燒結總結報告

1、 粉末冶金燒結總結報告 41331033 葉星平一 概述燒結是：對粉末或壓坯在低于主要組分熔點（約0.70.8t絕對溫度）溫度下保溫，使顆粒相互聯結（粒界變?yōu)榫Ы纾?，減小或除去顆粒間的縫隙和孔洞，提高燒結體密度和強度。燒結過程中發(fā)生的物理化學變化：水分或有機物的蒸發(fā)或揮發(fā)，吸附氣體的排除，應力的消除，粉末顆粒表面氧化物的還原；原子間發(fā)生擴散，粘性流動和塑性流動，晶粒間的接觸面積增大，再結晶等；還可能有固相的溶解和重結晶。很復雜。二 燒結的驅動力：粉末顆粒比一大塊的燒結體的比表面積大得多，粉末表面的原子都傾向于變成內部原子來降低能量（能量越低越穩(wěn)定）這些由粉末變成燒結體減少的表面能就是燒結能夠進

2、行的主要驅動力。還有由于晶格的缺陷所貯存的能量也是驅動力。燒結中的物質遷移方式：表面遷移和體積遷移。表面遷移主要：表面擴散，蒸發(fā)-凝聚；體積遷移主要：體積擴散，晶界擴散，塑性流動，粘性流動。三、 燒結三個階段：粘結階段，燒結頸長大階段，閉孔隙球化和縮小階段。1、開始階段（粘結和燒結頸長大階段）粉末顆粒間的點接觸能導致燒結頸的長大，這個過程的物質遷移機構有：粘性流動機構：在應力的作用下，原子或空位順著應力的方向發(fā)生流動。顆粒中心距離不發(fā)生變化，表面物質的遷移填充到接觸頸部。體積擴散機構：由于存在空位濃度面使原子發(fā)生流動，粉末顆粒中心距離減小。蒸發(fā)-凝聚機構：在顆粒外表面的曲率半徑與接觸頸部的曲率

3、半徑是不相同的，接觸點以外的表面的物質更易蒸發(fā)，然后在接觸點凝聚，使燒結頸長大。對燒結后期的孔隙球化起作用。僅發(fā)生在高蒸汽壓物質的燒結過程中。表面擴散機構：表面的原子和表面的空位相互交換位置。粉末表面在原子尺度上來看是凹凸不平的，即使沒有畸變，表面也是階梯狀而不是連續(xù)的，所以表面原子很容易發(fā)生擴散和移動，低溫燒結時占主導的是表面擴散。晶界擴散機構：顆粒內部及表面的原子通過晶界向燒結頸移動，所以顆粒中心距離會縮小?？拷Ы绲目紫犊偸莾?yōu)先被遷移過來的原子填充。塑性流動機構：燒結頸長大和形成可以看做是金屬粉末在表面張力作用下發(fā)生塑性變形的結果。僅適用于金屬粉末燒結的早期階段。燒結過程中粉末顆粒的粘結

4、是一個十分復雜的過程，多種因素中的主導因素視具體情況而定：細粉末顆粒燒結時表面擴散機構貢獻更多；高溫燒結時是體積擴散機構；某些易蒸發(fā)的金屬粉末時是蒸發(fā)-凝聚機構；加壓燒結時起主要作用的是塑性流動機構。2、中間階段燒結中間燒結階段是決定壓坯性能的最重要階段。表征為燒結體的致密化和晶粒長大。此階段燒結速率由晶粒邊界和孔隙的幾何形狀控制?？紫杜c晶界之間的兩種作用形式：孔隙可能在晶粒長大時被運動著的晶界所平直化；晶界可能從孔隙處中斷。占據在晶粒的棱邊的孔隙會使燒結塊致密化，占據在晶粒內部的孔隙會成為閉孔隙，沒有致密化的發(fā)生。因此為了增大燒結塊的最終密度，可采取控制溫度、加入第二相雜質（氧化物顆粒）、使

5、用更均勻的粉末顆粒等措施。在粉末為加壓燒結的致密化過程中，體積擴散和晶界擴散器主導作用，促進燒結過程需要高溫來提高空位或與原子的擴散系數。在致密化的后期要防止晶粒長大（加入少量耐高溫的、細的碳化物或氧化物等添加劑）和晶界減少甚至可積極制造晶界。3最終燒結階段在體積擴散機構作用下發(fā)生孔隙的孤立、球化和收縮。晶粒的長大晶界的遷移被孔隙中斷，然后繼續(xù)遷移把孔隙包容在晶粒內部導致孔隙的孤立。晶界被孔隙中斷后，孔隙的傾向于球化。被包容在晶粒內部后，孔隙必須由空位擴散到晶界地區(qū)以進行收縮，這是一個緩慢的過程?？紫兜氖湛s和消失是致密化的主要過程，孔隙內封閉的氣體會抑制其收縮和消失。體積擴散物質遷移機構對孔隙

6、收縮是需要的。在燒結最終階段，孔隙消失的速率取決于孔隙密度、孔隙半徑、體積擴散、晶粒大小以及應力的作用。4燒結體顯微組織的變化（1）. 孔隙的變化接觸點粘結，燒結頸長大開孔隙被填滿最后只剩下隔斷的閉孔隙。之后小的閉孔隙消失，大的閉孔隙長大并球化，最后球形的大的閉孔隙穩(wěn)定存在。（2）. 再結晶與晶粒粗化在壓制成型的過程中，粉末顆粒受到一定的加工變形，存在形變儲存能，因此在高溫保溫的過程中會發(fā)生再結晶和晶粒粗化的過程。再結晶的核心產生于形變較大的粉末顆粒接觸的地方，因此粉末越細，再結晶形核越多，再結晶和晶粒長大之后的晶粒越小。晶粒長大需要在保溫足夠長的時間下消耗形變的基體，當基體全部被再結晶晶粒占

7、據時且還有形變儲存能時，大晶粒吞并小晶粒繼續(xù)長大直至平衡?？紫兜诙嚯s質和晶界溝對晶界的遷移起釘扎作用，抑制晶粒的長大。因此只有在燒結后期孔隙變得非常少時才發(fā)生晶粒長大。四混合粉末的燒結1. 多元系固相燒結：均勻固溶體；混合粉末；燒結過程中固溶體分解。下面討論混合粉末的燒結。就是使用金屬粉末的混合物代替與合金粉末進行燒結。 與合金化類似，混合粉末燒結需要保證成分的均勻化。因此混合粉末要細來減少原子在顆粒間的擴散距離；若兩種粉末成分的擴散速率差異很大，不均勻會產生孔隙；若占少量的元素熔點比主要成分熔點低很多，那么就可能在燒結過程發(fā)生燒結體的膨脹；還有可能形成脆性的金屬間化合物。（1） 無限互溶的

8、混合粉末燒結：兩種及其以上的元素的液相單質能無限互溶。粉末越細，燒結燒結越長，溫度越高，則燒結快越均勻。（2） 有限互溶的混合粉末燒結（3） 互不溶解的混合粉末燒結：系統(tǒng)中組元的熔點相差極大，常存組元間互不溶解的情況，能否進行燒結的條件是a-b 的表面能小于顆粒a和顆粒b 的單獨存在時的表面能之和，此時首先一種組元通過表面擴散包圍另一種組元，爾后類似于單相燒結。燒結溫度不能超過粘結相的熔點。2.混合粉末的液相燒結和熔浸：燒結溫度可能超過熔點低的組分的熔點，使其液化。液相可以快速遷移加快燒結。（1）液相燒結的條件潤濕性：如果液滴能夠完全分散在固體表面，則成為完全潤濕。若由于表面張力形成一個球滴可

9、來回滾動，則是完全不潤濕。潤濕促進燒結。溶解度：固相在液相中的溶解度。液相數量：填滿顆粒間的間隙。（2）液相燒結的基本過程生成液相和顆粒重新分布階段溶解和析出階段：較小顆粒和較大顆粒都會在液相中溶解，但析出在較大顆粒上，所以較大顆粒長大和球化，較小顆粒消失。固相的粘結或形成剛性骨架階段：固-固界面比固-液界面的界面能低。（3）液相燒結時的致密化和顆粒長大影響致密化因素：液相數量，液相對固相的潤濕性，各個界面的界固能，固相顆粒大小，固相與液相間的溶解度以及壓坯密度（壓坯密度越大，壓得越實，阻礙液相的潤濕和填充孔隙）等。顆粒長大：小顆粒溶解，大顆粒長大；通過顆粒中晶界的移動來進行顆粒的聚集長大，通

10、過溶解-析出球化。（4） 熔浸將粉末壓坯與液體金屬接觸或埋在液體金屬內，讓壓坯的孔隙被金屬液填充，冷卻下來得到致密材料?；静话l(fā)生收縮，時間短。液相對固相的潤濕性要好。五強化燒結，目的是提高燒結的致密化1、活化燒結：采用化學或物理措施，降低燒結溫度，提高燒結塊密度及其他性能類型一是依靠外界因素活化燒結過程，包括在氣氛中添加活化劑、還原劑，周期性改變燒結溫度，施加外應力等；類型二是提高粉末的活性，包括使粉末壓坯表面預氧化，使粉末顆粒產生較多晶體缺陷，添加活化元素以形成少量液相等。2、電火花燒結：利用粉末間火花放電所產生的高溫+同時受外應力作用促進燒結。3、相穩(wěn)定化：穩(wěn)定鐵素體相，因為體心立方的鐵素體比面心立方的奧氏體體積擴散能力高330倍。六、全致密工藝1、熱壓：適用于不適合熔煉而一般壓制壓不實的制品。電阻加熱和感應加熱，有真空熱壓、震動熱壓和均衡熱壓。2、熱等靜壓：氣體為介質，帶有加熱體裝置。3、熱鍛：減少摩擦4、熱擠：粉末或壓坯裝入寶套內，經過抽氣、密封后進行熱擠壓。5、噴霧沉積：將液體金屬噴霧成坯體，再在熱下直接鍛造。6、大氣壓固結：將粉末密封在玻璃（高溫下形狀易改變而不破）中，抽氣，在大氣壓下進行真空燒結。七、燒結氣氛和燒結爐1、燒結氣氛：還原性氣氛，還原活性高的金屬 可控碳勢氣氛：控制燒結體中的碳含量 真空燒結：去除