四：粉體成形及燒結(jié)

1、粉體成形與燒結(jié)粉體制備趙鴿簡(jiǎn)介粉體成形燒結(jié)零件制品壓坯在一定的溫度下加熱燒結(jié)，使制品獲得最終的物理力學(xué)性能。制粉粉末物料在壓模中加壓成形，得到一定形狀和尺寸的壓坯 材料分類：按化學(xué)組成（或基本組成）分類： 1. 金屬材料粉末冶金 2. 無(wú)機(jī)非金屬材料 玻璃，陶瓷，水泥，耐火材料3. 高分子材料（聚合物）4. 復(fù)合材料 燒結(jié)制品發(fā)展概述陶瓷的發(fā)展概述中國(guó)陶器的產(chǎn)生距今已有11700多年的悠久歷史。早在原始社會(huì)的生活中，祖先們發(fā)現(xiàn)被水浸濕后的粘土有粘性和可塑性，曬干后變得堅(jiān)硬起來(lái)。曬干的泥巴被火燒之后，變得更加結(jié)實(shí)、堅(jiān)硬，而且可以防水，于是陶器就隨之而產(chǎn)生了。在3000多年前的商代，我國(guó)已出現(xiàn)了原

2、始青瓷。功能陶瓷:利用陶瓷對(duì)聲、光、電、磁、熱等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料 。 粉末冶金發(fā)展史 粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造鐵的第一個(gè)方法實(shí)質(zhì)上采用的就是粉末冶金方法?，F(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的發(fā)展中共有三個(gè)重要標(biāo)志： 1、克服了難熔金屬熔鑄過(guò)程中產(chǎn)生的困難。1909年制造電燈鎢絲(3410 )推動(dòng)了粉末冶金的發(fā)展；1923年粉末冶金硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽(yù)為機(jī)械加工中的革命。 2、三十年代成功制取多孔含油軸承；繼而粉末冶金鐵基機(jī)械零件的發(fā)展，充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無(wú)切削的優(yōu)點(diǎn)。 3、向更高級(jí)的新材料、新工藝發(fā)展。四十年代，出現(xiàn)金屬陶瓷、彌散強(qiáng)化等材料，六十年代末至七十年代初，

3、粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現(xiàn)；利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強(qiáng)度的零件我國(guó)粉末冶金制品行業(yè)自上世紀(jì)五十年代中期起步粉末冶金制品應(yīng)用1.汽車行業(yè)仍然是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動(dòng)力和最大用戶。 2006年北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高，為19.5公斤，歐洲平均為9公斤，日本平均為8公斤，中國(guó)3.97公斤。粉末冶金鐵基零件在汽車上主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、傳送系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、點(diǎn)火裝置，汽車尾氣過(guò)濾多孔材料等。 2.工具材料是粉末冶金工業(yè)另一類重要產(chǎn)品，其中特別重要的是硬質(zhì)合金。 目前制造業(yè)的發(fā)展朝著3A方向，即敏捷性（Agility）、適應(yīng)性（Adaptivity）和可預(yù)測(cè)性（Anticip

4、ativity）。 3.信息行業(yè)的發(fā)展也為粉末冶金工業(yè)提供了新的契機(jī)。日本電子行業(yè)用的粉末冶金產(chǎn)品中熱沉材料占23%，發(fā)光與點(diǎn)極材料占30%。 粉體工程涉及的領(lǐng)域：陶瓷材料：氧化鋁、氧化鋯陶瓷冶金工業(yè)：粉末冶金材料、耐火材料電子材料：集成電路基板機(jī)械工業(yè)：硬質(zhì)刀具礦物晶體氧化鋁陶瓷高導(dǎo)熱性BeO陶瓷鐵基粉末冶金制品雙面孔Al2O3基板高溫電路基板東風(fēng)21洲際導(dǎo)彈兩級(jí)固體推進(jìn)航天飛機(jī)金屬粉末和粉末冶金材料、制品的應(yīng)用 用粉末冶金法制造機(jī)械零件與儀表零件的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比 第一節(jié) 粉末的制取燒結(jié)制品基本工藝流程包括： 粉末制備、成形、燒結(jié)粉末制備： 機(jī)械法 物理法 化學(xué)法 高質(zhì)量的原料粉末，應(yīng)該具備粒

5、度分布范圍合理、平均粒徑小、顆粒外形圓整、顆粒聚集和抱團(tuán)傾向小，凝聚強(qiáng)度低、化學(xué)純度和化學(xué)組成均勻性易于控制等特性。 一.機(jī)械法機(jī)械法制取粉末是將原材料機(jī)械地粉碎，而化學(xué)成分基本不發(fā)生變化的工藝過(guò)程。機(jī)械法分為機(jī)械破碎法與氣流研磨。 A.機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎是靠壓碎、擊碎和磨削等作用，將塊狀金屬、合金或化合物機(jī)械地粉碎成粉末。依據(jù)物料粉碎的最終程度，可以分為粗碎和細(xì)碎（研磨）兩類。壓碎劈碎折斷磨剝擊碎球磨制粉的基本方式：滾筒式行星式振動(dòng)式攪動(dòng)式球磨制粉球磨制粉球磨制粉包括四個(gè)基本要素： 球磨桶 磨球 研磨物料 研磨介質(zhì)球磨制粉的兩個(gè)基本準(zhǔn)則：1.動(dòng)能準(zhǔn)則： 提高磨球的動(dòng)能2.碰撞幾率準(zhǔn)則： 提高

6、磨球的有效碰撞幾率n球磨效率有限球磨制粉的兩個(gè)基本準(zhǔn)則：1.動(dòng)能準(zhǔn)則： 提高磨球的動(dòng)能2.碰撞幾率準(zhǔn)則： 提高磨球的有效碰撞幾率B.氣流研磨氣流研磨是通過(guò)氣體傳輸粉料的一種研磨方法。研磨腔內(nèi)是氣體與粉末的混合體。氣流研磨的兩個(gè)基本準(zhǔn)則：1.動(dòng)能準(zhǔn)則： 提高粉末顆粒的動(dòng)能2.碰撞幾率準(zhǔn)則： 提高粉末顆粒的有效碰撞幾率由于粉末顆粒的動(dòng)能是從氣流中獲得的，因此必須提高載流氣體的速度。高壓氣體壓力下降后：加速效應(yīng)：氣體可超過(guò)音速冷卻效應(yīng)：氣粉混和物的溫度降到零度以下夾帶粉料的高壓氣體通過(guò)拉瓦爾型噴嘴后，氣體壓力機(jī)具下降。二.物理制粉法霧化法和蒸發(fā)凝聚法(1).霧化法 霧化法是一種典型的物理制粉方法將熔

7、化的金屬液體通過(guò)小孔緩慢下流，用高壓氣體（如壓縮空氣）或液體（如水）噴射，通過(guò)機(jī)械力與急冷作用使金屬熔液霧化。結(jié)果獲得顆粒大小不同的金屬粉末。 根據(jù)霧化介質(zhì)的不同： 水霧化和氣霧化增大氣（液）體壓力，能夠增加氣（液）體的噴射速度，因而有利于金屬液體霧化率的提高。霧化霧化聚并聚并凝固凝固超聲波沖擊（2）物理蒸發(fā)凝聚法采用不同的能量輸入方式，使金屬氣化，然后再在冷凝壁上沉積，從而獲得金屬粉末。制備超微金屬粉。冷凝室內(nèi)要通入惰性氣體（冷卻，防止氧化）。缺點(diǎn)：效率低 優(yōu)點(diǎn)：制備的粉體顆粒細(xì)?。?nm）按照輸入能量的方式，物理蒸發(fā)冷凝法可以分為：三.化學(xué)沉積法電化學(xué)法化學(xué)還原法化學(xué)還原法典型還原制粉的類

8、型：電化學(xué)法電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)陰極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：)(22粉末CueCu陽(yáng)極反應(yīng)：陽(yáng)極反應(yīng)：22CueCu粉末性能粉末的性能對(duì)其成形和燒結(jié)過(guò)程，及制品的性能都有重大影響，因而對(duì)粉末的性能必須加以了解。粉末的性能可分為物理性能、化學(xué)性能和工藝性能。物理性能有顆粒形狀、粒度及粒度組成、密度、硬度、加工硬化性、塑性變形能力以及顯微組織等；化學(xué)性能有化學(xué)成分；工藝性能有粉末的松裝密度、流動(dòng)性和壓制性等。通常用下述幾個(gè)主要性能來(lái)評(píng)價(jià)粉末的性能。1）顆粒形狀、粒度及粒度組成 a顆粒形狀 顆粒形狀是決定粉末工藝性能的主要因素。用不同方法制造的粉末形狀不同， a.球形b.鈍角形c.桿狀或尖角形d.不規(guī)則形e

9、.多邊形或立方體f.海綿形b粒度及粒度分布 粉末粒度是指顆粒的大小，可用當(dāng)量直徑表示。對(duì)粉末體而言，粒度是指顆粒的平均大小。粒度大小直接影響制品的性能，如硬質(zhì)合金、陶瓷材料等，要求粒度越細(xì)越好。而對(duì)常用的粉末冶金制品生產(chǎn)，不僅要測(cè)定粉末體平均顆粒的大小，更重要的是測(cè)定大小不同的顆粒的含量，簡(jiǎn)稱為粒度分布。粉末的粒度分布對(duì)成形、燒結(jié)有一定的影響。如粉末粒度分布得當(dāng)，粉末顆粒間的孔隙就小，成形密度高，燒結(jié)容易進(jìn)行。（2）松裝密度、流動(dòng)性和壓制性a松裝密度 松裝密度亦稱松裝比，是指單位容積自由松裝粉末的質(zhì)量，常用g/cm3表示。松裝密度用粉末流動(dòng)儀進(jìn)行測(cè)量。b流動(dòng)性 粉末流動(dòng)性是指單位質(zhì)量的粉末自由下落到流完的時(shí)間，常用s/50g表示。流動(dòng)性也用粉末流動(dòng)儀進(jìn)行測(cè)量。c壓制性 粉末壓制性包括壓縮性和成形性。粉末壓縮性是指粉末在壓制過(guò)程中的壓縮能力。成型性指粉末壓制后，壓坯保持既定形狀的能力。粉末的成形性主要與顆粒形狀、粒度及粒度組成等物理性質(zhì)有關(guān)。（3）化學(xué)成分 粉末的化學(xué)成分應(yīng)包括主要金屬或合金組元的含量及雜質(zhì)的含量。粉末的雜質(zhì)對(duì)后續(xù)工藝過(guò)程及最終制品質(zhì)量都會(huì)有較顯著的影響。因