn)行均勻壓制的一種方法。壓制時(shí)液體壓力從零逐漸增大到要求值。 等靜壓可成形較長(zhǎng)的壓坯，其長(zhǎng)度取決于工作室的高度。理論上工作室的高度是不受限制的。等靜壓制不存在粉末顆粒對(duì)模壁的摩擦，所以，壓坯任一部位的密度完全相同。 若橡皮囊中粉末裝得均勻，即松裝密度一致，則等靜壓制時(shí)，粉末的收縮在各個(gè)方向?qū)⑹且粯拥?。因此，壓坯的形狀與囊相似。等靜壓與鋼壓模成形相比，當(dāng)相對(duì)密度一樣時(shí)，所需壓力較低。,51,

26、等靜壓制采用水、油、甘油作為介質(zhì)，其壓力通常為10002000大氣壓或更高些，可制造重達(dá)300公斤的制品。壓坯的形狀有：圓柱形、球形、坩鍋形、棒形和管形等。還可制造多層復(fù)合壓坯和將粉末材料壓制于致密金屬零件之上。如在鋼管內(nèi)表面上，壓制一層銅粉末；用此法也可制造渦輪葉片壓坯。 等靜壓法的優(yōu)點(diǎn)是： 壓坯密度分布均勻，設(shè)備簡(jiǎn)單，用較低的壓制壓力可獲得較高密度的制品，不需使用昂貴的鋼模。但壓坯尺寸精度較低，一般需要后續(xù)機(jī)械加工。,52,2）軟摸成形 它不是以液體作介質(zhì)，而是把彈性體(橡膠、塑料等)既作為模腔，又作為傳遞壓力的介質(zhì)。把彈性模放在普通鋼壓模內(nèi)，在壓機(jī)上加壓成形。它也是一種等靜壓制，可以成形

27、球體、圓錐體等難于用鋼模壓制成形的壓坯，而且密度較高。,53,3）熱等靜壓 它的工藝流程為：用等靜壓制生產(chǎn)預(yù)成形坯，把預(yù)成形坯裝入低碳鋼殼體內(nèi)，用氣體作介質(zhì)，在高溫下進(jìn)行等靜壓制。 近年來(lái)，該法廣泛地用于制造粉末高速鋼、粉末高溫合金，核燃料和鎢制品等。 優(yōu)點(diǎn)是： (1) 可在較低的溫度下進(jìn)行致密化，晶粒細(xì)、偏析小。 (2) 對(duì)于所有粉末，都能得到接近理論值的均一密度。 (3) 即使是粗大的球形粉末，也能達(dá)到高密度。 (4) 可制造金屬陶瓷以及其他各種難以成形和燒結(jié)的產(chǎn)品。 除上述成形方法外，還有，熱壓、燒結(jié)粉末軋制、楔形壓制等方法。,54,5. 燒結(jié),1） 燒結(jié)定義及作用 所謂燒結(jié)，就是將粉末

28、壓坯在低于其主要成份熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行加熱，從而提高壓坯強(qiáng)度和各種物理機(jī)械性能的一種過(guò)程。 燒結(jié)是粉末冶金生產(chǎn)過(guò)程中最基本的工序之一，對(duì)產(chǎn)品最終的性能起著決定性的作用。一般來(lái)說(shuō)，燒結(jié)廢品是無(wú)法挽救的。但在燒結(jié)以前的工序中，由于粉末化學(xué)成份、粒度組成的波動(dòng)以及壓制壓力和壓坯尺寸的變化所帶來(lái)的某些缺陷，卻可以在一定范圍內(nèi)，通過(guò)調(diào)整燒結(jié)工藝(如改變燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間及加熱冷卻速度等)加以彌補(bǔ)。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，燒結(jié)工序?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量有著十分重要的影響。,55,2） 燒結(jié)的分類 燒結(jié)的分類方法很多。為了反映燒結(jié)的主要過(guò)程和機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，通常按燒結(jié)過(guò)程有無(wú)明顯的液相出現(xiàn)和燒結(jié)系統(tǒng)的組成進(jìn)行分類。 固相燒結(jié)凡整

29、個(gè)燒結(jié)過(guò)程都是在固態(tài)下進(jìn)行的，稱為固相 燒結(jié)。 液相燒結(jié)當(dāng)壓坯中有兩種以上成分， 且燒結(jié)中有某種成分熔化時(shí)，則稱之為液相燒結(jié)。 按照成分可分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。 單元系燒結(jié)指壓坯中只有一種成分； 多元系燒結(jié)指壓坯中含有兩種以上成分。 單元系燒結(jié)都是固相燒結(jié)，如純鐵制品及鎢、鉬條的燒結(jié)。多元系燒結(jié)有固相燒結(jié)和液相燒結(jié)，固相燒結(jié)如鐵石墨、銅石墨等，液相燒結(jié)如鐵銅及鎢鈷類硬質(zhì)合金等。,56,3) 壓坯在燒結(jié)中的變化 單元系粉末壓坯的燒結(jié)，指單一金屬粉末壓坯的燒結(jié)。單元系粉末壓坯在燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生哪些變化呢? 下面進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 粉末壓坯發(fā)生收縮，密度增加 對(duì)于不同的粉末粒度組成及燒結(jié)工藝，粉末壓

30、坯在燒結(jié)中的收縮程度是不一樣的。在一定范圍內(nèi)，隨著粉末粒度減小、燒結(jié)溫度提高及保溫時(shí)間延長(zhǎng)，粉末壓坯的收縮相應(yīng)地增大。 粉末壓坯的強(qiáng)度顯著增高。 未燒結(jié)的粉末壓坯，用手就可掰碎。經(jīng)過(guò)燒結(jié)后壓坯變成很結(jié)實(shí)的制品，這是因?yàn)樵跓Y(jié)之前，粉末壓坯的強(qiáng)度主要是由于顆粒表面原子的相互作用力，以及顆粒表面凹凸不平而發(fā)生相互嚙合作用形成的，強(qiáng)度很低。燒結(jié)后，粉末壓坯已由顆粒聚集體變成了晶體結(jié)合體，粉末壓坯的強(qiáng)度得到顯著提高。,57,4) 燒結(jié)件組織結(jié)構(gòu)的變化 燒結(jié)過(guò)程孔隙的變化 粉末壓坯在燒結(jié)前，顆粒間只是相互機(jī)械地嚙合在一起，接觸點(diǎn)只有極小的一部分是原子結(jié)合。燒結(jié)過(guò)程就是從這些接觸點(diǎn)開始，這些接觸點(diǎn)隨燒結(jié)時(shí)

31、間的延長(zhǎng)而逐漸增大。與此同時(shí)，顆粒間的孔隙發(fā)生變化，不僅孔隙的數(shù)量發(fā)生變化，其形狀和大小也發(fā)生變化。例如，孔隙由開口的變?yōu)榉忾]的或孤立的；由不規(guī)則形狀變?yōu)檩^規(guī)則形狀，并趨于球形；由于發(fā)生收縮，孔隙總的數(shù)量減少；在燒結(jié)后期，由于孔隙的聚集，小孔隙消失，大孔隙增大，殘留的少數(shù)較大的球形孔隙很穩(wěn)定，甚至長(zhǎng)時(shí)間加熱也不會(huì)發(fā)生明顯變化 回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大 粉末壓坯在燒結(jié)時(shí)，除了孔隙變化外，還發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大等組織變化。 所謂回復(fù)是指存在于壓坯內(nèi)的彈性內(nèi)應(yīng)力的消除，主要發(fā)生在顆粒接觸面上回復(fù)在燒結(jié)保溫之前就已基本完成。 再結(jié)晶與燒結(jié)的致密化過(guò)程同時(shí)發(fā)生。這時(shí)原子進(jìn)行重新排列、改組、形成新的晶

32、核以及新晶核的長(zhǎng)大，或者借助晶界移動(dòng)使晶粒之間發(fā)生并吞?？傊?，再結(jié)晶是以新的晶粒代替舊的，并伴隨有晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象。,58,5）燒結(jié)的推動(dòng)力 粉末壓坯的密度和強(qiáng)度與壓制壓力相關(guān)。但是一般燒結(jié)時(shí)并沒(méi)有施加外力，為什么壓坯的密度和強(qiáng)度也會(huì)提高呢？即燒結(jié)的推動(dòng)力究竟是什么？ 表面能 由于粉末高度分散，而且粉末顆粒外表面凹凸不平，故粉末體與致密金 屬和燒結(jié)后的制品比較，具有很大的比表面(即單位重量粉末具有的總表面積)。 畸變能 粉末顆粒是由晶體組成的，即原子排列比較整齊，但在制造過(guò)程中，由 于各種加工(如球磨)，使粉末顆粒內(nèi)部的晶格發(fā)生畸變，產(chǎn)生了各種缺陷。另外，在制造過(guò)程中，由于粉末顆粒變形，在顆粒內(nèi)

33、部及顆粒間的接觸處產(chǎn)生相當(dāng)大的點(diǎn)陣畸變(晶格歪扭)，使粉末壓坯儲(chǔ)存了大量的畸變能。 上述兩方面的能量，使得壓坯內(nèi)粉末顆粒的原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。粉末顆粒越細(xì)，比表面越大、結(jié)構(gòu)缺陷越多，則處于不穩(wěn)定狀態(tài)的原子也就越多粉末越不穩(wěn)定。 燒結(jié)時(shí)，粉末顆粒表面的原子和因晶格畸變處于不穩(wěn)定狀態(tài)的原子，都趨向于把自己的能量降低下來(lái)。從壓坯整體來(lái)看，當(dāng)粉末顆粒相互結(jié)合起來(lái)，就可以減小壓坯內(nèi)部的總表面積，也就降低了系統(tǒng)的總表面能。能量降低的過(guò)程是一種自發(fā)過(guò)程。因此，壓坯內(nèi)部顆粒之間力圖結(jié)合起來(lái)也是一種自發(fā)過(guò)程。這就是燒結(jié)過(guò)程能夠自動(dòng)進(jìn)行的內(nèi)在原因。,59,對(duì)于粉末壓坯來(lái)說(shuō)，從上述觀點(diǎn)來(lái)看，似乎在低溫下燒結(jié)過(guò)程也是

34、能夠進(jìn)行的。實(shí)際上由于原子在低溫下的擴(kuò)散速度極慢，所以粉末壓坯在室溫下， 一般是不可能自動(dòng)燒結(jié)的。高溫的作用就是要?jiǎng)?chuàng)造一種外在條件，以增加原子的活動(dòng)能力，為粉末顆粒原子將自己貯存的能量釋放出來(lái)提供條件。粉末顆粒的原子在釋放能量過(guò)程中引起了物質(zhì)的遷移從而使粉末顆粒之間產(chǎn)生了燒結(jié)現(xiàn)象。,60,Figure .(a)Typical heat treatment cycle in sintering; and(b) schematic cross-section of a continuous sintering furnace,61,Impregnation and Infiltration Porosity is a unique and inherent characteristic of PM technology It can be exploited to create special products by filling