第六章__粉末冶金及陶瓷成型技術(shù)

1、粉末冶金與陶瓷成型技術(shù)粉末冶金與陶瓷成型技術(shù)粉末冶金及陶瓷成型技術(shù)粉末冶金及陶瓷成型技術(shù) 1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理 2 粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備 3 粉末冶金及陶瓷成形新技術(shù)粉末冶金及陶瓷成形新技術(shù) 粉末冶金及陶瓷成型技術(shù)粉末冶金及陶瓷成型技術(shù) 1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理概述概述 v粉末冶金和陶瓷材料以粉體（粉末）為原粉末冶金和陶瓷材料以粉體（粉末）為原材料，經(jīng)過成形和燒結(jié)工藝制備而成。材料，經(jīng)過成形和燒結(jié)工藝制備而成。 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理熔鑄法熔鑄法 熔、煉、鑄熔、煉、

2、鑄鑄件鑄件機加工機加工零件零件鑄坯鑄坯塑性成形塑性成形熱處理熱處理機機加工加工零件零件粉末冶金法粉末冶金法 制粉制粉壓型壓型燒結(jié)燒結(jié) 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理 1909年出現(xiàn)一種電燈鎢絲的鑄造方法，將鎢粉年出現(xiàn)一種電燈鎢絲的鑄造方法，將鎢粉壓制成形并將其在高溫下進行燒結(jié)，然后再經(jīng)壓制成形并將其在高溫下進行燒結(jié)，然后再經(jīng)過鍛造和拉絲而制成鎢絲，這種不用熔煉和鑄過鍛造和拉絲而制成鎢絲，這種不用熔煉和鑄造，而用壓制、燒結(jié)金屬粉末來制造零件的工造，而用壓制、燒結(jié)金屬粉末來制造零件的工藝稱為藝稱為“粉末冶金法粉末冶

3、金法”金屬材料金屬材料 冶煉冶煉鑄造鑄造1.概述概述l 2.2.粉末冶金一般工藝粉末冶金一般工藝（1 1）制粉）制粉（2 2）物料準備）物料準備（3 3）成形）成形（4 4）燒結(jié)）燒結(jié) （5 5）燒結(jié)后處理）燒結(jié)后處理 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理 陶瓷成形陶瓷成形v 陶瓷材料的成形過程與粉末冶金相似，所不同的是兩者采陶瓷材料的成形過程與粉末冶金相似，所不同的是兩者采用不同的原材料。用不同的原材料。v 一般情況下，陶瓷材料的組織結(jié)構(gòu)包括晶相、玻璃相和氣一般情況下，陶瓷材料的組織結(jié)構(gòu)包括晶相、玻璃相和氣相三個部

4、分，其中的晶相是陶瓷材料的主要組成相。相三個部分，其中的晶相是陶瓷材料的主要組成相。粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備 2.1.粉體的基本性能粉體的基本性能v粒度粒度：顆粒大小：通常用直徑表示。不規(guī)則顆粒用等效半徑。顆粒大?。和ǔＳ弥睆奖硎尽２灰?guī)則顆粒用等效半徑。粒度分布：不同大小顆粒占的百分比。粒度分布：不同大小顆粒占的百分比。v顆粒形狀：顆粒形狀： 顆粒形狀表示粉體顆粒的幾何形狀，顆粒形狀表示粉體顆粒的幾何形狀，常用的顆粒形狀有球形、片形、針形、柱形等。常用的顆粒形狀有球形、片形、針形、柱形等。流動性流動性 流動性指粉體的流動能

5、力，粉體的流動性主要取決流動性指粉體的流動能力，粉體的流動性主要取決于顆粒之間的摩擦系數(shù)。于顆粒之間的摩擦系數(shù)。填充特性填充特性 填充特性是粉體成形的基礎(chǔ)。由于粉體的形狀不填充特性是粉體成形的基礎(chǔ)。由于粉體的形狀不規(guī)則、表面粗糙，使堆積起來的粉體顆粒間存在大量空隙。規(guī)則、表面粗糙，使堆積起來的粉體顆粒間存在大量空隙。粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備2.2.粉體的制備粉體的制備粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備球磨法球磨法v球磨法球磨法制備粉制備粉體的體的生生產(chǎn)量大、產(chǎn)量大、成本較成本較低，低，在在工程中工程中應(yīng)用較應(yīng)用較為普遍。為普遍。粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備2.

6、2.粉體的制備粉體的制備2.2粉體的制備粉體的制備氣流研磨法氣流研磨法 通過氣體傳輸粉料的一種研磨方法。研磨腔內(nèi)是粉末與氣體的兩相混合物。由于不使用研磨球及研磨介質(zhì)，所以氣流研磨粉的化學(xué)純度一般比機械研磨法的要高。粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備2.2粉體的制備粉體的制備物理化學(xué)法物理化學(xué)法 液體金屬霧化法液體金屬霧化法 許多霧化法部是采用雙液流：一為液態(tài)金屬流，許多霧化法部是采用雙液流：一為液態(tài)金屬流，為液為液體或氣體流。后者沖擊液態(tài)金屬流，將之破碎成金屬液體或氣體流。后者沖擊液態(tài)金屬流，將之破碎成金屬液滴，隨后凝固成粉末顆粒。對于制取鐵、鋼粉末，一般滴，隨后凝固成粉末顆粒。對于制取

7、鐵、鋼粉末，一般用水或油作為沖擊流體；對于某些特殊金屬和或應(yīng)用，用水或油作為沖擊流體；對于某些特殊金屬和或應(yīng)用，則采用空氣、水蒸氣或惰件氣體作為沖擊流體；對則采用空氣、水蒸氣或惰件氣體作為沖擊流體；對于其他金屬，用惰性氣體氮、氬或氮作為霧化介質(zhì)；在于其他金屬，用惰性氣體氮、氬或氮作為霧化介質(zhì)；在某些場合采用水蒸氣。某些場合采用水蒸氣。用機械粉碎法生產(chǎn)粉末，通常只能用于脆性金屬，也可用用機械粉碎法生產(chǎn)粉末，通常只能用于脆性金屬，也可用于將脆性的金屬的金屬間化合物或經(jīng)脆件處理的金屬制成于將脆性的金屬的金屬間化合物或經(jīng)脆件處理的金屬制成粉末。粉末。一般不易獲得粒徑在一般不易獲得粒徑在1 mm以下的微

8、細顆粒。以下的微細顆粒。粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備2.2粉體的制備粉體的制備物理化學(xué)法物理化學(xué)法液體金屬霧化法液體金屬霧化法粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備 霧化法是一種典型的物理霧化法是一種典型的物理制粉方法，是通過高壓霧化介制粉方法，是通過高壓霧化介質(zhì)，如氣體或水強烈沖擊液流，質(zhì)，如氣體或水強烈沖擊液流，或通過離心力使之破碎、冷卻或通過離心力使之破碎、冷卻凝固來實現(xiàn)的。凝固來實現(xiàn)的。霧化霧化聚聚并并凝固凝固2.2粉體的制備粉體的制備還原鐵粉還原鐵粉粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備（1）分級分級 分級是指將粉體按粒度分成若干等分級是指將粉體按粒度分成若干等級的過

9、程，通過分級可以在配料時控制粉體級的過程，通過分級可以在配料時控制粉體的粒度及粒度分布，以滿足成形及燒結(jié)工藝的粒度及粒度分布，以滿足成形及燒結(jié)工藝的要求，通常采用標(biāo)準篩網(wǎng)進行篩分。的要求，通常采用標(biāo)準篩網(wǎng)進行篩分。（2）去雜質(zhì)去雜質(zhì) 去雜質(zhì)的目的是降低粉體中的雜去雜質(zhì)的目的是降低粉體中的雜質(zhì)含量，常用的有退火處理、酸洗處理等。質(zhì)含量，常用的有退火處理、酸洗處理等。（3）混合混合 將兩種以上不同成分的粉體均勻混將兩種以上不同成分的粉體均勻混合的過程稱為混合，球磨是常用的混合方法。合的過程稱為混合，球磨是常用的混合方法。（4）造粒造粒 造粒是在細的粉體中加入一定的塑造粒是在細的粉體中加入一定的塑化

10、劑制成粒度較粗，具有一定假粒度級配、化劑制成粒度較粗，具有一定假粒度級配、流動性好的粒子。流動性好的粒子。2.3 粉體的預(yù)處理粉體的預(yù)處理粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備v通過一定的方法，將粉體原料制成具有一通過一定的方法，將粉體原料制成具有一定形狀、尺寸、密度和強度坯體的過程稱定形狀、尺寸、密度和強度坯體的過程稱為成形為成形（1）壓制成形壓制成形 粉末冶金、陶瓷粉末冶金、陶瓷 （2）塑性成形塑性成形 陶瓷陶瓷（3）澆注成形澆注成形 陶瓷、粉末冶金陶瓷、粉末冶金粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備2.4 粉體的成形粉體的成形v壓制成形壓制成形是粉是粉末冶金和陶瓷成形末冶金和陶瓷成形

11、的常用方法之一。的常用方法之一。將松散的粉狀原料將松散的粉狀原料放入模具中，并施放入模具中，并施加一定的壓力后便加一定的壓力后便獲得塊狀坯體。獲得塊狀坯體。粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備2.4 粉體的成形粉體的成形（1）受到壓力后，顆）受到壓力后，顆粒之間發(fā)生相對移動，粒之間發(fā)生相對移動，“拱橋拱橋”被破壞，密被破壞，密度隨壓力的增加而迅度隨壓力的增加而迅速增加。速增加。（2）當(dāng)密度達到一定）當(dāng)密度達到一定程度后，密度不隨壓程度后，密度不隨壓力的增大而明顯增加。力的增大而明顯增加。 （3）繼續(xù)增大成形壓）繼續(xù)增大成形壓力，使顆粒之間的結(jié)力，使顆粒之間的結(jié)合進一步增強，坯體合進一步增強

12、，坯體的密度增大。的密度增大。 粉體的壓制過程如下：粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備v 塑性成形利用各種外力，對具有可塑性的坯料進行成形塑性成形利用各種外力，對具有可塑性的坯料進行成形加工，迫使坯料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，并保持其加工，迫使坯料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，并保持其形狀，從而制成坯體。主要用于陶瓷成形。形狀，從而制成坯體。主要用于陶瓷成形。粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備塑性成形塑性成形澆注成形澆注成形v澆注成形是陶瓷坯體成形中的一個基本成澆注成形是陶瓷坯體成形中的一個基本成形工藝，在粉末冶金中有時也用來成形一形工藝，在粉末冶金中有時也用來成形一些形狀比較復(fù)雜的零

13、件。些形狀比較復(fù)雜的零件。6.2 粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備燒結(jié)的基本原理燒結(jié)的基本原理 燒結(jié)過程燒結(jié)過程v燒結(jié)是將成形的坯體在燒結(jié)是將成形的坯體在低于低于其主要成分熔點的溫其主要成分熔點的溫度下加熱，粉體相互結(jié)合并發(fā)生收縮與致密化，度下加熱，粉體相互結(jié)合并發(fā)生收縮與致密化，形成具有一定強度和性能的固體材料的過程。形成具有一定強度和性能的固體材料的過程。2.5燒結(jié)燒結(jié)粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備燒結(jié)過程燒結(jié)過程 粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備2.5燒結(jié)燒結(jié) 坯體中顆粒重排，接觸處產(chǎn)生鍵合，空隙變形、縮?。磁黧w中顆粒重排，接觸處產(chǎn)生鍵合，空隙變形、縮小（即大

14、氣孔消失），固大氣孔消失），固-氣總表面積沒有變化。氣總表面積沒有變化。 燒結(jié)過程燒結(jié)過程 粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備2.5燒結(jié)燒結(jié) 傳質(zhì)開始，粒界增大，空隙進一步變形、縮小，但傳質(zhì)開始，粒界增大，空隙進一步變形、縮小，但仍然連通，形如隧道。仍然連通，形如隧道。 燒結(jié)過程燒結(jié)過程 粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備2.5燒結(jié)燒結(jié) 傳質(zhì)繼續(xù)進行，粒子長大，氣孔變成孤立閉氣孔，密傳質(zhì)繼續(xù)進行，粒子長大，氣孔變成孤立閉氣孔，密度達到度達到95%以上，制品強度提高。以上，制品強度提高。燒結(jié)過程燒結(jié)過程 粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備2.5燒結(jié)燒結(jié)v按照燒結(jié)過程有無明顯的液

15、相出現(xiàn)進行分類，可按照燒結(jié)過程有無明顯的液相出現(xiàn)進行分類，可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)兩類。分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)兩類。指燒結(jié)溫度下基本上無液相出現(xiàn)的燒結(jié)，指燒結(jié)溫度下基本上無液相出現(xiàn)的燒結(jié)，如高純氧化物之間的燒結(jié)過程。如高純氧化物之間的燒結(jié)過程。 指有液相參與下的燒結(jié)，如多組分物系在指有液相參與下的燒結(jié)，如多組分物系在燒結(jié)溫度下常有液相出現(xiàn)。燒結(jié)溫度下常有液相出現(xiàn)。v粉末冶金和陶瓷制品在燒結(jié)中通常產(chǎn)生收縮、粉末冶金和陶瓷制品在燒結(jié)中通常產(chǎn)生收縮、變形以及一些表面缺陷，燒結(jié)后的表面粗糙變形以及一些表面缺陷，燒結(jié)后的表面粗糙度差，一般情況下，不能作為最終產(chǎn)品直接度差，一般情況下，不能作為最終產(chǎn)品直接

16、使用。使用。v浸漬：用油、石蠟、樹脂填充燒結(jié)制品的空浸漬：用油、石蠟、樹脂填充燒結(jié)制品的空隙。隙。v精整：燒結(jié)后再模具中再壓一次以獲得所需精整：燒結(jié)后再模具中再壓一次以獲得所需的尺寸精度和表面粗糙度。的尺寸精度和表面粗糙度。v精壓：獲得特定的表面形狀和適當(dāng)改善密度精壓：獲得特定的表面形狀和適當(dāng)改善密度的工藝。的工藝。v復(fù)壓：提高制品密度、提高強度的工藝。復(fù)壓：提高制品密度、提高強度的工藝。2.6后處理后處理 粉體的成形方法及設(shè)備粉體的成形方法及設(shè)備粉末冶金及陶瓷成形新技術(shù)粉末冶金及陶瓷成形新技術(shù)1. 快速成型技術(shù)2. 等靜壓成型v選擇性激光燒結(jié)：將金屬粉末和陶瓷粉末在激光照將金屬粉末和陶瓷粉末

17、在激光照射下直接燒結(jié)，實現(xiàn)成形與燒結(jié)一體化，適合于粉體的快速成射下直接燒結(jié)，實現(xiàn)成形與燒結(jié)一體化，適合于粉體的快速成形。形。 1. 選擇性激光燒結(jié)一、快速成型技術(shù)一、快速成型技術(shù)2. 三維打印法三維打印法v三維打印法（three dimensional printing， 3DP）采用噴墨打印原理，將熔融的材采用噴墨打印原理，將熔融的材料有序噴出，一個層面又一個層料有序噴出，一個層面又一個層面地堆積而最終形成三維實體。面地堆積而最終形成三維實體。二、等靜壓成形二、等靜壓成形v冷等靜壓成形是在模壓基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，冷等靜壓成形是在模壓基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是利用液體（如油、水或甘油）作為傳遞它是利用液體（如油、水或甘油）作為傳遞介質(zhì)獲得均勻靜壓力施加到材料上的一種方介質(zhì)獲得均勻靜壓力施加到材料上的一種方法。法。v 等