粉末冶金新技術(shù)新工藝

11 粉末冶金新技術(shù)新工藝111概述粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金工藝的第一步是制取原料粉末，第二步是將原料粉末通過成形、燒結(jié)以及燒結(jié)后處理制得成品。典型的粉末冶金產(chǎn)品生產(chǎn)工藝路線如圖11-1所示。粉末冶金的工藝發(fā)展已遠遠超過此范疇而日趨多樣化，已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。 粉末冶金技術(shù)有如下特點： (1)可以直接制備出具有最終形狀和尺寸的零件，是一種無切削、少切削的新工藝，從而可以有效地降低零部件生產(chǎn)的資源和能源消耗； (2)可以容易地實現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷基復(fù)合材料的工藝技術(shù)； (3)可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如多孔含油軸承、過濾材料、生物材料、分離膜材料、難熔金屬與合金、高性能陶瓷材料等； (4)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織，在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料(如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等)具有重要的作用； (5)可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和過飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能； (6)可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。 近些年來，粉末冶金有了突破性進展，一系列新技術(shù)、新工藝大量涌現(xiàn)，例如：快速冷凝霧化制粉技術(shù)、機械合金化制粉技術(shù)、超微粉或納米粉制備技術(shù)、溶膠-凝膠技術(shù)、粉末注射成形、溫壓成形、粉末增塑擠壓、熱等靜壓、燒結(jié)熱等靜壓、場活化燒結(jié)、微波燒結(jié)、粉末軋制、流延成形、爆炸成形、粉末熱鍛、超塑性等溫鍛造、反應(yīng)燒結(jié)、超固相線燒結(jié)、瞬時液相燒結(jié)、自蔓延高溫合成、噴射沉積、計算機輔助激光快速成形技術(shù)等。這些新技術(shù)有的賦予原傳統(tǒng)工藝步驟以新的內(nèi)容和意義，有的把幾個工藝步驟合為一步而成為一種嶄新的工藝。因此，使整個粉末冶金領(lǐng)域大大拓寬，并向著縱深方向發(fā)展。粉末冶金新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，不但使傳統(tǒng)的粉末冶金材料性能得到根本的改善，而且使得一批高性能和具有特殊性能的新一代材料相繼產(chǎn)生。例如：高性能摩擦材料、固體自潤滑材料、粉末高溫合金、高性能粉末冶金鐵基復(fù)合和組合零件、粉末高速鋼、快速冷凝鋁合金、氧化物彌散強化合金、顆粒增強復(fù)合材料，高性能難熔金屬及合金、超細(xì)晶粒及涂層硬質(zhì)合金、新型金屬陶瓷、特種陶瓷、超硬材料、高性能永磁材料、電池材料、復(fù)合核燃料、中子可燃毒物、粉末微晶材料和納米材料、快速冷凝非晶和準(zhǔn)晶材料、隱身材料等。這些新材料都需要以粉末冶金作為其主要的或惟一的制造手段。 本章將簡要介紹粉末冶金的基本工藝原理和方法，重點介紹近年米粉末冶金新技術(shù)和新工藝的發(fā)展和應(yīng)用狀況。112霧化制粉技術(shù) 粉末冶金材料和制品不斷增多，其質(zhì)量不斷提高，要求提供的粉末的種類也愈來愈多。例如，從材質(zhì)范圍來看，不僅使用金屬粉末，也要使用合金粉末、金屬化合物粉末等；從粉末形貌來看，要求使用各種形狀的粉末，如生產(chǎn)過濾器時，就要求球形粉末；從粉末粒度來看，從粒度為5001000mm的粗粉末到粒度小于0.1mm的超細(xì)粉末。近幾十年來，粉末制造技術(shù)得到了很大發(fā)展。作為粉末制備新技術(shù)，第一個引人注目的就是快速凝固霧化制粉技術(shù)?？焖倌天F化制粉技術(shù)是直接擊碎液體金屬或合金并快速冷凝而制得粉末的片法?？焖倌天F化制粉技術(shù)最大的優(yōu)點是可以有效地減少合金成分的偏析，獲得成分均勻的合金粉末。此外，通過控制冷凝速率可以獲得具有非晶、準(zhǔn)晶、微晶或過飽和固溶體等非平衡組織的粉末。它的出現(xiàn)無論對粉末合金成分的設(shè)計還是對粉末合金的微觀結(jié)構(gòu)以及宏觀特性都產(chǎn)生了深刻影響，它給高性能粉末冶金材料制備開辟了一條嶄新道路，有力地推動了粉末冶金的發(fā)展。 霧化法最初生產(chǎn)的是像錫、鉛、鋅、鋁等低熔點金屬粉末，進一步發(fā)展能生產(chǎn)熔點在16001700以下的鐵粉及其他粉末，如純銅、黃銅、青銅、合金鋼、不銹鋼等金屬和合金粉末。近些年，隨著人們對霧化制粉技術(shù)快速冷凝特性的認(rèn)識，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷地拓寬，如高溫合金、Al-Li合金、耐熱鋁合金、非晶軟磁合金、稀土永磁合金、Cu-Pb和Cu-Cr假合金等。 借助高壓液流(通常是水或油)或高壓氣流(空氣、惰性氣體)的沖擊破碎金屬液流來制備粉末的方法，稱為氣霧化或水(油)霧化法，統(tǒng)稱二流霧化法(圖11-2)；用離心力破碎金屬液流稱為離心霧化(圖11-3)；利用超聲波能量來實現(xiàn)液流的破碎稱為超聲霧化(圖11-4)。霧化制粉的冷凝速率一般為103106s。 1121二流霧化 根據(jù)霧化介質(zhì)(氣體、水或油)對金屬液流作用的方式不同，二流霧化法具有多種形式： (1)垂直噴嘴。霧化介質(zhì)與金屬液流互呈垂直方向，如圖11-5(a)所示。這樣噴制的粉末一般較粗，常用來噴制鋁、鋅等粉末。 (2)V形噴嘴。兩股板狀霧化介質(zhì)射流呈V形，金屬液流在交叉處被擊碎，如圖ll-5(b)所示。這種噴嘴是在垂直噴嘴的基礎(chǔ)上改進而成的，其特點是不易發(fā)生堵嘴。瑞典霍格納斯公司最早用此法以水噴制不銹鋼粉。 (3)錐形噴嘴。采用如圖11-5(c)所示的環(huán)孔噴嘴，霧化介質(zhì)以極高的速度從若干個均勻分布在圓周上的小孔噴出構(gòu)成一個未封閉的氣錐，交匯于錐頂點，將流經(jīng)該處的金屬液流擊碎。這種噴嘴霧化效率較高，但要求金屬液流對中好，而且由于霧化介質(zhì)高速射出時會在錐中形成真空，容易造成液滴反飛，并在噴嘴上凝固而堵嘴。(4)漩渦環(huán)形噴嘴。采用如圖11-5(d)所示的環(huán)縫噴嘴，壓縮氣體從切向進入噴嘴內(nèi)腔。然后高速噴出形成一漩渦狀錐體，金屬液流在錐頂被擊碎。 霧化介質(zhì)與金屬液流的相互作用既有物理-機械作用，又有物理-化學(xué)變化。高速氣體射流或水射流，既是使金屬液流擊碎的動力源，又是一種冷卻劑，就是說，一方面，在霧化介質(zhì)同金屬液流之間既有能量交換(霧化介質(zhì)的動能變?yōu)榻饘僖旱蔚谋砻婺?，又有熱最交換(金屬液滴將一部分熱雖轉(zhuǎn)給霧化介質(zhì))。不論是能量交換，還是熱量交換，都是一種物理-機械過程；另一方面，液體金屬的黏度和表面張力在霧化過程和冷卻過程中不斷發(fā)生變化，這種變化反過來又影響霧化過程。此外，在很多情況下，霧化過程中液體金屬與霧化介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用使金屬液體改變成分(如氧化、脫碳等)，因此，霧化過程也就具有物理-化學(xué)過程的特點。 在液體金屬不斷被擊碎成細(xì)小液滴時，高速射流的動能變?yōu)榻饘僖旱卧龃罂偙砻娣e的表面能。這種能量交換過程的效率極低，據(jù)估計不超過1。目前，從定量方面研究二流霧化的機理還很不夠。霧化過程非常復(fù)雜。影響粉末性能(化學(xué)成分、粒度、顆粒形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等)的因素很多，主要有噴嘴和聚粉裝置的結(jié)構(gòu)、霧化介質(zhì)的種類和壓力、金屬液的表面張力、黏度、過熱度和液流直徑。顯然，霧化介質(zhì)流和金屬液流的動力交互作用愈顯著，霧化過程愈強烈。金屬液流的破碎程度取決于介質(zhì)流的動能，特別是介質(zhì)流對金屬液滴的相對速度以及金屬液流的表面張力和運動黏度。一般來說，金屬液流的表面張力、運動黏度值是很小的，所以介質(zhì)流對金屬液滴的相對速度是最主要的。粉末的形狀主要取決于液流的表面張力和冷凝的時間。金屬液流的表面張力大，并且液滴在凝固前有充足的球化時間，將有利于獲得球形粉術(shù)。圖11-6顯示了不同霧化方法所得到的粉末的照片。11.2.1.1氣體霧化 氣體霧化法所用的霧化壓力一般為28MPa，制得的粉末粒徑一般為50100mm，多為表面光滑的球形。近年來已發(fā)展了一種新的緊耦合(Close Coupled)氣體霧化噴槍，可以極大提高細(xì)粉率，粒徑為3040mm的粉末可占75左右，粉末的冷凝速度也相應(yīng)有了提高。超聲氣體霧化法(USGA)是氣體霧化技術(shù)中較為先進的一種，它是用速度高達2.5馬赫的高速高頻(80100kHz)脈沖氣流作為霧化介質(zhì)的。這種超聲氣流是用一系列哈脫曼(Hartman)沖擊波管產(chǎn)生。超聲氣體霧化法具有很高的霧化效率，例如，采用超聲氣體霧化法可以制成粒徑為8mm的錫合金粉末和平均粒徑為20mm的鋁合金粉未，而且在這種鋁合金粉末中粒徑小于50mm的粉末出粉率高達90以上。超聲氣體霧化生產(chǎn)低熔點合金已達工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，而對于高熔點合金仍處于實驗階段和實驗性生產(chǎn)規(guī)模，其存在的主要問題是霧化過程不穩(wěn)定，易造成“堵嘴”現(xiàn)象。通過提高霧化氣體的溫度，使氣體的出口速度提高，可進一步提高細(xì)粉末的出粉率。另一個值得注意的是德國Gerking發(fā)明的層流氣體霧化技術(shù)，該技術(shù)采用了特殊的噴嘴設(shè)計，使霧化氣體以層流的形式噴出，可將金屬液流進一步細(xì)化。用該技術(shù)生產(chǎn)的鋁粉的中位徑只有18m，90粉末的粒徑小于30mm。用該技術(shù)生產(chǎn)316L不銹鋼粉末，其中位徑為30mm，90粉末的粒徑小于80mm。但是，由于該技術(shù)采用了很小直徑的金屬液流(約1mm)，批量生產(chǎn)時其導(dǎo)液管容易被堵塞。全惰性氣體霧化技術(shù)近年來發(fā)展很快，多種實驗和生產(chǎn)規(guī)模的全惰性氣體霧化制粉設(shè)備相繼投入運行，為發(fā)展高性能的高溫合金、鋁合金、鈦合金以及金屬間化合物材料提供了有力的手段。11.2.1.2高壓水霧化 在金屬粉末霧化中發(fā)展最快的是20世紀(jì)60年代中期建立起來的高壓水霧化技術(shù)。水霧化法由于采用了密度較高的水做霧化介質(zhì)，所以達到的冷凝速度要比一般氣體霧化法高個數(shù)量級，粉末形狀一般為不規(guī)則形。它在純鐵粉、低合金鋼粉、高合金鋼粉、不銹鋼粉和銅合金粉的制造中具有重大的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，是鋼鐵粉末生產(chǎn)的主要發(fā)展方向。高壓水霧化目前只限于在不會出現(xiàn)過度氧化或在霧化期間形成的氧化物能很快被還原的那些可霧化合金。在10MPa水壓下的鋼鐵粉末粒度為100200mm。隨著粉末注射成形等新型近凈形成形技術(shù)的發(fā)展，超高壓（100MPa)水霧化被認(rèn)為是制取細(xì)微(約100mm)粉末的有效途徑。例如，日本太洋金屬公司為此開發(fā)了水壓高達150MPa的超高壓水霧化設(shè)備，其平均粒度可達35mm。1122離心霧化離心霧化法是利用機械旋轉(zhuǎn)造成的離心力使金屬熔液克服其表面張力，以細(xì)小的液滴甩出，然后在飛行過程中球化、冷凝成粉的一種制粉方法。其中主要有旋轉(zhuǎn)盤法(RD)(圖11-3(a)、旋轉(zhuǎn)坩堝法(RC)(圖11-3(b)、旋轉(zhuǎn)電極法(REP(圖11-3(c)、電子束旋轉(zhuǎn)電極法(EBRE)、等離子旋轉(zhuǎn)電極法(PREP)(圖11-7)等。目前，上述方法都有工業(yè)性生產(chǎn)設(shè)備。離心霧化的一個重要特點就是能制取幾乎所有金屬或合金的粉末，還可以制取難熔化合物(如氧化物，碳化物等)粉末。此外，離心霧化一般不受坩堝耐火材料的污染，是日前制取高純、無污染難熔金屬和化合物球形粉末最理想的方法，特別是對易氧化(氮化)金屬最為有效，冷凝速度一般為103106Ks。離心霧化法的主要缺點是工藝受到設(shè)備規(guī)模、生產(chǎn)過程連續(xù)化和自動化限制，生產(chǎn)能力低，粉末價格較高。離心霧化法制得的粉末一般為球形，平均粒度多在5015mm之間。粉末粒度的大小主要受離心力的影響，旋轉(zhuǎn)速度越高，離心力越大，所得粉末越細(xì)。圖11-8顯示了電極旋轉(zhuǎn)速率對粉末粒度的影響規(guī)律。在上述離心霧化技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)電極法(包括PEP、EBRE、PREP)最重要，日前應(yīng)用比較廣泛，主要用于制備鎳基超合金、鈦合金、金屬間化合物、無氧銅、難熔金屬及合金等粉末。11.3 機械合金化制粉技術(shù)機械合金化是一種從元素粉末制取具有平衡或非平衡相組成的合金粉末或復(fù)合粉末的制粉技術(shù)。它是在高能球磨機中，通過粉末顆粒之間、粉末顆粒與磨球之間長時間發(fā)生非常激烈的研磨，粉末被破碎和撕裂，所形成的新生表面互相冷焊而逐步合金化，其過程反復(fù)進行，最終達到機械合金化的目的，如圖11-9所示。 機械合金化技術(shù)的特點主要有： (1)可形成高度彌散的第二相粒子； (2)可以擴大合金的固溶度，得到過飽和固溶體； (3)可以細(xì)化晶粒，甚至達到納米級。還可以改變粉末的形貌； (4)可以制取具有新的晶體結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)晶或非晶結(jié)構(gòu)的合金粉末； (5)可以使有序合金無序化； (6)可以促進低溫下的化學(xué)反應(yīng)和提高粉末的燒結(jié)活性。 機械合金化是美國國際鎳公司Benjamin等人于20 世紀(jì)60年代末期最早開發(fā)的，當(dāng)時主要用于制備同時具有沉淀硬化和氧化物彌散硬化效應(yīng)的鎳基和鐵基超合金。表11-1列出了機械合金化技術(shù)制備的幾種氧化物彌散強化鎳基和鐵基超合金的室溫和高溫力學(xué)性能。機械合金化技術(shù)所用的原料粉末來源廣泛，主要是一些目前已廣泛應(yīng)用的純金屬粉末，有時也使用母合金粉末、預(yù)合金粉末和難熔金屬化合物粉末，其粒度一般為l200mm。、對機械合金化技術(shù)來說，原料粉末的粒度并不是很重要，因為粉末粒度隨球磨時間呈指數(shù)下降(圖11-10)，幾分鐘后便會變得很細(xì)，但一般說來原始粉末粒度要小于磨球的直徑。由于一般商用金屬粉末的氧含量為0.050.2，因此，在研究機械合金化過程中的相變化時要充分考慮原始粉末的純度。 為了減少粉末間的冷焊，防止粉末發(fā)生團聚，在機械合金化過程中往往需要在粉末中加入14的過程控制劑，特別是在有一定量的延性組元存在時。過程控制劑是一種表面活性劑，它可以覆蓋在粉末的表面，降低新生表面的表面張力，從而可縮短球磨時間。過程控制劑的種類很多，但大多數(shù)為有機化合物。如：硬脂酸、己烷、草酸、甲醇、乙醇、丙酮、異丙醇、庚烷、Nopcowax-22DSP、辛烷、甲苯、三氯氟乙烷、DDAA、硅氧烷脂石墨粉、氧化鋁、氮化鋁、氯化鈉也曾用作過程控制劑。在球磨過程中，這些化合物的大部分都會分解，并與粉末反應(yīng)后在其基體中形成均勻彌散分布的化合物新相。例如，碳氧化合物中包含碳和氫元素，碳水化合物包含碳、氧、氫元素。用這些化合物作為過程控制劑可以在粉末基體中形成彌散的碳化物和氧化物粒子，從而得到彌散強化材料，其中的氫元素可以在隨后的加熱或燒結(jié)過程中成為氣體逸出或被晶格吸收。 有些金屬，如鋁、鎳、銅會在球磨過程中與醇類介質(zhì)反應(yīng)，形成復(fù)雜的金屬-有機化合物。例如鋁會與異丙醇反應(yīng)。其他一些金屬，如鈦、鋯會與氯化物流體(如四氯化碳)發(fā)生爆炸反應(yīng)，因此，氯化物流體不可以用作活性金屬的過程控制劑。鈦、鋯等活性金屬在有空氣存在的情況下球磨時，會大量吸氧和吸氮，從而發(fā)生相變，包括形成新相。 反應(yīng)球磨技術(shù)(金屬粉末在活性固體液體氣體存在的條件下進行球磨時，會導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)發(fā)生)已應(yīng)用于制備金屬氧化物、碳化物和氮化物粉末。例如：將金屬鈦在氮氣氛中球磨得到了氮化鈦粉末，其他幾種金屬氯化物粉末也已用相似的工藝制得。將鎢與碳(石墨)一起進行球磨，可以獲得碳化鎢粉末。將鋁與碳或者含碳的過程控制劑一起球磨可以得到碳化鋁粉末(Al4C3)，碳化鋁粒子彌散分布在鋁合金的基體中，可顯著改善鋁合金的性能。對于鋁-碳體系，在球磨過程中往往只有部分碳化鋁粒子形成，要使碳和鋁完全反應(yīng)需要進行后續(xù)的熱處理。然而，對于其他體系，化學(xué)反應(yīng)可以在球磨過程中完成，也可能要經(jīng)過熱處理后才完成，還可能球磨和熱處理后仍只有部分完成。 過程控制劑的選擇取決于球磨粉末的性質(zhì)和對最終粉末純度的要求。過程控制劑的使用往往會給粉末帶進一些夾雜物，因此，制備高純粉末時要避免使用過程控制劑。需要指出的是，沒有萬能的過程控制劑。選擇過程控制劑時，要仔細(xì)考察金屬粉末與過程控制劑組元間的可能化學(xué)反應(yīng)。 目前，已有多種形式的球磨機用于制備機械合金化粉末。其不同之處主要是生產(chǎn)能力、球磨效率、冷卻和加熱裝置等。振動球磨機、如SPEX球磨機(美國SPEX CertPrep，Inc 制造，圖11-11)，這種球磨機一次只能制備10克左有的粉末，主要用于實驗室研究和做合金的篩選工作。它包括一個用于裝填粉求和磨球的球磨罐，球磨罐被夾緊并以每分鐘數(shù)千次的頻率前后晃動，與此同時，球磨罐的兩端還作橫向擺動，因此，球磨罐是沿著一個8字形的軌跡運動，或者是無規(guī)則軌跡的運動。球磨灌每擺動一下，磨球就會撞擊粉末樣品和球磨罐的頂部，從而達到球磨和混合粉末的目的。 行星球磨機。如Pulverisette球磨機(德國Fritsch GmbH制造，圖11-12)。這是一種最為廣泛用于機械合金化的球磨機，一次可以制備幾百克粉末。行星球磨機的名字來自于它的球磨罐的運動軌跡。多個球磨罐對稱安裝在一個旋轉(zhuǎn)的圓盤上，每個球磨罐還繞自己的軸心轉(zhuǎn)動。由球磨罐環(huán)繞自己的軸心轉(zhuǎn)動和支撐盤的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作用于裝有球磨原料和磨球的球磨罐上。由于球磨罐與支撐盤的旋轉(zhuǎn)方向是相反的。產(chǎn)生的離心力有的部位力向相同，有的則相反。如圖11-12所示，球磨罐外側(cè)的粉末和磨球所受的離心力的方向是相同的，因此將沿著內(nèi)壁滾動，產(chǎn)生摩擦效應(yīng)，當(dāng)球磨罐的這一邊轉(zhuǎn)到內(nèi)側(cè)時，粉末和磨球所受的離心力的方向變?yōu)橄喾?，在支撐盤離心力的作用下，粉末和磨球?qū)w向外壁，產(chǎn)生撞擊效應(yīng)，從而達到機械合金化的效果。攪拌球磨機。如Model 1-S攪拌球磨機(美國Union Process制造，圖11-13)。這種球磨機可以較大批量地生產(chǎn)機械合金化粉末，從幾公斤到100kg。攪拌球磨機的球磨料的運動速率要比振動球磨機和行星球磨機低，一般約為0.5ms，因此其能量也較低。目前各種規(guī)格的攪拌球磨機國內(nèi)外都有公司制造。球磨罐有純不銹鋼制的，也有內(nèi)襯了氧化鍋、氧化鋯、橡膠或聚氨基甲酸乙脂的不銹鋼罐。磨球的材質(zhì)有玻璃、火石、滑石陶瓷、莫來石、碳化硅、氮化硅、賽隆陶瓷、氧化鋁、硅酸鋯、氧化鋯、不銹鋼、碳鋼、含鉻鋼和碳化鎢等。攪拌球磨機的操作較簡單。將粉末和磨球放入一固定的球磨罐中，在高速旋轉(zhuǎn)的攪拌桿的作用下，磨球?qū)Ψ勰┦┬屑羟泻妥矒糇饔?。一般?yīng)用的攪拌球磨機其攪拌速率約為250rmm，實驗室使用的有些攪拌球磨機其攪拌速率要快十倍。114超微粉末制備技術(shù) 超微粉末通常是指粒徑為10100nm的微細(xì)粉末，有時亦把粒徑小于100nm的微細(xì)粒子稱為納米微粉。納米微粉具有明顯的體積和表面效應(yīng)，因此，它較通常細(xì)粉有顯著不同的物理、化學(xué)和力學(xué)特性，作為潛在的功能材料和結(jié)構(gòu)材料，超微粉末的研制已受到了世界各工業(yè)國家的重視。納米微粉的制造方法有：溶膠-凝膠法、噴霧熱轉(zhuǎn)換法、沉淀法、電解法、汞合法、羰基法、冷凍干燥法、超聲粉碎法、蒸發(fā)-凝聚法、爆炸法、等離子法等。 制各超微粉末遇到最大困難是粉末的收集和存放。另外，濕法制取的超微粉末都需要熱處理，因此可能使顆粒比表面積下降，活性降低，失去超微粉的特性，并且很難避免和表而上的羰基結(jié)合，所以現(xiàn)在一般都傾向于采用干法制粉。 納米微粉是一種新型的粉末冶金材料和原材料，其主要應(yīng)用于高密度磁記錄材料、薄膜集成電路的導(dǎo)電材料、微孔過濾器、化學(xué)催化劑、汽車用的還原觸媒、超微粒子膜傳感器、碳纖維的氣相成核材料等。 納米微粉活性大，易于凝聚和吸濕氧化，成形性差，因此作為粉末冶金原料還有一些技術(shù)上的問題有待解決。另外，納米微粉作為粉末制品原料必須具有經(jīng)濟的制造方法和穩(wěn)定的質(zhì)量。納米微粉燒結(jié)溫度特別低(粒徑為20nm的銀粉燒結(jié)溫度為6080，20nm的鎳粉200開始熔接)，一旦能實現(xiàn)利用納米微粉工業(yè)化生產(chǎn)粉末冶金制品。將對粉末冶金技術(shù)帶來突破性的變革。115粉 注射成形技術(shù)粉末注射成形(powder injection molding，簡稱PIM)是將現(xiàn)代塑料注射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門近凈形成形新技術(shù)。它的基本工藝過程如圖11-14所示：首先將固體粉末與有機黏結(jié)劑均勻混合并制成粒狀喂料，在加熱狀態(tài)下用注射成形機將其注入模腔內(nèi)冷凝成形，然后用化學(xué)溶解或熱分解的方法將成形坯中的黏結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。該技術(shù)的最大特點是可以直接制造出具有最終形狀的零部件，產(chǎn)品不僅精度高、組織均勻、性能優(yōu)異，而且生產(chǎn)成本只有傳統(tǒng)成形工藝的2060。因此，國際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場革命，已成為國際上“當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)”。 粉末注射成形技術(shù)的原型起源于20世紀(jì)20年代，最早是應(yīng)用于制造陶瓷火花塞。第一項陶瓷粉末注射成形的專利1938年授權(quán)給Schwartzwalder。第二次世界大戰(zhàn)期間，在美國的曼哈頓計劃中，美國橡樹嶺國家實驗室采用粉末注射成形方法制備了用于原子彈核燃料鈾同位素分離的鎳管。1976年，第一項金屬粉末注射成形技術(shù)的專利授權(quán)給River。由于當(dāng)時粉末原料成本高、脫脂時間長、產(chǎn)品易變形等問題沒有解決。其發(fā)展非常緩慢。直道1979年，美國Parmatech公司有兩件PIM產(chǎn)品在國際粉末冶金大會的產(chǎn)品設(shè)計大賽中獲獎后，PIM技術(shù)才開始受到粉術(shù)冶金界的關(guān)注。20世紀(jì)80年代由于美國政府研究機構(gòu)和大學(xué)的介入，使研究工作向深層次發(fā)展，從完全憑經(jīng)驗進入到在一定理論指導(dǎo)下工作，這一時期PIM技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。這一方面歸于在流體力學(xué)和氣體動力學(xué)研究成果基礎(chǔ)上開發(fā)出的超高壓水霧化和高壓惰性氣體霧化技術(shù)的發(fā)展，使細(xì)粉率大大提高，原材料成本下降。另一方面，在黏結(jié)劑設(shè)汁理論和脫脂機理等研究成果的指導(dǎo)下，新一代黏結(jié)劑及其脫除技術(shù)的開發(fā)成功，不僅使原來的脫脂時間從數(shù)十小時縮到幾個小時，而且其保形性得到明顯的改善，大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品的尺寸精度從0.5提高到了0.3。進入20世紀(jì)90年代，一方面，是PIM 工藝進一步改進，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，另一方面，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展非常迅速。 黏結(jié)劑是PIM技術(shù)的核心，在PIM中黏結(jié)劑具有增強粉體流動性和維持坯塊形狀的兩個基本職能，此外它還應(yīng)具有易于脫除、無污染、無毒性、成本合理等特點。黏結(jié)劑一般是由低分子量組元與高分子量組元加上一些必要的添加劑和表面活性劑構(gòu)成低分子量組元黏度低，流動性好，易脫去；高分子量組元黏度高，強度高，保證成形坯具有一定的強度添加劑和表面活性劑主要用以增強黏結(jié)刺的流動性和與粉末的相容性。各組元以適當(dāng)比例搭配以獲得高的粉末裝載量，最終得到高精度和高均勻性的產(chǎn)品。通常采用的黏結(jié)劑體系主要有：熱塑性體系(石蠟基、汕基和聚合物基)、熱固性體系、熱固-熱塑性體系，凝膠體系和水溶性體系等。表11-2列舉了一些已公開的黏結(jié)劑配方。 傳統(tǒng)的黏結(jié)劑在熱脫脂過程中，由于幾乎是在成形坯內(nèi)外同時分解，脫脂速率極慢，往往需要數(shù)十小時甚至數(shù)天，加快熱脫脂速度往往會造成鼓泡和開裂等無法彌補的缺陷。采用液固或氣固界面反應(yīng)脫脂(即溶劑脫脂和氣相脫脂)，可以使脫脂過程由外及里推進，可以有效地提高脫脂速率，已成為黏結(jié)劑開發(fā)的主要發(fā)展方向。由于水的價格低廉、無毒，有利于環(huán)保，開發(fā)水溶性黏結(jié)劑體系是溶劑脫脂技術(shù)研究的重點。由德國BASF公司開發(fā)的黏結(jié)劑及其催化脫脂技術(shù)是目前應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中最先進的脫脂技術(shù)之一，并可為粉末注射成形廠家直接供應(yīng)喂料和提供后續(xù)生產(chǎn)工藝。德國CREMER公司已開發(fā)出了適應(yīng)該技術(shù)的連續(xù)脫脂和燒結(jié)一體化爐，該技術(shù)的脫脂速率可達到14mmh。粉末注射成形技術(shù)由于采用了大量的黏結(jié)劑作為粉末流動填充模腔的載體，所以可以像成形塑料那樣制備出各種任意形狀的粉末冶金零部件，這是傳統(tǒng)粉末冶金模壓工藝不可能達到的。由于射成形是一種近凈形成形工藝，產(chǎn)品基本上不需要后續(xù)加工，有 需要幾十道機加工工序才能完成的產(chǎn)品采用PIM可以一次成形，制造成本相對較低。PIM技術(shù)還可以實現(xiàn)零部件一體化。由于加工技術(shù)或者材料性能的原因，有些部件采用傳統(tǒng)技術(shù)制造時，需要加工成幾個零件來組裝，有時幾個零件的材料還不一樣。采用Pm技術(shù)則可以直接制成一個整體復(fù)合部件(如圖11-15所示)。由于注射成形的原料是以流態(tài)狀均勻充填模腔，成形坯粉術(shù)密度分布均勻，避免了粉 冶金模壓工藝中由于模壁摩擦壓力損失所造成的成形坯密度分布不均勻問題，這樣可以大大減少燒結(jié)變形。此外，由于PIM技術(shù)所用的粉來一般較細(xì)，產(chǎn)品燒結(jié)后可以達到很高的密度，因此，PIM產(chǎn)品的力學(xué)性能一般優(yōu)于粉末冶金模壓和精密鑄造產(chǎn)品。表11-3比較了PIM與精密鑄造技術(shù)制造零件的特點，在許多方面PIM技術(shù)有較大的優(yōu)勢。表11-4列舉了幾種常用的金屬粉術(shù)注射成形材料的力學(xué)性能。圖11-16是一些典型的粉末往射成形產(chǎn)品的照片。11.6 溫壓成形技術(shù) 溫壓成形的基本工藝過程是：將專用金屬或合金粉和聚合物潤滑劑混合后，采用特制的粉末加熱系統(tǒng)、粉末輸送系統(tǒng)和模具加熱系統(tǒng)，升溫到75150，壓制成壓坯，再經(jīng)預(yù)燒、燒結(jié)、整形等工序，獲得密度高達7.27.5gcm3的鐵基粉末冶金零件。溫壓成形的工藝路線如圖11-17所示。溫壓可以顯著提高壓坯密度的機理一般歸于在加熱狀態(tài)下粉末的屈服強度降低(如圖11-18所示)和潤滑劑作用增強。溫壓成形技術(shù)由Hoeganaes公司于1994年正式工業(yè)化應(yīng)用，并推出了Ancordense和Densemix兩種牌號的溫壓成形專用粉末。在材料達到同等密度的前提下，溫壓工藝的生產(chǎn)成本比粉末鍛造低75，比復(fù)壓復(fù)燒低25，比滲銅低15。在零件達到同等力學(xué)性能和加工精度的前提下，溫壓工藝的生產(chǎn)成本比現(xiàn)行熱、冷機械加工工藝低5080，生產(chǎn)效率提高1030倍。溫壓成形因其成本低、密度高、模具壽命長、效率高、工藝簡單、易精密成形和可完全連續(xù)化、自動化等一系列優(yōu)點而受到關(guān)注，被認(rèn)為是20世紀(jì)90年代粉末冶金零件致密化技術(shù)的一項重大突破，被譽為“開創(chuàng)粉末冶金零件應(yīng)用新紀(jì)元的一項新型制造技術(shù)”。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造汽車零件和磁性材料制品，如：渦輪輪轂、形狀復(fù)雜的齒輪和斜齒輪、鎖零件、發(fā)動機連桿和閥座等。表11-5列出了部分溫壓成形粉末冶金材料的力學(xué)性能。溫壓成形的鐵基材料的力學(xué)性能可以與鍛鋼比美，兩者的屈服強度和拉伸斷裂強度都基本相當(dāng)，因此可以用溫壓成形制品來取代部分鍛鋼產(chǎn)。需要指出的是，粉術(shù)冶金產(chǎn)品的伸長率一般較低，選擇溫壓成形工藝需要考慮其產(chǎn)品的延性和沖擊韌性。溫壓成形技術(shù)使用的壓機和模具與傳統(tǒng)模壓基本相同，惟一不同的是溫壓成形需要一套粉末和模具加熱系統(tǒng)。模具和粉末的溫度一定要均勻和穩(wěn)定，一般控制在2.5，最高溫度不超過170，超過此溫度后，添加的潤滑劑和黏結(jié)劑就會分解，從而影響粉末的流動性。一般采用模套內(nèi)嵌加熱管加熱模具，要把模具在30min內(nèi)加熱到150，需要812個500w的加熱管。為了保證粉末在輸送過程中溫度不變，滑動送粉器中也應(yīng)有加熱器。為了減少上沖頭與芯棒卡死的可能性，上沖頭最好也要加熱。一般說來，芯棒和下沖頭可以不用加熱。11.7 熱壓成形技術(shù) 熱壓又稱為加壓燒結(jié)，是把粉末裝在模腔內(nèi)，在加壓的同時使粉末加熱到正常燒結(jié)溫度或更低一些，經(jīng)過較短時間燒結(jié)獲得致密而均勻的制品。熱壓可將壓制和燒結(jié)兩個工序一并完成，可以在較低壓力下迅速獲得冷壓燒結(jié)所達不到的密度，從這個意義上說，熱壓是一種強化燒結(jié)。原則上，凡是用一般方法能制得的粉末零件，都適于用熱壓方法制造，尤其適于制造全致密難熔金屬及其化合物等材料。 熱壓方法的最大優(yōu)點是可以大大降低成形壓力和縮短燒結(jié)時 間，另外，可以制得密度較高和晶粒較細(xì)的材料。熱壓模可選用高速鋼及其他耐熱合金，但使用溫度應(yīng)在 800以下。當(dāng)溫度更高(15002000)時，應(yīng)采用石墨材料， 但承壓能力卻降低到70MPa以下。故一般對于低溫、高壓的操 作，可選擇金屬或硬質(zhì)合金模；高溫、低壓操作則選擇石器模。 熱壓加熱的方式分為電阻間接加熱式、電阻直接加熱式和感 廊加熱式三種(圖11-19(a)，(h)、(c)。采用第一種方式時，電流通過碳管發(fā)熱，對模具和粉末坯同時加熱；采用第二種方式 時，電流主要通過壓橫材料發(fā)熱，使得與上下沖模和模腔接觸的 部位比其他部位溫度高。采用感應(yīng)加熱時，由于粉末坯塊中的渦 流大小與坯塊密度有關(guān)，在熱壓后期密度升高，電阻降低，渦流 發(fā)熱也減少，溫度不好控制。因此，在進行熱壓模具沒計時，除了要保證溫度外，要特別注意溫度分布的均勻性。為了減少空氣中氧的危害，真空熱壓機已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在沒有真空熱壓機的條件下，可以采用如下措施來減少壓坯的氧化：(1)加熱前先將粉末壓實：(2)模具配合嚴(yán)密，可防止空氣大量進入模腔；(3)將保護氣氛經(jīng)過專門的管道引入模腔內(nèi)；(4)將整個模具置入一密封的耐熱管中，并采用外置式間接加熱或感應(yīng)加熱方式；(5)在粉末中加進一些高溫下能產(chǎn)生還原性氣氛的物質(zhì)，如碳、金屬氫化物、酒精等。118等靜壓成形技術(shù) 等靜壓制是伴隨現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)而發(fā)展起來的一種新的成形方法。通常，等靜壓成形按其特性分成冷等靜壓(CIP)和熱等靜壓(HIP)，前者常用水或油作壓力介質(zhì)，故有液靜壓、水靜壓或油水靜壓之稱；后者常用氣體(如缸氣)作壓力介質(zhì)，故有氣體熱等靜壓之稱 等靜壓制法比一般的鋼模壓制法有下列優(yōu)點：(1)能夠壓制具有凹形、空心等復(fù)雜形狀的壓件；（2)壓制時，粉末體與彈性模具的相對移動很小，所以摩擦損耗電很小，單位壓制力較鋼模壓制法低；(3)能夠壓制各種金屬粉末和非金屬粉末，壓制坯件密度分布均勻，對難熔金屬粉末及其化合物尤為有效；(4)壓坯強度鞍高，便于加工和運輸；(5)冷等靜壓的模具材料是橡膠和塑料，成本較低廉；(6)能在較低的溫度下制得接近完全致密的材料。 應(yīng)當(dāng)指出，等靜壓制法也有缺點：(l）對壓坯尺寸精度的控制和壓坯表面的光潔度都比鋼模壓制法低；(2)盡管采用干袋式或批量濕袋式的等靜壓制，生產(chǎn)效率有所提高，但一般地說，生產(chǎn)率仍低于自動鋼模壓制法；(3)所用橡膠或塑料模具的使用壽命比金屬模具要短得多。 等靜壓制過程是借助于高壓泵的作用把流體介質(zhì)(氣體或液體)壓人耐高壓的鋼質(zhì)密封容器內(nèi)。高壓流體的靜壓力直接作用在彈性模套內(nèi)的粉末上，粉末體在同一時間內(nèi)在各個方向上均衡地受壓而獲得密度分布均勻和強度較高的壓坯(如圖11-20所示)。1181冷等靜壓制 冷等靜壓力機主要由高壓容器和流體加壓泵組成。輔助設(shè)備有流體儲罐、壓力表、輸送流體的高壓管道和高壓閥門等。圖11-2l所示為冷等靜壓力機的工作系統(tǒng)。物料裝入彈性模套被放置入高壓容器內(nèi)。壓力泵將過濾后的流體注入壓力容器內(nèi)使彈性模套受壓，施加壓力達到了所要求的數(shù)值之后，開啟回流閥使流體返回儲罐內(nèi)備用。 壓力容器是壓制粉末的工作室，其大小由所需要壓制工件的最大尺寸按一定的壓縮率放大計算。工作室承受壓力的大小應(yīng)由粉末特性、壓坯性能和壓坯尺寸來確定。根據(jù)不同的要求，高壓容器可被設(shè)計成單層筒體、雙層筒體或纏繞式筒體。等靜壓力機按照工作室尺寸、壓力及軸向受力狀態(tài)可分成三種基本類型，即拉桿式、螺紋式及框架式。表11-6比較了它們的特、缺點和適用范圍。 冷等靜壓制按粉料裝模及其受壓形式可分為濕袋模具和干袋模具壓制。 濕袋模具壓制的壓制裝置如圖11-22(a)所示。把無須外力支持也能保持一定形狀的薄壁軟模裝入粉末料，用橡皮塞塞緊密封袋口然后套裝入穿孔金屬套一起放入高壓容器中，使模袋泡浸在液體壓力介質(zhì)中經(jīng)受高壓泵注入的高壓液體壓制。濕袋模具壓制的優(yōu)點：能在同一壓力容器內(nèi)同時壓制各種形狀的壓件；模具壽命長、成本低。濕袋模具壓制的主要缺點是，裝袋脫模過程中消耗時間較多。 干袋模具壓制的壓制方式如圖11-22(b)所示。干袋固定在簡體內(nèi)，模具外層襯以穿孔金屬護套板，粉末裝人模袋內(nèi)靠上層封蓋密封。高壓泵將液體介質(zhì)輸入容器內(nèi)產(chǎn)生壓力使軟模內(nèi)粉末均勻受壓。壓力除去后即從模袋取出壓塊，模袋仍然留在容器內(nèi)供下次裝料用。干袋式模具壓制的特點是生產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)自動化，模具壽命較長，據(jù)報道自動干袋模具壓制生產(chǎn)率可達1015個min。直徑較大的制品(如直徑為f150mm)的生產(chǎn)率也可以達到300件h。1182熱等靜壓制 把粉末壓坯或把裝入特制容器(粉末包套)內(nèi)的粉末體置入熱等靜壓機高壓容器中，施以高溫和高氣壓，使這些粉末體被均勻壓制和燒結(jié)成致密的零件或材料的過程稱為粉末熱等靜壓制。粉末體(粉末壓坯或包套內(nèi)的粉末)在等靜壓高壓容器內(nèi)同一時間經(jīng)受高溫和高壓的聯(lián)合作用，可以強化壓制與燒結(jié)過程，降低制品的燒結(jié)溫度，改善制品的組織結(jié)構(gòu)。消除材料內(nèi)部顆粒間的缺陷和孔隙，提高材料的致密度和強度。 熱等靜壓制設(shè)備通常是由裝備有加熱爐體的壓力容器和高壓介質(zhì)輸送裝置及電氣設(shè)備組成。但熱等靜壓制技術(shù)發(fā)展中一個值得重視的動向是用預(yù)熱爐在熱等靜壓機外加熱工件，省去壓力容器內(nèi)的加熱爐體，這將會提高壓機容器的有效容積，消除了由于容器內(nèi)爐體裝接電極柱造成密封的困難，成倍地提高熱等靜壓機的工作效率。 熱等靜壓機的壓力容器是用高強度鋼制成的空心圓筒體，直徑一般為1501500mm，高5003500mm，工件的體積在O.0282m3之間。通常壓力范圍7200MPa，最高使用溫度范圍一般為10002300。壓力容器主要有兩種密封形式，即螺紋式及框架式。螺紋式密封的熱等靜壓機的壓力容器容積都比較小，只適于在實驗室內(nèi)壓制小型制品?？蚣苁矫芊獾膲毫θ萜鞯奶攸c是容積大，運轉(zhuǎn)速度快，操作方便，安全可靠。 除壓力容器外，容器內(nèi)的加熱爐是熱等靜壓機的重要部件，主要由加熱元件、熱電偶與隔熱屏組成。加熱元件的材料按設(shè)計的溫度范圍選定。當(dāng)爐子設(shè)計溫度為10001200時，可選擇Fe-Cr-Al-Co耐熱合金絲作發(fā)熱元件，它可在1230長期使用。當(dāng)設(shè)計溫度在1700以上時，可選擇鉬絲、石墨、鎢絲等作發(fā)熱元件，但這些材料需要在保護氣氛或惰性氣氛中工作。 熱等靜壓制時常選用惰性氣體如氦及氬作壓力介質(zhì)。由于氬氣的熱導(dǎo)率比氦低(氬的熱導(dǎo)率為0.158 kWmK，氦的熱導(dǎo)率為l.38 kWmK)，用氬氣作壓力介質(zhì)時能夠使工作區(qū)爐溫很快地達到所要求溫度并能保持溫度分布均勻。此外，氬氣的成本比氦低。在熱等靜壓制系統(tǒng)中必須精確可靠地控制壓力和溫度參數(shù)。適當(dāng)?shù)淖詣踊芙档统杀竞捅ＷC安全，兩者對于有效的組織生產(chǎn)都是十分重要的。典型的熱等靜壓升溫加壓過程如圖11-23中所示。升壓和降壓速度一般不需任何控制，溫度的控制需要特別注意。爐內(nèi)溫度分布均勻度很大程度取決于爐子的設(shè)汁和電熱體的配置。目前，工業(yè)上使用爐體恒溫時溫度均勻度可控制在5到14之間，連續(xù)冷卻速度可大于30min。 熱等靜壓是消除制品內(nèi)部殘存微量孔隙和提高制品相對密度的有效方法。目前已有許多金屬粉末或非金屬粉末采用熱等靜壓法壓得接近理論密度值的制品和材料，如表11-7所示。 國內(nèi)外已采用熱等靜壓技術(shù)制取了核燃料棒、粉末高溫合金渦輪盤、鎢噴嘴、陶瓷及金屬基復(fù)合材料等。至今，它在制取金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、難熔金屬制品及其化合物、粉末金屬制品、金屬基復(fù)合材料制品、功能梯度材料、有毒物質(zhì)及放射性廢料的處理等方面都得到了廣泛應(yīng)用。熱等靜壓技術(shù)已成為提高粉末冶金制品性能及壓制大型復(fù)雜形狀零件的先進技術(shù)。表11-8中比較了幾種粉末冶金高溫合金的力學(xué)性能。圖11-24顯示了熱等靜壓技術(shù)壓制的一些產(chǎn)品。1183燒結(jié)熟等靜壓法燒結(jié)-熱等靜壓制(sinter-HIP)過程是把經(jīng)模壓或冷等靜壓制的坯塊放入熱等靜壓機高壓容器內(nèi)，依次進行脫蠟、燒結(jié)和熱等靜壓制，使工件的相對密度接近100。這是繼常規(guī)熱等靜壓制技術(shù)之后開發(fā)出的一種先進工藝。脫蠟(或其他成形劑)和燒結(jié)可在真空狀態(tài)下或在工藝確定的氣體(如氯、氮氫混合氣、甲烷)保護下進行。按照傳統(tǒng)的燒結(jié)概念，液相和固相燒結(jié)都會促進燒結(jié)坯塊內(nèi)部孔隙減少，并產(chǎn)生收縮和致密化。在這一過程中，燒結(jié)溫度和時間是要準(zhǔn)確控制的參數(shù)，熱等靜壓制是使燒結(jié)坯塊密度進一步提高，以接近理論密度值。壓塊在同一爐體(壓力容器)內(nèi)進行燒結(jié)和熱等靜壓制，壓塊在燒結(jié)后期直接施加高壓，這就避免了降溫冷卻升溫加熱的附加操作，也避免了壓坯轉(zhuǎn)運時可能受到的損壞，并保持燒結(jié)與熱等靜壓制時溫度穩(wěn)定。 燒結(jié)-熱等靜壓過程巾的熱等靜壓制階段使產(chǎn)品均勻收縮與致密化，溫度、壓力、時間三個工藝參數(shù)相互關(guān)系示于圖11-25。粉末體的致密化是由材料的塑性、高溫下蠕變和原子擴散速度所確定。試驗結(jié)果表明，液相燒結(jié)材料在較低的壓力下短時熱處理可以完全致密化，固相燒結(jié)材料要完全致密化則需要更高壓力和更長時間。燒結(jié)-熱等靜壓已在硬質(zhì)合金、鈦合金、先進陶瓷材料的制備方面獲得了廣泛應(yīng)用。1184準(zhǔn)熱等靜壓工藝 熱等靜壓技術(shù)雖然有很多優(yōu)點，但存在設(shè)備昂貴和加工周期長等缺點，雖然采取在高壓容器中加壓介質(zhì)急劇對流和在爐內(nèi)強制冷卻等方法提高生產(chǎn)效率，但效率仍明顯低于普通冶煉方法。為克服上述缺點所發(fā)展的準(zhǔn)熱等靜壓技術(shù)(ceracon process )是利用簡單設(shè)備以較高的效率生產(chǎn)大體具有各向同性的制品或材料的一種工藝方法。該方法是采用一種高溫下具有流體特性的顆粒(如石墨顆粒、陶瓷顆粒)作為傳遞壓力的介質(zhì)以代替熱等靜壓制所用惰性氣體。工作時，將經(jīng)過預(yù)燒的粉末預(yù)制件在保護氣氛中加熱至致密化溫度，將作為加壓介質(zhì)的陶瓷顆粒也加熱至相等溫度并充填于加壓容器中，然后將經(jīng)過加熱的預(yù)制件插入其中，陶瓷顆粒的流動將施加的單向壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榈褥o壓施加于預(yù)制件上，使之在保持原來形狀的基礎(chǔ)上致密化。準(zhǔn)熱等靜壓制工藝過程如圖11-26所示。此方法是由美國金屬合金公司研究成功，現(xiàn)已將專利轉(zhuǎn)讓投入生產(chǎn)。119場活化燒結(jié)技術(shù) 場活化燒結(jié)是利用外場的活化作用實現(xiàn)低溫快速燒結(jié)致密化的一種燒結(jié)技術(shù)。20世紀(jì)80年代以來，脈沖放電對粉體燒結(jié)的有效作用得到的廣泛的關(guān)注，一系列的場活化燒結(jié)設(shè)備相繼開發(fā)出來并