粉末冶金新技術(shù)

1、粉末冶金新技術(shù)摘要粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（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)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。 粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶 瓷材料的制備。既可制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，又可制造各種精 密的機(jī)械零件，省工省料。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，粉末的制備，成型，燒結(jié) 等方面都有了許許多多的新技術(shù)。關(guān)鍵詞：粉末冶金 粉末制備新技術(shù) 成型新技術(shù)燒結(jié)新技術(shù)一、粉末制備新技術(shù)霧化法制備金屬粉末-低氧含量鐵粉生產(chǎn)在無氧氣氛中進(jìn)行，并包含一些石蠟，這些分解為碳與氫。碳與鐵反應(yīng)， 形成很薄的富碳表面層。

2、碳含量使顆粒的延性降低，但提高了表面的燒結(jié)活性。 在粉末壓塊中，碳易于擴(kuò)散到顆粒中心及相鄰的顆粒中，因而可用于生產(chǎn)不需添 加石墨的粉末冶金鋼。瑞典IPS鋼粉公司每年低氧含量霧化鐵粉，其氧含量低于（0.015%）。對(duì)于 粉末冶金應(yīng)用來說，這種無氧粉末允許使用便宜的合金元素（鉻和錳等）代替鐐和 銅。鐐作為戰(zhàn)略性資源，不但價(jià)格昂貴，并且還是一種致癌物，應(yīng)盡量避免使用。 這種粉末也很適合于用溫壓與熱等靜壓工藝來生產(chǎn)高強(qiáng)度部件。燒結(jié)硬化粉為提高燒結(jié)鋼的力學(xué)性能，通常在燒結(jié)后還須進(jìn)行熱處理。為降低生產(chǎn)成本， 開發(fā)了許多燒結(jié)后已硬化、不須再進(jìn)行熱處理的材料。美國Hoeganaes公司推出了一種燒結(jié)硬化鐵基粉

3、末Ancoresteel737SH,其 淬透性與壓縮性均比現(xiàn)有的燒結(jié)硬化材料高。利用燒結(jié)硬化粉可生產(chǎn)不需要再淬 火或很少再淬火和回火的粉末冶金零件；除降低成本外，燒結(jié)硬化可提供更好的 公差控制（淬火和回火常引起一定程度的變形）。這種粉末可用于汽車工業(yè)，特別適用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件，傳動(dòng)部件及近終形齒輪 等。軟磁金屬復(fù)合粉制備目前軟磁復(fù)合材料已得到廣泛應(yīng)用。它們是在純鐵粉顆粒上包覆一層氧化物 或熱固化樹脂進(jìn)行絕緣而制成的。在低頻應(yīng)用中，采用粗顆粒鐵粉與熱固化樹脂 混合，獲得高磁導(dǎo)率與低鐵損的材料。高頻應(yīng)用時(shí)，顆粒間需要更有效地進(jìn)行絕緣, 因而粒度要更小，以進(jìn)一步減少渦流損失。它可制成各向同性的軟磁復(fù)合部

4、件， 但不需要高溫?zé)Y(jié)。粉末晶粒度增大時(shí)，磁導(dǎo)率增大，矯頑力降低。燃燒火焰一化學(xué)氣相法生產(chǎn)納米粉末采用燃燒火焰-化學(xué)氣相法生產(chǎn)納米粉末。在此法中，穩(wěn)定的平頭火焰是由低壓 燃料/氧氣混合氣的燃燒產(chǎn)生的?；瘜W(xué)母體與燃料一起導(dǎo)入燃燒室，在火焰的熱區(qū) 進(jìn)行快速熱分解。由于燃燒室表面溫度分布良好，氣相逗留時(shí)間短以及化學(xué)母體 濃度均勻，并在很窄的熱區(qū)進(jìn)行熱分解,因而能生產(chǎn)出粒度分布集中的高質(zhì)量的納 米粉。目前，該法已用于生產(chǎn)SiO2、TiO2、A12O3、SnO2、V2O5、ZrO2等氧化 物納米粉。該法生產(chǎn)的納米粉末成本十分低廉，按年產(chǎn)100噸納米粉估算，每公 斤納米粉的成本不會(huì)高于50美元。激光生產(chǎn)納

5、米粉末美國采用普通攪拌器、激光與便宜的反應(yīng)材料,可快速、便宜、干凈地生產(chǎn)1 100nm的銀粉與鐐粉。例如，將硝酸銀溶液與一種還原劑導(dǎo)入攪拌器中，用激光短時(shí)照射混合物，同時(shí)進(jìn)行攪拌。當(dāng)激光脈沖射到液體時(shí)，形成極小的“熱點(diǎn)”，使硝 酸銀與還原劑發(fā)生反應(yīng)，生成極小的銀顆粒。通過改變激光強(qiáng)度、攪拌器轉(zhuǎn)速與 反應(yīng)成分，可控制銀粉粒度,在一定程度上也可控制顆粒形狀。該法生產(chǎn)速度為0.5-30g/min,比其他納米粉末制備方法生產(chǎn)率高。本方法所 用反應(yīng)材料不污染環(huán)境，而以前生產(chǎn)銀粉所用的聯(lián)氨是一種致癌物。用這種方法 生產(chǎn)的銀粉可用于制造焊料、牙科填料、電路板、高速攝影膠片等。電爆炸金屬絲制取納米粉大功率電脈

6、沖施于氬氣保護(hù)的金屬絲上,并受到大功率脈沖產(chǎn)生的特殊場(chǎng)約 束。柱形等離子體被加熱到15000 K以上高溫,因而電阻劇增，引起特殊場(chǎng)崩潰。 金屬蒸氣的高壓引起爆炸，產(chǎn)生沖擊波，形成的金屬氣溶膠快速絕熱冷卻，制得納 米粉。此法可生產(chǎn)鋁、鐐、銀、銅、鋅、鉗、鉬、鈦、鋯、錮、鎢及其合金粉. 這些粉末可用于推進(jìn)劑、炸藥、煙火、金屬與陶瓷的粘結(jié)、助燒結(jié)劑、催化劑、 合成有機(jī)金屬化合物等。機(jī)械化學(xué)法生產(chǎn)廉價(jià)的納米粉末澳大利亞開發(fā)出一種機(jī)械化學(xué)法，可廉價(jià)生產(chǎn)納米金屬粉與陶瓷粉。它采用 球磨機(jī)來激活化學(xué)反應(yīng)，使形成極細(xì)的納米金屬或化合物晶粒，再分離與提取微細(xì) 晶粒。例如機(jī)械研磨FeCl3，由鈉、鈣或鋁將其還原為

7、鐵與氧化物的混合物。用 適當(dāng)洗滌法去除氧化物后，便可得到納米鐵顆粒。這一方法可成功生產(chǎn)10 20nm的粉末，化學(xué)純度高，表面氧化物低于10% 15%。也可生產(chǎn)氧化物粉末，粒度小于5nm。潛在高技術(shù)應(yīng)用:切削工具、先進(jìn)陶瓷、高密度磁記錄介質(zhì)、磁流體、催化劑等。聲化學(xué)制取納米金屬粉美國科學(xué)家采用聲化學(xué)技術(shù)制取納米金屬粉。聲化學(xué)是研究液體中高強(qiáng)度超 聲波產(chǎn)生的小氣泡的形成、長大與內(nèi)向破裂等現(xiàn)象的學(xué)科。這些超聲波氣泡的破 裂，產(chǎn)生很強(qiáng)的局部加熱而在冷液中形成“熱點(diǎn)”，瞬時(shí)溫度約為5000C,壓力約1GPa,持續(xù)時(shí)間約10億分之一秒。粗略而形象地說，上述這些數(shù)據(jù)相當(dāng)于太陽 的表面溫度，大洋底部的壓力,閃

8、電的時(shí)間。當(dāng)氣泡破裂時(shí)，氣泡內(nèi)所含金屬的易揮 發(fā)化合物分解成單個(gè)金屬原子，而后聚集為原子簇。這些原子簇含有幾百個(gè)原子, 直徑約為23nm。這些小的磁性金屬原子簇，像順磁體材料一樣，磁矩由原子簇 的原子自旋構(gòu)成，且所有自旋均在同一方向上，因而磁矩比普通材料高100多倍。 包覆這些顆?？尚纬煞€(wěn)定鐵膠體,顆粒永遠(yuǎn)處于懸浮態(tài)，現(xiàn)已作為“磁流體”工業(yè)化 生產(chǎn)，用于揚(yáng)聲器，磁性墨水，磁流體密封，潤滑劑，軸承，醫(yī)學(xué)等。二、粉末冶金成型新技術(shù)動(dòng)磁壓制技術(shù)原理:將粉末裝于一個(gè)導(dǎo)電的容器（護(hù)套）內(nèi)，置于高強(qiáng)磁場(chǎng)線圈的中心腔中。 電容器放電在數(shù)微秒內(nèi)對(duì)線圈通入高脈沖電流，線圈腔中形成磁場(chǎng)，護(hù)套內(nèi)產(chǎn)生感 應(yīng)電流。感應(yīng)

9、電流與施加磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生由外向內(nèi)壓縮護(hù)套的磁力，因而粉末 得到二維壓制。整個(gè)壓制過程不足1ms。動(dòng)磁壓制的優(yōu)點(diǎn)：由于不使用模具，成型時(shí)模壁摩擦減少到0，因而可達(dá)到更高的壓制壓力，有 利于提高產(chǎn)品，并且生產(chǎn)成本低；由于在任何溫度與氣氛中均可施壓，并適用于所有材料，因而工作條件更加靈 活；由于這一工藝不使用潤滑劑與粘結(jié)劑，因而成型產(chǎn)品中不含有雜質(zhì)，性能較 高，而且還有利于環(huán)保。許多合金鋼粉用動(dòng)磁壓制做過實(shí)驗(yàn)，粉末中不添加任何潤滑劑，生坯密度均在 95%以上。動(dòng)磁壓制件可以在常規(guī)燒結(jié)條件下進(jìn)行燒結(jié)，其力學(xué)性能高于傳統(tǒng)壓制件。動(dòng)磁壓制適用于制造柱形對(duì)稱的近終形件、薄壁管、縱橫比高的零件和內(nèi) 部形狀復(fù)

10、雜的零件。動(dòng)磁壓制有可能使電機(jī)設(shè)計(jì)與制造方法產(chǎn)生革命性變化，由 粉末材料一次制成近終形定子與轉(zhuǎn)子，從而獲得高性能產(chǎn)品,大大降低生產(chǎn)成本。 動(dòng)磁壓制正用于開發(fā)高性能粘結(jié)釹鐵硼磁體與燒結(jié)釤鉆磁體。由于動(dòng)磁壓制的粘 結(jié)釹鐵硼磁體密度高，其磁能積可提高15%-20%。動(dòng)磁壓制的亞毫秒壓制過程有 助于保持材料的顯微結(jié)構(gòu)不變，因而也提高了材料性能。對(duì)于象W、W C與陶瓷 粉末等難壓制材料，動(dòng)磁壓制可達(dá)到較高的密度,從而降低燒結(jié)收縮率。目前許多 動(dòng)磁壓制的應(yīng)用已接近工業(yè)化階段，第一臺(tái)動(dòng)磁壓制系統(tǒng)已在運(yùn)行中。高速壓制瑞典開發(fā)出粉末冶金用高速壓制法。這可能是粉末冶金工業(yè)的又一次重大技 術(shù)突破。高速壓制采用液壓沖

11、擊機(jī)，它與傳統(tǒng)壓制有許多相似之處,但關(guān)鍵是壓制 速度比傳統(tǒng)快500 1000倍，其壓頭速度高達(dá)2 30m/s,因而適用于大批量生產(chǎn)。 液壓驅(qū)動(dòng)的重錘(5 1200kg)可產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊波,0.02s內(nèi)將壓制能量通過壓模傳 給粉末進(jìn)行致密化。重錘的質(zhì)量與沖擊時(shí)的速度決定壓制能量與致密化程度。高 速壓制的另一個(gè)特點(diǎn)是產(chǎn)生多重沖擊波，間隔約0 3s的一個(gè)個(gè)附加沖擊波將密 度不斷提高。這種多重沖擊提高密度的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可用比傳統(tǒng)壓制小的設(shè)備制 造重達(dá)5kg以上的大零件。高速壓制適用于制造閥座、氣門導(dǎo)管、主軸承蓋、 輪轂、齒輪、法蘭、連桿、軸套及軸承座圈等產(chǎn)品。與傳統(tǒng)壓制相比，高速壓制的優(yōu)點(diǎn)是：壓制件密度

12、提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；壓制件抗拉強(qiáng)度可提高20% 25% ;高速壓制壓坯徑向彈性后效很小，脫模力較低；高速壓制的密度較均勻，其偏差小于0.01g/cm3。溫壓成型技術(shù)溫壓技術(shù)是近幾年新發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。它是在混合物中添加高溫新型潤滑劑，然后將粉末和模具加熱至423K左右進(jìn)行剛性模壓制，最后采用傳統(tǒng)的燒結(jié) 工藝進(jìn)行燒結(jié)的技術(shù)，是普通模壓技術(shù)的發(fā)展與延伸，被國際粉末冶金界譽(yù)為 “開創(chuàng)鐵基粉末冶金零部件應(yīng)用新紀(jì)元”和“導(dǎo)致粉末冶金技術(shù)革命”的新型成型技 術(shù)。溫壓技術(shù)的特點(diǎn)：能以較低成本制造出高性能粉末冶金零部件；提高零部件生坯密度和高強(qiáng)度， 便于制造形狀復(fù)雜以及要求精密的零部件、產(chǎn)品

13、密度均勻。溫壓技術(shù)研究和開發(fā)的核心：預(yù)合金化粉末的制造技術(shù)；新型聚合物潤滑劑的設(shè)計(jì)；石墨粉末有效添加技術(shù)；無偏析粉末的制造技術(shù)；溫壓系統(tǒng)制備技術(shù)。溫壓技術(shù)主要適合生產(chǎn)鐵基合金零件。同時(shí)人們正在嘗試用這種技術(shù)制備銅 基合金等多種材料零件。由于溫壓零件的密度得到了較好的提高，從而大大提高 了鐵基等粉末冶金制品的可靠性，因此溫壓技術(shù)在汽車制造 機(jī)械制造、武器制 造等領(lǐng)域存在著廣闊的應(yīng)用前景。流動(dòng)溫壓技術(shù)流動(dòng)溫壓技術(shù)以溫壓技術(shù)為基礎(chǔ)，并結(jié)合了金屬注射成形的優(yōu)點(diǎn)，通過加入適 量的微細(xì)粉末和加大潤滑劑的含量而大大提高了混合粉末的流動(dòng)性、填充能力和 成形性，這一工藝是利用調(diào)節(jié)粉末的填充密度與潤滑劑含量來提高

14、粉末材料的 成形性。它是介于金屬注射成形與傳統(tǒng)模壓之間的一種成形工藝。流動(dòng)溫壓技術(shù) 的關(guān)鍵是提高混合粉末的流動(dòng)性，主要通過兩種方法來實(shí)現(xiàn)：第一種方法是向粉末中加入精細(xì)粉末。這種精細(xì)粉末能夠填充在大顆粒之間 的間隙中,從而提高了混合粉末的松裝密度。第二種方法是比傳統(tǒng)粉末冶金工藝加入更多的粘結(jié)劑和潤滑劑，但其加入量 要比粉末注射成形少得多。粘結(jié)劑或潤滑劑的加入量達(dá)到最優(yōu)化后，混合粉末在 壓制中就轉(zhuǎn)變成一種填充性很高的液流體。將上述兩種方法結(jié)合起來,混合粉末在壓制溫度下就可轉(zhuǎn)變成為流動(dòng)性很好 的黏流體，它既具有液體的所有優(yōu)點(diǎn)，又具有很高的黏度?；旌戏勰┑牧髯冃袨槭?得粉末在壓制過程中可以流向各個(gè)角落

15、而不產(chǎn)生裂紋。流動(dòng)溫壓工藝主要特點(diǎn)如下：可成形零件的復(fù)雜幾何形狀。國外已利用常規(guī)溫壓工藝成功制備出了一 些形狀較復(fù)雜的粉末冶金零件，如汽車傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器渦輪轂、連桿和齒輪類零密度高、性能均一。流動(dòng)溫壓工藝由于松裝密度較高,經(jīng)溫壓后的半成品密 度可以達(dá)到很高的值。由于流動(dòng)溫壓工藝中粉末的良好流動(dòng)性，由此得到的材料 密度也更加均勻。適應(yīng)性較好。流動(dòng)溫壓工藝已經(jīng)用于低合金鋼粉、不銹鋼316L粉、純Ti 粉和WC-Co硬質(zhì)合金粉末。原則上它可適用于所有的粉末體系，唯一的條件是 該粉末體系須具有足夠好的燒結(jié)性能，以便達(dá)到所要求的密度和性能。簡化了工藝，降低了成本。4.冷成形工藝美國開發(fā)出一種能在室溫下生

16、產(chǎn)全致密零件而無需后續(xù)燒結(jié)的粉末冶金工 藝。此工藝稱之為“冷成形粉末冶金。它采用特殊配制的活化溶液與革新的進(jìn)料 靴技術(shù)，在壓力下精確地將粉末注入模中。加壓輸送的進(jìn)料靴使粉末填充更加均 勻，而活性溶液則防止形成氧化物，從而大大促進(jìn)了冷焊效應(yīng)。采用這一工藝可制 得全致密的接近最終形狀的零件，而壓制后無需燒結(jié)及機(jī)加工。此工藝采用包覆 粉末。但許多市售的金屬或非金屬粉末也可使用。目前該工藝的開發(fā)工作主要集 中于生產(chǎn)熱操作零件，但這一工藝也適用于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件及其他用途的零件。在普 通燒結(jié)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)加熱源、施加外力等作用在較短的時(shí)間里使粉體 致密化的過程，主要有微波燒結(jié)技術(shù)和電火花燒結(jié)技術(shù)等。三

17、、燒結(jié)新技術(shù)微波燒結(jié)技術(shù)微波燒結(jié)是通過被燒結(jié)粉體吸收微波，將電磁波能量直接轉(zhuǎn)化成物質(zhì)中粒子 的能量，使其內(nèi)部產(chǎn)生熱而燒結(jié)的方法。它熱效率高，可急速升溫縮短燒結(jié)時(shí)間， 加上微波與粒子間的交互作用，降低了粒子間的活化能，加速材料的致密化。它 比傳統(tǒng)電爐以熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射的外部加熱方式有更高的效率。避免了外 部加熱由于內(nèi)外溫度梯度而造成燒結(jié)體裂痕或大幅度變形等缺陷。已燒結(jié)成多種 材料：如陶瓷和鐵氧體等材料。另外，在日本又開發(fā)出相似的毫米波燒結(jié)技術(shù)， 并成功地在2023K下保溫1h燒結(jié)成全致密的AlN材料。爆炸壓制技術(shù)爆炸壓制又稱沖擊波壓制是一種有前途的工藝方法，它在粉末冶金中發(fā)揮了 很重要的作

18、用，爆炸壓制時(shí)，只是在顆粒的表面產(chǎn)生瞬時(shí)的高溫，作用時(shí)間短，升 溫和降溫速度極快。適當(dāng)控制爆炸參數(shù),使得壓制的材料密度可以達(dá)到理論密度 的90%以上，甚至達(dá)到99%。國內(nèi)用NdFeB磁粉進(jìn)行了爆炸壓制技術(shù)的研究。 用磁粉的性能為：磁感矯頑力Hcb=453.08kA/m，Br=0.783T, (BH)max =89.9kJ/m3。爆炸壓制后得到的NdFeB磁體性能為:Hcb=403kA/m，Br=0.805T， (BH)max=90.7kJ/m3。從測(cè)量結(jié)果可以看出，爆炸壓制釹鐵硼磁體的磁性能保持了原始磁粉的性能，最大磁能積沒有太大的變化。這是常規(guī)粘結(jié)NdFeB磁體無 法達(dá)到的。放電等離子燒結(jié)（

19、SPS）放電等離子燒結(jié)是將金屬等粉末裝入由石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，利用上、 下模沖和通電電極將特定燒結(jié)電源和壓制壓力施加在燒結(jié)粉末。經(jīng)放電活化、熱 塑變形和冷卻階段完成制取高性能材料或制件的一種方法。它是粉末冶金的一種 新的燒結(jié)技術(shù)，是將電能和機(jī)械能同時(shí)賦于燒結(jié)粉末的一種新工藝。SPS原理是利用強(qiáng)脈沖電流加在粉末顆粒上產(chǎn)生的諸多有利于快速燒結(jié)的效 應(yīng)：1）由于脈沖放電產(chǎn)生的放電沖擊波以及電子、離子在電場(chǎng)中反方向的高速 流動(dòng)，可使粉末吸附的氣體逸散，粉末表面的起始氧化膜在一定程度上可被擊穿, 使粉末得以凈化、活化；2）由于脈沖是瞬間、斷續(xù)、高頻率發(fā)生，在粉末顆粒未接觸部位產(chǎn)生的放 電熱，以及粉末

20、顆粒接觸部位產(chǎn)生的焦耳熱，都大大促進(jìn)了粉末顆粒原子的擴(kuò)散, 其擴(kuò)散系數(shù)比通常熱壓條件下的要大得多，而達(dá)到粉末燒結(jié)的快速化；3）快速脈沖電流的加入，無論是粉末內(nèi)的放電部位還是焦耳發(fā)熱部位，都 會(huì)快速移動(dòng)，使粉末的燒結(jié)能夠均勻化。與傳統(tǒng)的粉末冶金工藝相比，SPS工藝的特點(diǎn)是：粉末原料廣泛：各種金屬、非金屆、合金粉末，特別是活性大的各種粒度粉 末都可以用作SPS燒結(jié)原科。成形壓力低：SPS燭結(jié)時(shí)經(jīng)充分微放電處理，燒結(jié)粉末表面處于向度活性 化狀態(tài).為此，其成形壓力只需要冷壓燒結(jié)的l/101/20o燒結(jié)時(shí)間短：燒結(jié)小型制件時(shí)一般只需要數(shù)秒至數(shù)分鐘，其加熱速度可以高 達(dá)106C/s ,自動(dòng)化生產(chǎn)小型制件時(shí)

21、的生產(chǎn)率可達(dá)400件/ho采用石墨模具，成本低，加工方便。大氣下燒結(jié)：電火花燒結(jié)時(shí)一般是在大氣下進(jìn)行，甚至高活性鈹制件也可以 在大氣下燒結(jié)。脈動(dòng)電源，通常采用的足直流與交流疊加的脈動(dòng)電源。節(jié)約能源， 熱效率高，耗電量只相當(dāng)于電阻燒結(jié)的1/10。SPS技術(shù)制備梯度功能材料通過SPS技術(shù)可以制造陶瓷/金屬、聚合物/金屬以及其他耐熱梯度、耐磨梯 度、硬度梯度、導(dǎo)電梯度、孔隙度梯度等材料。梯度層可到10多層。美國國立 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所和機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室與日本國際貿(mào)易工業(yè)部門合作，共同開發(fā)了 高效發(fā)動(dòng)機(jī)用的大尺寸耐熱、高強(qiáng)梯度材料?，F(xiàn)已能批量生產(chǎn)150mm,厚15 mm, 11層的ZrO2梯度材料。采用的S

22、PS工藝參數(shù)是：壓力2040MPa,溫 度1243 1293K,升溫速率50K/Min,真空度10Pa。采用SPS燒結(jié)得到了兩 頭分別是100%的玻璃與100%的304不銹鋼，而中間呈4層的梯度材料。燒結(jié) 溫度1073 K,保持時(shí)間15Min,真空下進(jìn)行。SPS技術(shù)制備電磁材料通過SPS技術(shù)可以制造SiGe/PbTe/BiTe/FeSi/CoSb3系熱電轉(zhuǎn)換元件，以 及廣泛用于電子領(lǐng)域的各種功能材料，如超導(dǎo)材料、磁性材料、靶材、介電材料、 貯氫材料、形狀記憶材料、固體電池材料、光學(xué)材料等。SPS制備軟磁材料通常用急冷或噴射方法可得到FeMe（Nb、Zr、Hf）B的非晶合金，在稍高于晶 化溫度處

23、理后，可得到晶粒數(shù)10nm.具有體心立方結(jié)構(gòu)，高Bs、磁損小的納 米晶材料。但非晶合金目前只能是帶材或粉末，制作成品還需要將帶材重疊和用 樹脂固結(jié)，這使得成品的密度和Bs均變低。近年，日本采用SPS工藝研究FeMe B塊材的成形條件及磁性能。用SPS制取塊狀納米晶Fe90Zr7B3軟磁的過程是: 先將由非晶薄帶經(jīng)球磨制成的50 150pm非晶粉末裝入WC/Co合金模具內(nèi)，并 在SPS燒結(jié)機(jī)上燒結(jié)（真空度1 xl0-2Pa以下、升溫速度0.091.7K/s、溫度673 873 K、壓力590MPa）,再把所得的燒結(jié)體在1x10-2Pa真空下、以3 7K/s速度 加熱到923K、保溫后而制成。材料

24、顯示較好的磁性能：最大磁導(dǎo)率29800、100 Hz下的動(dòng)態(tài)磁導(dǎo)率3430,矯頑力12A/m。SPS制備塊狀納米晶FeMeB系永磁材料日本開展了用SPS制備Fe66Co20Nd2Pr7B5異向性永磁的研究。將急冷 制作的非晶薄帶球磨成37 105pm的粉末，裝入WC/Co合金模具內(nèi)，在SPS 燒結(jié)機(jī)上燒結(jié)（壓力374636MPa,溫度673 873 K）,然后將燒結(jié)體在真空仆 10-2Pa下、于973 K進(jìn)行180s處理。結(jié)果表明：燒結(jié)溫度873 K、壓力636MPa 時(shí)，燒結(jié)體的相對(duì)密度達(dá)97 6% 98 4%。經(jīng)磁性測(cè)定表明，燒結(jié)加壓方向的最 大磁能積比平行方向的要大，并且隨著SPS燒結(jié)溫

25、度和壓力的升高，異向性增 加。日本還研究了用作交換彈簧永磁Fe76Nd9Co8V1B6塊狀納米晶材料的研 究。采用SPS工藝，將急冷制取的薄帶燒結(jié)成塊材。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用壓力 940MPa、溫度948K、保溫1Min的SPS工藝可得到很好的磁性：Br=1.02T, Hcj=461kA/m, （BH）m=122kJ/m3, Hk/Hcj=30%,p=7.67g/cm3o 在 373Kx1 h 加 熱條件下，材料的不可逆磁損只有4%,與MQP-B粘結(jié)磁體大致相同。SPS制備BaTiO3高介電材料日本報(bào)道了將BaTiO3粉末裝入石墨模具內(nèi)，采用SPS工藝（加壓39MPa,通 入電流4000A,溫度

26、1373K，時(shí)間3Min）制成的燒結(jié)體，其密度可達(dá)5.82g/cm3, 達(dá)到理論密度的97%,而采用傳統(tǒng)燒結(jié)方法只能達(dá)到88%; SPS燒結(jié)體的晶粒 尺寸基本上為0.5pm,而傳統(tǒng)燒結(jié)時(shí)為1 1.5pm。SPS燒結(jié)體的介電系數(shù)達(dá)到 6200,而傳統(tǒng)燒結(jié)僅能達(dá)到2400oSPS技術(shù)生產(chǎn)硬質(zhì)合金在日本SPS首先投入批量生產(chǎn)的是硬質(zhì)合金。住友石炭礦業(yè)株式會(huì)社已在北海道建立了 SPS生產(chǎn)超級(jí)硬質(zhì)合金的示范工廠，并形成TC系列產(chǎn)品。SPS技術(shù)生產(chǎn)精細(xì)陶瓷由于SPS脈沖放電特有的燒結(jié)效應(yīng)，可廣泛燒結(jié)各種氧化物、氮化物、硅 化物、碳化物、硼化物等。SPS燒結(jié)的Si3N4+Al2O3精細(xì)陶瓷（環(huán)形、圓筒形、

27、圓柱、圓餅等）作為耐熱耐磨材料已被廣泛應(yīng)用。SPS燒結(jié)可抑制晶粒長大、消 除微孔和燒結(jié)不均勻性，相對(duì)密度達(dá)到99% 100%, HV達(dá)到20GPa以上。高 純、高密度SiC的燒結(jié)采用SPS可使不含結(jié)合劑的SiC燒結(jié)到99%以上的理論密度，而采用傳統(tǒng) 燒結(jié)法只能達(dá)到92%93%。SPS的燒結(jié)工藝為:溫度2673 K、升溫和保溫時(shí) 間7Min。下表列出在兩種燒結(jié)方法下SiC陶瓷性能的比較。SPS技術(shù)制備多孔材料SPS不僅可在短時(shí)間內(nèi)使難燒結(jié)的材料致密化，而且通過選擇合適的工藝參 數(shù)（主要是壓力），還可制取理想的多孔材料。近年日本用金紅石、切削鑄鐵粉、 霧化鑄鐵粉等進(jìn)行了 SPS燒結(jié)多孔材料的研究。

28、將SiC晶須裝入石墨模內(nèi)，在 19732273K, 1080MPa、560Min工藝條件下作了較系統(tǒng)的燒結(jié)研究。當(dāng)燒 結(jié)壓力為10MPa時(shí)，燒結(jié)體的孔隙度達(dá)到63%，抗彎強(qiáng)度達(dá)到42MPa ;當(dāng)燒 結(jié)壓力為80MPa時(shí)，燒結(jié)體的孔隙度達(dá)到34%，抗彎強(qiáng)度達(dá)到80MPa。SPS 技術(shù)制備的多孔材料中孔隙的均勻性十分好。將霧化Ni20Cr （平均粒徑20pm） 粉末用SPS技術(shù)制備多孔材料，SPS的工藝參數(shù)是真空下燒結(jié)，溫度1073K, 燒結(jié)300s。在多孔體半徑（25mm）方向上，孔隙度的均勻性很好，各區(qū)域孔隙度 相差不到2%。在SEM的斷面形貌圖上看不出加壓方向下粉末顆粒被壓扁的現(xiàn) 象，而顆粒

29、之間結(jié)合的很好，開孔氣孔率達(dá)到33%左右。四、金屬粉末注射成形技術(shù)金屬粉末注射成形技術(shù)是隨著高分子材料的應(yīng)用而發(fā)展起來的一種新型固 結(jié)金屬粉、金屬陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法。它是使用大量熱塑性粘結(jié)劑與粉料一起注入成形模中，施于低而均勻的等靜壓力，使之固結(jié)成形， 然后脫粘結(jié)劑燒結(jié)。這種技術(shù)能夠制造用常規(guī)模壓粉末的技術(shù)無法制造的復(fù)雜形 狀結(jié)構(gòu)（如帶有螺紋、垂直或高叉孔銳角、多臺(tái)階、壁、翼等）制品，具有更高 的材質(zhì)密度（93%100%的理論密度）和強(qiáng)韌性，并具有材質(zhì)各向同性等特性。 目前該項(xiàng)技術(shù)成為粉末冶金領(lǐng)域最具活力的新技術(shù)并已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段。 注射成型產(chǎn)品金屬粉末注射成型技術(shù)制作的產(chǎn)品有齒

30、輪汽車部件、通信器械元件（如手機(jī) 的情報(bào)通信器械和計(jì)算機(jī)的OA器件）、電動(dòng)工具、門鎖、樂器、醫(yī)療器件和縫 紉機(jī)元件、工業(yè)設(shè)備元件和磁性元件、槍支瞄準(zhǔn)器支架、手槍退子鉤和撞針、窗 戶鎖扇形塊、紡織機(jī)的三角塊、眼鏡框架的柔性鉸鏈、眼鏡腳、手表表殼等。產(chǎn) 品都有一個(gè)明顯的特點(diǎn)：其結(jié)構(gòu)小而復(fù)雜，密度和精度高等。制作材料除鐵鐐 合金外，還有鈦及鈦合金、鋁及鋁合金、超硬合金和重合金等。微注射成型傳 統(tǒng)粉末注射成形技術(shù)，可制得0 11mm尺寸的部件，已制得最小20mg的零 件。但隨著微型系統(tǒng)的發(fā)展，包括微觀光學(xué)，最小侵害外科及微觀射流技術(shù)等， 需要形狀復(fù)雜、尺寸在微米范圍內(nèi)的金屬與陶瓷零件。微注射成形適用于大規(guī)模 制造微型結(jié)構(gòu)件。德國在10年前就開始研究微注射成形技術(shù)，不過所用的原料 為熱塑性塑料，最小件尺寸已達(dá)0.2m。德國在此研究的基礎(chǔ)上，現(xiàn)正研究微金 屬注射成形與微陶恣注射成形技術(shù)。所用粉末為平均粒度1 5 m的羰基鐵粉， 45pm的不銹鋼粉和0.6pm的氧化鋁粉。所用粘結(jié)劑有自混聚烯烴/蠟化合物 與常態(tài)聚醛基化合物。研究中的脫粘結(jié)劑方法有加熱去除有機(jī)物法，聚醛基化合 物催化脫粘結(jié)劑法及超臨界二氧化碳脫粘結(jié)劑法。所制的產(chǎn)品復(fù)壓后密度達(dá)98%，線性收縮15%22%。最小微陶瓷注射成形結(jié)構(gòu)件尺寸達(dá)10m,微注 射陶瓷齒輪重