粉末冶金基本知識(shí)篇

粉末冶金基本知識(shí)篇粉末冶金基本知識(shí)篇粉末冶金基本知識(shí)篇xxx公司粉末冶金基本知識(shí)篇文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度粉末冶金基本知識(shí)篇緒論粉末冶金（也稱金屬陶瓷法）：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(guò)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過(guò)程。粉末冶金工藝：1）、制取金屬、合金、金屬化合物粉末以及包覆粉末；2）、將原料粉末通過(guò)成形、燒結(jié)以及燒結(jié)后的處理制得成品。大概流程：物料準(zhǔn)備（包括粉末預(yù)先處理（如加工，退火）、粉末分級(jí)、混合和干燥等）→成形→燒結(jié)→燒結(jié)后處理（精整、浸油、機(jī)加工、熱處理、粉末冶金的特點(diǎn)：1.能生產(chǎn)用普通熔煉方法無(wú)法生產(chǎn)的具有特殊性能的材料：①能控制制品的孔隙度(多孔材料、多孔含油軸承等)；②能利用金屬和金屬、金屬和非金屬的組合效果，生產(chǎn)各種特殊性能的材料（鎢-銅假合金型的電觸頭材料、金屬和非金屬組成的摩擦材料等）；③能生產(chǎn)各種復(fù)合材料。2.粉末冶金方法生產(chǎn)的某些材料，與普通熔煉法相比，性能優(yōu)越：①高合金粉末冶金材料的性能比熔鑄法生產(chǎn)的好（粉末高速鋼可避免成分的偏析）；②生產(chǎn)難熔金屬材料或制品，一般要依靠粉末冶金法（鎢、鉬、鈮等難熔金屬）。粉末冶金技術(shù)的優(yōu)越性和局限性：優(yōu)越性：1）、無(wú)切削、少切削，能夠大量節(jié)約材料，節(jié)省能源，節(jié)省勞動(dòng)。普通鑄造合金切削量在30-50%，粉末冶金產(chǎn)品可少于5%。2）、能夠大量能夠制備其他方法不能制備的材料。3）、能夠制備其他方法難以生產(chǎn)的零部件。局限性：1、粉末成本高；2、制品的大小和形狀受到一定限制；3、燒結(jié)零件的韌性較差。常用粉末冶金材料：粉末冶金減摩、多孔、結(jié)構(gòu)、工具模、高溫和電磁材料。第一章：粉末的制取第一節(jié)：概述制粉方法分類：機(jī)械法：由機(jī)械破碎、研磨或氣流研磨方法將大塊材料或粗大顆粒細(xì)化的方法。物理法：采用蒸發(fā)凝聚成粉或液體霧化的方法使材料的聚集狀態(tài)發(fā)生改變，獲得粉末?；瘜W(xué)法：依靠化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，生成新的粉態(tài)物質(zhì)（氣相沉積、還原化合、電化學(xué)發(fā)）。在固態(tài)下制取粉末的方法包括：有機(jī)械粉碎法和電化腐蝕法；還原法；還原-化合法。在氣態(tài)制備粉末的方法包括:蒸氣冷凝法；羥基物熱離解法。在液態(tài)制備粉末的方法有:霧化法；置換法、溶液氫還原法；；水溶液電解法；熔鹽電解法。從過(guò)程的實(shí)質(zhì)看，現(xiàn)有制粉方法大體上可歸納為兩大類，即機(jī)械法和物理化學(xué)法。機(jī)械法是將原材料機(jī)械地粉碎，而化學(xué)成分基本上不發(fā)生變化；物理化學(xué)法是借助化學(xué)或物理的作用，改變?cè)牧系幕瘜W(xué)成分或聚集狀態(tài)而活的粉末。第二節(jié)：還原或還原-化合法還原法：定義:用還原氣體(固體)或活潑金屬將氧化物還原制備粉末的過(guò)程。具體包括：氣相還原法和碳還原法。前者分為氣相氫還原（還原劑----氫氣）和氣相金屬熱還原（還原劑----低熔點(diǎn)、低沸點(diǎn)的金屬如Mg、Ca、Na等）；后者舉例：Fe2O3→Fe3O4→浮斯體(FeO?Fe3O4)→Fe。當(dāng)然，用固體碳還原還可以制取鎢粉，用氫或分解氨還原可制取鎢、鉬、鐵、銅等，用鈉、鈣、鎂等金屬還原劑可制取鈦、鋯、鈾等。影響碳還原鐵氧化物過(guò)程和鐵粉質(zhì)量的因素：1）原料①原料中雜質(zhì):原料中雜質(zhì)特別是SiO2的含量超過(guò)一定限度后，不僅還原時(shí)間延長(zhǎng)，并且使還原不完全，鐵粉中含鐵量降低。因此，一般以鐵磷或礦石作原料需要進(jìn)行磁選。②原料粒度:多相反應(yīng)與界面有關(guān)，原料粒度愈細(xì)，界面的面積愈大，因而促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。所以，原料準(zhǔn)備中一般要粉碎。2）固體碳還原劑①固體碳還原劑類型：還原能力：木炭>焦炭>無(wú)煙煤②固體碳還原劑用量：一定還原條件下，其用量主要依據(jù)氧化鐵的含氧量來(lái)定。適宜的還原劑加入量：86%-90%3）還原工藝條件①還原溫度和還原時(shí)間：隨溫度升高，還原時(shí)間縮短。②料層厚度：隨著料層厚度的增加，還原時(shí)間隨之增長(zhǎng)。在料層—范圍，還原時(shí)間增長(zhǎng)與厚度增厚成直線關(guān)系，這是傳熱阻力增大的緣故。（裝罐層裝法→裝罐環(huán)/柱裝法）③還原罐密封程度的影響：保證一定的氣氛（為保證有足夠CO，一般要密封還原罐）。4）添加劑①加入一定的固體碳：碳加入方法：原料鐵鱗或鐵礦石與固體碳混合壓團(tuán)裝入；原料與還原劑分層相間裝入。生產(chǎn)上常采用后者。且加入適量固體碳可起疏松劑和輔助還原劑作用。②返回料的影響：加入一定量飛廢鐵粉，加速還原過(guò)程（主要縮短誘導(dǎo)期）。③引入氣體還原劑：引入氣體可使還原過(guò)程加速。④堿金屬鹽的影響：引入堿金屬鹽可使還原過(guò)程加速（Na2CO3，K2CO3等）。5）海綿鐵的處理：還原退火處理作用：退火軟化作用，提高鐵粉的塑性，改善鐵粉的壓縮性；補(bǔ)充還原作用；脫碳作用，把碳含量降低到以下。復(fù)合型粉末：是指用氣體或液體霧化法制成的完全預(yù)合金粉末、部分?jǐn)U散預(yù)合金粉末以及粘附型復(fù)合粉末。補(bǔ)充：1、氣體還原法：可作為還原劑的有氫、分解氨（H2+N2）、轉(zhuǎn)化天然氣（主要成分為H2和CO）、各種煤氣（主要成分是CO）等。此方法制取的鐵粉比用固相法制備的要純。氫還原法制取鐵過(guò)程：當(dāng)氫還原氧化鐵時(shí)，提高壓力對(duì)還原是有利的，相當(dāng)于提高溫度來(lái)提高還原速度。或者說(shuō)，當(dāng)采用高壓還原時(shí)，還原溫度可以大大降低，還原所得的鐵粉不會(huì)粘結(jié)成塊。值得注意的是，在低溫下所得的鐵粉有自燃性，為防止氧化，要在常壓下在保護(hù)氣氛中加熱到600—800℃，使鐵粉被鈍化而失去自燃性。氫—鐵法特點(diǎn)：1）、采用較低的還原溫度和較高壓力；2）、可利用粉礦；3）、所得的鐵粉很純，適合生產(chǎn)粉末冶金鐵基零件；4）、所用的氫是將轉(zhuǎn)化天然氣中的CO轉(zhuǎn)化成CO2除去后的轉(zhuǎn)化氫；5）、還原后的氣體帶出一部分固體顆粒，由還原反應(yīng)器頂部引入旋風(fēng)收塵器內(nèi)，大于325目的顆粒返回還原反應(yīng)器。氫還原法制取鎢過(guò)程：一般用分段還原法制取。影響鎢粉粒度和純度的因素：原料（WO3粒度、含水量、雜質(zhì)）；氫氣（濕度、流量和通氫方向）；還原工藝條件（溫度、推舟速度、舟中料層厚度）以及添加劑。注意：粗顆粒鎢粉通常采用一階段直接還原法（1200℃）制?。恢?、細(xì)顆粒一般采用兩階段還原法。2、金屬熱還原法：主要應(yīng)用于制取稀有金屬，特別適用于生產(chǎn)無(wú)碳金屬。還原—化合法：生產(chǎn)難熔金屬化合物的方法：1、用碳（或喊碳?xì)怏w）、硼、硅、氮與難熔金屬直接化合；2、用碳，碳化硼、硅、氮與難熔金屬氧化物作用而得碳化物、硼化物、硅化物和氮化物。第三節(jié)：氣相沉積法物理氣相沉積法：用物理方法（蒸發(fā)、濺射等），使鍍膜材料汽化在基體表面，沉積成覆蓋層的方法?；瘜W(xué)氣相沉積法：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新材料，沉積到晶片表面上。氣相沉積法用在粉末冶金中的有以下幾種：金屬蒸氣冷凝：主要用于制取具有大蒸氣壓的金屬（鋅、鎘等）粉末，這些金屬的特點(diǎn)是具有較低的熔點(diǎn)和較高的揮發(fā)性；羰基物熱離解：離解金屬羰基化合物而制取粉末。不過(guò)，金屬羰基化合物揮發(fā)時(shí)有不同程度的毒性，生產(chǎn)上應(yīng)采取防毒措施；氣相還原法：包括氣相氫還原和氣相金屬熱還原。前者主要是還原金屬氯化物，制得粉末、合金粉和包覆粉末，一般是很細(xì)的或超細(xì)的；化學(xué)氣相沉積（CVD）：是從氣態(tài)金屬鹵化物（主要是氯化物）還原化合沉積制取難熔化合物粉末和各種涂層（包括碳化物、硼化物、硅化物和氯化物等）的方法。第四節(jié)：液相沉積法定義：在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯┲苽淝膀?qū)體沉淀物再將沉淀物進(jìn)行干燥或煅燒，從而制得相應(yīng)的粉體顆粒。液相沉淀法在粉末冶金中的應(yīng)用有以下幾種：1）、金屬置換法：制取銅粉、鉛粉、銀粉等。用一種金屬?gòu)乃芤褐腥〈隽硪环N金屬的過(guò)程叫做置換。影響置換過(guò)程和粉末質(zhì)量的因素有：金屬沉淀劑、被沉淀金屬等。2）、溶液氣體還原法：主要是溶液氫還原法，可以制取銅粉、鎳粉、鈷粉，也可以制取合金粉（如鎳-鈷合金粉）和各種包覆粉（如Ni/Al等）。3）、共沉淀法制取復(fù)合粉：共沉淀法是指在溶液中含有兩種或多種陽(yáng)離子，它們以均相存在于溶液中，加入沉淀劑，經(jīng)沉淀反應(yīng)后，可得到各種成分的均一的沉淀。共沉淀法是制備含有兩種或兩種以上金屬元素的復(fù)合氧化物超細(xì)粉體的重要方法。共沉淀制取復(fù)合粉的方案：1.使基體金屬和彌散相金屬的鹽或氫氧化物在某種溶液中同時(shí)均勻析出，后經(jīng)干燥、分解、還原以得基體金屬和彌散相的復(fù)合粉；2.將彌散相制得最終粒度，后懸浮在含基體金屬的水溶液中作為沉淀結(jié)晶核心，待基體金屬以某種化合物沉淀后，經(jīng)干燥和還原就可得以彌散相為核心，基體金屬包覆在外的包覆粉。第五節(jié)：電解法電解制粉可以分為：水溶液電解、有機(jī)電解質(zhì)電解、熔鹽電解和液體金屬陰極電解。其中用的較多的是水溶液電解和熔鹽電解。水溶液電解法：可以生產(chǎn)銅、鐵、鎳、銀等。從粉末特性來(lái)看，電解法有一個(gè)提純過(guò)程，因而所得粉末較純；同時(shí)，由于電解結(jié)晶粉末形狀一般為樹枝狀，壓制性（包括壓縮性和成形性）較好；電解還可以控制粉末粒度，因而可以生產(chǎn)超細(xì)粉末。水溶液電解基本原理——電化學(xué)原理電解：在直流電作用下，在電極上產(chǎn)生氧化與還原的過(guò)程。在陽(yáng)極上失去電子，氧化反應(yīng)，成為正離子；在陰極上金屬正離子獲得電子，還原成為金屬原子。電解時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——作用與原電池相反。第六節(jié)：霧化法1.霧化法霧化法屬于機(jī)械制粉法，是直接擊碎液體金屬或合金而制得粉末的方法。又稱噴霧法?？捎糜谥迫°U、錫、鋁、銅、鎳、鐵、鋅等金屬粉末，也可制取合金粉末。液體金屬的擊碎包括制粒法和霧化法：1.制粒法（讓熔化金屬通過(guò)小孔或篩網(wǎng)自動(dòng)注入空氣或水中，冷卻凝固后得到金屬粉末，粒度較粗）-低熔點(diǎn)金屬制?。ㄣU、錫、鋅等）；2.霧化法①二流霧化法，分氣體霧化和水霧化；②離心霧化，分旋轉(zhuǎn)圓盤霧化、旋轉(zhuǎn)電極霧化、旋轉(zhuǎn)坩堝霧化；③其他霧化法，如真空霧化、油霧化等比較原理：二流霧化法是利用高速氣流或高壓水擊碎金屬液流的，而機(jī)械粉碎法是借機(jī)械作用破壞固體金屬原子間的結(jié)合，所以霧化法只要克服液體金屬原子間的鍵合力就能使之分散成粉末，因而，霧化過(guò)程所消耗的外力比機(jī)械粉碎法小得多。根據(jù)霧化介質(zhì)對(duì)金屬液流作用的方式不同，霧化就有多種形式：平行噴射、垂直噴射和互成角度的噴射（V型、錐形和旋渦環(huán)形噴射）。其中互成角度的噴射最有意義。霧化機(jī)理分析：有物理—機(jī)械作用和物理—化學(xué)變化（具體分析見P95）。影響霧化粉末性能的因素：（1）霧化介質(zhì)1）霧化介質(zhì)類別：氣體：空氣和惰性氣體等?？諝?霧化過(guò)程氧化不嚴(yán)重或霧化后經(jīng)還原處理可脫氧的金屬（如銅、鐵和碳鋼等）。惰性氣體—減少金屬液的氧化和氣體溶解。液體：水2）氣體或水的壓力的影響：氣體壓力愈高，所得粉末愈細(xì)。（2）金屬液流1）金屬液的表面張力和粘度：在其他條件不變時(shí)，金屬液的表面張力愈大，粉末成球形的愈多，粉末粒度也較粗；相反，金屬液的表面張力小時(shí)，液滴易變形，所得粉末多呈不規(guī)則形狀，粒度也減小。減小金屬的粘度，促進(jìn)液滴球化。2）金屬液過(guò)熱溫度：在霧化壓力和噴嘴相同時(shí)，金屬液過(guò)熱溫度愈高，細(xì)粉末產(chǎn)出率愈高，愈容易得球形粉末。3）金屬液流股直徑：當(dāng)霧化壓力與其他工藝參數(shù)不變時(shí)，金屬液流股直徑愈細(xì)，所得細(xì)粉末也愈多。（3）其他工藝因素1）噴射參數(shù)：金屬液流長(zhǎng)度、噴射長(zhǎng)度、噴射頂角等對(duì)不同的體系，適當(dāng)?shù)膰娚漤斀且话愣纪ㄟ^(guò)試驗(yàn)確定。2）聚粉裝置參數(shù)的影響：液滴飛行路程較長(zhǎng)，有利于形成球形顆粒，粉末也較粗。氣霧化和水霧化的區(qū)別：粉末形狀：氣霧化容易獲得球形粉末。水霧化獲得粉末表面張力較小的呈土豆?fàn)罨虿灰?guī)則形狀，只有那些表面張力較大的合金，例如鎳基合金，才能得到球形合金粉末?；瘜W(xué)成分：不論是采用水霧化還是采用氣霧化，制作出的合金粉末的化學(xué)成份不會(huì)因?yàn)橹谱鞣椒ǖ牟煌a(chǎn)生差異。金相組織：采用氣霧化制作的合金粉末，合金的過(guò)冷度要比采用水霧化制作的小許多，所以相同的化學(xué)成份，采用不同的霧化方法制出的合金粉末的金相組織會(huì)不一樣。另外，對(duì)于水霧化而言，由于金屬液滴冷卻速度快，粉末表面氧化大大減少，可以用于制取鐵、低碳鋼等。但目前還不適用于活性很大的金屬或合金、超合金等。且，由水霧化制取鐵粉和合金鋼粉工藝中發(fā)現(xiàn)：由于水比氣體的粘度大且冷卻能力強(qiáng)，水霧化法特別適用于熔點(diǎn)較高的金屬與合金以及制造壓縮性好的不規(guī)則形狀粉末。2.離心霧化法利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)的離心力將金屬液流擊碎成細(xì)的液滴，然后冷卻凝結(jié)成粉末。3.快速冷凝技術(shù)（RST）主要特點(diǎn)：（1）急冷可大幅度地減小合金成分的偏析；（2）急冷可增加合金的固溶能力；（3）急冷可消除相偏聚和形成非平衡相；（4）某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除；（5）由于晶粒細(xì)化達(dá)微晶程度，在適當(dāng)應(yīng)變速度下可能出現(xiàn)超塑性等。第七節(jié)：機(jī)械粉碎法定義：利用機(jī)械力將金屬或其它材料破碎制取末的方法。是靠壓碎、擊碎和磨削等作用，將塊狀金屬或合金機(jī)械地粉碎成粉末的方法。機(jī)械粉碎法的四種基本形式：壓碎、擊碎、磨碎和剪切。注意：雖然所有的金屬和合金都可以被機(jī)械地粉碎，但實(shí)踐證明，機(jī)械研磨比較適用于脆性材料。研磨塑性金屬和合金制取粉末的有旋渦研磨、冷氣流粉碎。球磨的基本規(guī)律：幾種研磨機(jī)中用得最多的是球磨機(jī)，而滾動(dòng)球磨機(jī)又是最基本的。它是最簡(jiǎn)單的方法，最簡(jiǎn)單的設(shè)備，最有效有方法之一。僅需要球、材料（干、濕）和球磨筒。球磨粉碎物料的作用（壓碎、擊碎和磨削）主要取決于球和物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而球和物料的運(yùn)動(dòng)又取決于球磨筒的轉(zhuǎn)速。球和物料的運(yùn)動(dòng)有三種基本情況：瀉落、拋落和臨界轉(zhuǎn)速。影響球磨的因素：（P114—116）a、球料比：一般在球體裝填系數(shù)時(shí)，裝球量應(yīng)以填滿球間的空隙稍掩蓋住球體表面為原則；b、球體直徑（大?。哼x擇范圍：d<=(1/18~1/24)D。實(shí)踐中，球磨鐵粉一般選用10~20nm大小的鋼球；球磨硬質(zhì)合金混合料，選擇5~10nm大小的硬質(zhì)合金球。c、研磨介質(zhì)：空氣、液體。干磨濕磨（水,乙醇等）表面活性劑—有利于裂紋擴(kuò)展；d、球磨筒的轉(zhuǎn)速：n工=臨界使球產(chǎn)生滾動(dòng)研磨較細(xì)物料；如果物料較粗、性脆，需要沖擊時(shí)，可選用n工=臨界的轉(zhuǎn)速；e、裝球量：一般球磨機(jī)的裝填系數(shù)（裝球體積和球磨筒體積比）為宜；f、被研磨物料的性質(zhì)：脆性、延性粉末破碎不同。球磨的強(qiáng)化：振動(dòng)球磨、攪動(dòng)球磨其他機(jī)械粉碎法：旋渦研磨、冷氣流粉碎第八節(jié)：超細(xì)金屬粉末及其制取超細(xì)顆粒：粒徑小于μm而必須用電子顯微鏡才能看見的顆粒。超細(xì)金屬粉末：許多單個(gè)超細(xì)金屬顆粒的聚合體。超細(xì)金屬粉末的制取方法：1、物理法：物理氣相沉積法、電子束法等2、化學(xué)法：氣體還原法、等離子化學(xué)氣相沉積法等3、物理化學(xué)法：真空電弧等離子射流蒸發(fā)反應(yīng)法等其它制粉方法：Sol－Gel法制取超細(xì)粉末、納米粉末、氧化鋁、氧化鋯等金屬氧化物粉末。例：若制取多孔狀、球狀、樹枝狀粉末及超細(xì)粉末，應(yīng)分別采用何種制粉方法，為什么第二章：粉末性能及其測(cè)定第一節(jié)：粉末及粉末性能固態(tài)物質(zhì)按分散程度不同分成致密體、粉末體和膠體三類。>1mm----致密體或常說(shuō)的固體；μm-1mm----粉末體或簡(jiǎn)稱粉末；<μm----膠體。一、粉末顆粒與粉末體：粉末顆粒：晶?；蚨嗑Ь酆象w粉末體：簡(jiǎn)稱粉末，是由大量的粉末顆粒組成的一種分散體系，其中的顆粒彼此可以分離，或者說(shuō)，粉末是由大量的顆粒及顆粒之間的空隙所構(gòu)成的集合體。粉末顆粒表現(xiàn)出流體性質(zhì)，粉末越細(xì)，流動(dòng)性質(zhì)越明顯。二、粉末顆粒：1.顆粒聚集狀態(tài)?粉末聚集狀態(tài)：二次顆粒、團(tuán)粒和絮凝體。?單顆粒：粉末中能分開并獨(dú)立存在的最小實(shí)體稱為單顆粒。?二次顆粒：?jiǎn)晤w粒以某種方式聚集就構(gòu)成二次顆粒，其中的原始顆粒就稱為一次顆粒。?團(tuán)粒：由單顆?；蚨晤w粒依靠范德華引力的作用下結(jié)合而成的粉末顆粒，易于分散。?絮凝體：用溶膠凝膠方法制備的粉末，在粉末懸濁液中，由單顆?；蚨晤w粒結(jié)合成的更松軟的聚集顆粒。注：一次顆粒往往不能單獨(dú)存在而聚集在一起，聚集力主要是物理作用力，而非強(qiáng)化學(xué)健結(jié)合。一次顆粒之間形成一定的粘結(jié)面，在二次顆粒內(nèi)存在一些微細(xì)的空隙。一次顆?；騿晤w?？赡苁菃尉ьw粒，而更普遍情況下是多晶顆粒，但晶粒間不存在空隙。一次顆粒粒度測(cè)定,惰性氣體表面吸附方法BET二次顆粒粒度測(cè)定,x-ray,opticalmicroscope,TEM,SEM2.顆粒結(jié)晶構(gòu)造和表面狀態(tài)1）顆粒結(jié)晶構(gòu)造?顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與顆粒的外部結(jié)構(gòu)比較，顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。?多晶顆粒通常的粉末只能制得多晶顆粒，用RST快速冷凝技術(shù)可制備單晶顆?；驕?zhǔn)晶、非晶粉末顆粒。?缺陷：表面缺陷，加工硬化，內(nèi)空隙?；?，雜質(zhì)，裂紋、亞結(jié)構(gòu)、第二相、合金元素，吸附物。2）顆粒表面狀態(tài)：內(nèi)表面、外表面，內(nèi)表面遠(yuǎn)比外表面復(fù)雜、豐富。?外表面：顆粒表面所有宏觀的凸起和凹進(jìn)的部分以及寬度大于深度的裂隙。?內(nèi)表面：深度超過(guò)寬度的裂隙、微縫以及與顆粒外表面相通的孔隙、空腔等的壁面，不包括封閉在顆粒內(nèi)的潛孔。三、粉末性能粉末性能分類：（1）單顆粒性能（質(zhì)）由材質(zhì)決定：點(diǎn)陣類型、理論密度、熔點(diǎn)、電磁性能……由制粉方法決定：粒度、形狀、有效密度……（2）粉末體性能（質(zhì)）：?jiǎn)晤w粒性能+粒度組成、平均粒度、比表面、振實(shí)密度、松裝密度、流動(dòng)性、壓制性能……（3）粉末孔隙特性：總孔隙、顆粒間孔隙、顆粒內(nèi)孔隙、孔隙的開閉性、孔隙大小、形狀等。最常見的性能分類體系：化學(xué)性能（成分）、物理性能、工藝性能。1.化學(xué)成分：化學(xué)性質(zhì)主要指粉末的化學(xué)組成包括主要金屬的含量和雜質(zhì)的含量?！裰饕煞郑ㄈ玷F粉中的Fe）含量—對(duì)粉末性能有決定影響；●化學(xué)組成還包括雜質(zhì)的種類和含量—對(duì)粉末性能也有重要影響。粉末中的雜質(zhì)主要指：1.與主要金屬結(jié)合，形成固溶體或化合物的金屬或非金屬成分:Fe-C，F(xiàn)e-Ni，W-Mo等。2.從原料和粉末生產(chǎn)過(guò)程中帶進(jìn)的機(jī)械夾雜:主要為非金屬類機(jī)械夾雜物：Si、Al氧化物、硅酸鹽等。3.粉末表面吸附水，氧，空氣。4.制粉過(guò)程中帶進(jìn)的雜質(zhì)：電解、霧化、氣體還原粉末中的C、N、H、O等。針對(duì)不同成分，有多種分析方法：傳統(tǒng)的化學(xué)滴定法、燃燒法、溶解法、熒光分析法、能譜分析法等。粉末氧含量測(cè)定：●氫損值（P125）（可被H還原氧含量測(cè)定）：用氫還原，計(jì)算粉末還原前后的重量變化。適用于工業(yè)鐵、銅、鎢、鎳、鈷等粉末。氫損值=（A-B）/（A-C）x100%A—粉末（5克）加燒舟的質(zhì)量；B—?dú)錃庵徐褵髿埩粑锛訜鄣馁|(zhì)量；C—燒舟的質(zhì)量注：對(duì)金屬粉末中可被氫還原的氧化物的氧含量的估算：、CaO、Al2O3不被氫還原：實(shí)際氧含量高于測(cè)得氧含量2.粉末有脫碳、脫硫反應(yīng)及金屬揮發(fā)：實(shí)際氧含量低于測(cè)得氧含量●酸不溶物法原理：粉末試樣用某種無(wú)機(jī)酸（銅用硝酸，鐵用鹽酸）溶解，將不溶物沉淀和過(guò)濾出來(lái)，在980下煅燒1h后稱重，再按下列公式計(jì)算酸不溶物含量：鐵粉鹽酸不溶物=A/B×100%式中A-鹽酸不溶物的克數(shù)；B-粉末試樣的克數(shù)。銅粉硝酸不溶物=（A-B）/C×100%式中A-硝酸不溶物的克數(shù)；B-相當(dāng)于錫氧化物的克數(shù)；C-粉末試樣的克數(shù)。2.物理性能：顆粒形狀及結(jié)構(gòu)、顆粒大小及粒度組成、比表面積、顆粒密度、顆粒硬度、熔點(diǎn)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)性質(zhì)等。（1）顆粒形狀：主要由制粉方法和制粉決定，同時(shí)也與物質(zhì)的分子或原子排列的結(jié)晶幾何學(xué)因素有關(guān)。某些特定形狀的粉末只能通過(guò)特定的方法生產(chǎn)：球形粉末-霧化法、多孔粉末-還原法、樹枝狀粉末-電解法、片狀粉末-研磨法顆粒形狀對(duì)粉末的工藝性能以及壓坯和燒結(jié)體強(qiáng)度有顯著影響。（2）顆粒密度●真密度:顆粒質(zhì)量除去開孔和閉孔的顆粒體積去除得的商值，粉末材料理論密度D1?！裼行芏龋ū戎仄棵芏龋喊]孔隙在內(nèi)的密度D2●似密度（表觀密度）:包含開、閉孔隙在內(nèi)的粉末密度D3D1=m/（V-V孔）=m/（V-V開-V閉）D2=m/（V-V開）D3=m/VV—顆?？傮w積；V孔—孔隙體積；V開、V閉—開、閉孔體積D3<D2<D1（3）顯微硬度●不同方法生產(chǎn)同一種金屬的粉末，顯微硬度是不同。粉末純度越高，硬度越低，粉末退火降低加工硬化程度、減少氧、碳等雜質(zhì)含量后，硬度降低?！裼捕葘?duì)粉末的壓制性能有重要影響，模壓成形時(shí)對(duì)模具的壽命影響顯著。3.工藝性能：松裝密度、振實(shí)密度、流動(dòng)性、壓縮性與成型性。主要取決于粉末的生產(chǎn)方法和粉末的處理工藝（球磨、退火、加潤(rùn)滑劑、制粒等）。（1）松裝密度和振實(shí)密度松裝密度：粉末在規(guī)定條件下自然充填容器時(shí)，單位體積內(nèi)自由松裝粉末體的質(zhì)量g/cm3。測(cè)量方法:流量法，粉末自由落下影響因素:a.粒度:粒度小，松裝密度??；b.顆粒形狀：形狀復(fù)雜，松裝密度小，松裝密度從大到小排列：球形粉＞類球形＞不規(guī)則形＞樹枝形c.表面粗糙度d.粒度分布：細(xì)粉比例增加，松裝密度減小;粗粉中加入適量的細(xì)粉，松裝密度增大。振實(shí)密度：粉末裝于振動(dòng)容器，規(guī)定條件下，經(jīng)過(guò)振動(dòng)敲打后測(cè)得的粉末密度。振動(dòng)使粉末顆粒堆積緊密，但粉末體內(nèi)仍存在大量的孔隙?？紫扼w積與粉末體的表觀體積之比的百分?jǐn)?shù)稱為孔隙度（θ）?？紫墩駥?shí)密度與粉末體中的孔隙：粉末體中的孔隙包括顆粒之間的空隙和顆粒內(nèi)更小的空隙。θ＝1－ρ/ρ理ρ—松裝密度，ρ理—材料的理論密度或顆粒真密度。ρ/ρ理稱為粉末體的相對(duì)密度，用d表示，其倒數(shù)，β＝1/d稱為相對(duì)體積?？紫抖扰c相對(duì)密度和相對(duì)體積的關(guān)系為：θ＝1－d和θ＝1－1/β由大小相同的規(guī)則球形顆粒組成的粉末的孔隙度：θ＝，最松散的堆積θ＝，最緊密的堆積如果顆粒的大小不等，較小的顆粒填充到大顆粒的間隙中，孔隙度將降低；顆粒形狀影響孔隙度，形狀越復(fù)雜，孔隙度越大；（2）流動(dòng)性：一定量粉末(50g)流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)漏斗所需的時(shí)間：s/50g意義：反映壓制時(shí)粉末充填模腔的能力影響因素:1.顆粒間的摩擦、形狀復(fù)雜，表面粗糙，流動(dòng)性差、理論密度增加，流動(dòng)性增加、粒度組成：細(xì)粉增加，流動(dòng)性變差。測(cè)定方法：標(biāo)準(zhǔn)漏斗測(cè)量流速、粉末自然堆積角（安息角）試驗(yàn)測(cè)定流動(dòng)性。2.流動(dòng)性與粉末密度有關(guān)：如果粉末的相對(duì)密度不變，顆粒密度越高，流動(dòng)性越好；顆粒密度不變，相對(duì)密度增大會(huì)使流動(dòng)性提高;3.同松裝密度一樣，流動(dòng)性受顆粒間粘附作用的影響：顆粒表面吸附水分、氣體,加入成形劑減低粉末的流動(dòng)性。流動(dòng)性直接影響壓制過(guò)程自動(dòng)裝粉和壓件密度的均勻性：是自動(dòng)壓制工藝中必須考慮的重要工藝性能。（3）壓制性和成形性壓制性是壓縮性和成形性的總稱。①壓縮性：粉末在壓制過(guò)程中被壓緊的能力。表示方法是：一定壓制條件下粉末壓坯的密度（在規(guī)定的模具和潤(rùn)滑條件下加以測(cè)定，用在一定的單位壓制壓力（500MPa）下粉末所達(dá)到的壓坯密度表示）意義:壓坯密度對(duì)最終燒結(jié)密度有重要影響，進(jìn)而影響燒結(jié)體性能。影響壓縮性因素:a顆粒塑性，顯微硬度；b合金元素或非金屬夾雜時(shí)，會(huì)降低粉末的壓縮性；c顆粒形貌：不規(guī)則的顆粒壓縮性差；d密度減少時(shí)（空隙增加）壓縮性差。凡是影響粉末密度的因素都對(duì)壓縮性有影響。②成形性：壓制后，粉末壓坯保持形狀的能力。用壓坯強(qiáng)度表示。意義:壓坯加工能力，加工形狀復(fù)雜零件的可能性影響因素：顆粒之間的嚙合與間隙：不規(guī)則顆粒，顆粒間連接力強(qiáng),成形性好；顆粒越小，成型性越好。成形性和壓縮性矛盾：成形性好的粉末壓縮性差，壓縮性好的粉末成形性差。第二節(jié)粉末粒度及其測(cè)定一、粒度和粒度組成1、基本概念●粒度：以mm或μm的表示的顆粒的大小稱顆粒直徑，簡(jiǎn)稱粒徑或粒度?！窳６确植迹河捎诮M成粉末的無(wú)數(shù)顆粒一般粒徑不同。具有不同粒徑的顆粒占全部粉末的百分含量稱粉末的粒度組成，又稱粒度分布?！窳６葘?duì)單顆粒而言，而粒度組成則指整個(gè)粉末體。但是通常說(shuō)的粉末粒度包含有粉末平均粒度的意義，也就是粉末的某種統(tǒng)計(jì)性平均粒徑（對(duì)粉末體也可稱粒度，但是指平均粒度）。粉末的粒度和粒度組成直接影響其工藝性能。2、粒徑基準(zhǔn)●用直徑表示的顆粒大小稱粒徑。規(guī)則粉末顆?？梢灾苯佑们虻闹睆交蛲队皥A的直徑來(lái)表示粒徑—最簡(jiǎn)單和最精確?！窠蛐?、等軸狀顆粒，用最大長(zhǎng)度方向的尺寸代表粒徑，誤差也不大?！翊蠖鄶?shù)粉末顆粒，形狀不對(duì)稱，僅用一維幾何尺寸不能精確表示顆粒真實(shí)的大小，最好用長(zhǎng)、寬、高三維尺寸的某種平均值來(lái)度量，稱為幾何學(xué)粒徑。幾種粒徑基準(zhǔn)：（1）幾何學(xué)粒徑dg：：用顯微鏡按投影幾何學(xué)原理測(cè)得的粒徑稱投影徑。二軸平均徑：(l+b)三軸平均徑：(l+b+t)加和（調(diào)和）平均徑：幾何平均徑：（2lb+2bt+2tl）1/2/6體積平均徑：3lbt/(lb+bt+tl)（2）當(dāng)量粒徑de：用沉降法、離心法或水力學(xué)法等測(cè)得的粉末粒徑。（斯托克斯徑物理意義：與被測(cè)粉末具有相同沉降速度且服從斯特克斯定律的同質(zhì)球形粒子的直徑）包括：體積當(dāng)量徑（d球=(6V/π)1/3）和面積當(dāng)量徑（d圓=（4/π）s1/2圓）。（3）比表面粒徑dsP：利用吸附法、透過(guò)法和潤(rùn)濕熱法測(cè)定粉末的比表面，再換算成具有相同比表面值的均勻球形顆粒的直徑，稱為比表面積徑。（4）衍射粒徑dsc：對(duì)于粒度接近電磁波波長(zhǎng)的粉末，基于光與電磁波(如X光等)的衍射現(xiàn)象所測(cè)得的粒徑稱為衍射粒徑。3、粒度分布基準(zhǔn)：（1）個(gè)數(shù)基準(zhǔn)分布：以每一粒徑間隔內(nèi)的顆粒粉占全部顆?？倲?shù)中的個(gè)數(shù)表示，又稱頻度分布；（2）長(zhǎng)度基準(zhǔn)分布：以每一粒徑間隔內(nèi)的顆?？傞L(zhǎng)度占全部顆粒的長(zhǎng)度總和中的多少表示；（3）面積基準(zhǔn)分布：以每一粒徑間隔內(nèi)的顆?？偙砻娣e占全部顆粒的表面積總和中的多少表示；（4）質(zhì)量基準(zhǔn)分布:以每一粒徑間隔內(nèi)的顆?？傎|(zhì)量占全部顆粒的質(zhì)量總和中的多少表示。粒度分布基本概念：頻度:第i級(jí)粉末顆粒數(shù)與總顆粒數(shù)之比100%；第i級(jí)粉末重量數(shù)與總重量數(shù)之比100%；第i級(jí)粉末體積數(shù)與總體積數(shù)之比100%。相對(duì)頻度：?jiǎn)挝怀叽?微米)上的頻度數(shù)粒度分布曲線：以顆粒數(shù)或顆粒頻度對(duì)平均粒徑所作的粒度分布曲線稱為頻度分布曲線，曲線峰值所對(duì)應(yīng)的粒徑稱為多數(shù)徑．累積分布曲線：將各種粒級(jí)粉末個(gè)數(shù)或百分?jǐn)?shù)逐一相加累積并做圖，可以得到累積分布曲線，分布曲線對(duì)應(yīng)５０％處稱為中位徑，當(dāng)考慮累積分布曲線中粒徑小于某個(gè)粒度的粉末占總體粉末的百分率時(shí)，這種累計(jì)為負(fù)累積.也可知道大于某個(gè)粒級(jí)的粉末占總粉末的百分率，稱正累積分布曲線。4、平均粒度：由符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的粒度組成計(jì)算的平均粒徑統(tǒng)稱平均粒徑。包括算術(shù)平均徑、長(zhǎng)度平均徑、體積平均徑、面積及比面積平均徑等。粒度測(cè)定原理粒度測(cè)定主要方法一覽表粒徑基準(zhǔn)方法名稱測(cè)量范圍μm粒度分布基準(zhǔn)幾何學(xué)粒徑篩分析光學(xué)顯微鏡電子顯微鏡＞40500～10～質(zhì)量分布個(gè)數(shù)分布同上當(dāng)量粒徑重力沉降離心沉降50～10～質(zhì)量分布同上比表面粒徑氣體吸附氣體透過(guò)20～50～比表面積平均徑同上光衍射粒徑光衍射X光衍射10～～體積分布體積分布篩分析法：標(biāo)準(zhǔn)篩,在一英寸距離上有的網(wǎng)目數(shù)：m=(a+d)a—金屬網(wǎng)絲直徑；d—網(wǎng)孔直徑顯微鏡法：采用顯微鏡觀察顆粒，在刻度尺上量出顆粒直徑，測(cè)500～1000粒，用算術(shù)平均值法計(jì)算。3、沉降分析：是根據(jù)物質(zhì)顆粒在介質(zhì)中的沉降速率來(lái)測(cè)定顆粒大小的一種方法。有液體沉降和氣體沉降之分。沉降分級(jí)原理：在具有一定粘度的粉末懸濁液內(nèi)，大小不等的顆粒自由沉降時(shí)，其速度是不同的，粗顆粒沉降快。如果大小不同的顆粒從同一起點(diǎn)高度同時(shí)沉降，經(jīng)過(guò)一定距離（或時(shí)間）后，就能將粉末按粒度的差別分開，這就是最簡(jiǎn)單的沉降分級(jí)原理。沉降顆粒受三種力的作用：顆粒的重力介質(zhì)浮力介質(zhì)由于粘性對(duì)顆粒的阻力。4、光散射法：顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越??；顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。5、光遮法；6、電阻法；7、淘析法（風(fēng)選和水力分級(jí)）。沉降法優(yōu)點(diǎn)：粉末取樣較多，代表性好，結(jié)果的統(tǒng)計(jì)性和再現(xiàn)性提高；可選擇不同的裝置，能適應(yīng)較寬的粒度范圍（50-μm）；第三節(jié)粉末的比表面及其測(cè)定粉末克比表面Sw：1g質(zhì)量的粉末所具有的總表面積——質(zhì)量比表面（m2/g或cm2/g）體積比表面Sv：致密體的比表面。（m2/cm2）測(cè)定方法：吸附法（BET）——測(cè)量比表面積，測(cè)量一次顆粒透過(guò)法（Fsss）——?dú)怏w透過(guò)法測(cè)外比表面，測(cè)二次顆粒粒徑（μm）氣體吸附法：測(cè)量吸附在固體表面上氣體單分子層的質(zhì)量或體積，再由氣體分子的橫截面積計(jì)算1g物質(zhì)的總表面積，即得克比表面。分為物理吸附和化學(xué)吸附。前者是范德華力的作用，后者是化學(xué)鍵力起作用。測(cè)試方法：靜態(tài)法、動(dòng)態(tài)法。透過(guò)法：分氣體透過(guò)法和液體透過(guò)法（只適用于粗粉末或孔隙較大的多孔性固體）。第三章成形普通模壓成形：將金屬粉末或混合料裝在鋼制壓模內(nèi)通過(guò)模沖對(duì)粉末加壓，卸壓后，壓坯從陰模內(nèi)壓出。第一節(jié)成形前的原料預(yù)處理（一）預(yù)處理包括：粉末退火，篩分，混合，制粒，加潤(rùn)滑劑等。（二）預(yù)處理的作用：1、退火：還原氧化物，消除雜質(zhì)，提高純度；消除加工硬化，穩(wěn)定粉末的晶體結(jié)構(gòu)；鈍化金屬，防止自燃（使細(xì)粉末適度變粗，或形成氧化薄膜）。一般用還原氣氛，有時(shí)也可用惰性氣氛或真空。2、混合：將兩種或兩種以上不同成分的粉末混合均勻。分為機(jī)械法和化學(xué)法。有時(shí)需將成分相同而粒度不同的粉末進(jìn)行混合，稱為合批。（1）機(jī)械法：各種混合機(jī)將粉末或混合料機(jī)械地?fù)胶暇鶆蚨话l(fā)生化學(xué)反應(yīng)。a.干混法：鐵基及其它粉末冶金零件的生產(chǎn)b.濕磨法：硬質(zhì)合金或含易氧化組份合金的生產(chǎn)。一般采用工業(yè)酒精作為研磨介質(zhì)。影響均勻程度的因素：混合組元的顆粒大小和形狀、組元的比重、混合時(shí)所用介質(zhì)的特性、混合設(shè)備的種類、混合工藝（裝料量、球料比、時(shí)間、轉(zhuǎn)速等）。（2）化學(xué)法混料：將金屬或化合物粉末與添加金屬的鹽溶液均勻混合，或者是各組元全部以某種鹽的溶液形式混合，然后經(jīng)沉淀、干燥、還原等處理而得到均勻分布的混合物。注：混合較前者更為均勻,可以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)混合。3、篩分：篩分的目的在于把顆粒大小不勻的原始粉末進(jìn)行分級(jí)，使粉末能夠按照粒度分成大小范圍更窄的若干等級(jí)。通常用標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)制成的篩子或振動(dòng)篩來(lái)篩分，而對(duì)于鎢鉬等難熔金屬的細(xì)粉或超細(xì)粉末則用空氣分級(jí)的方法。4、制粒：將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F(tuán)粒的工序，常用來(lái)改善粉末的流動(dòng)性。原理：借助于聚合物的粘結(jié)作用將若干細(xì)小顆粒形成團(tuán)粒。常用的制粒任務(wù)的設(shè)備有圓筒制粒機(jī)、圓盤制粒機(jī)和擦篩機(jī)等，有時(shí)也用振動(dòng)篩來(lái)制粒。5、加成形劑和潤(rùn)滑劑成形劑：成形劑是為了提高壓坯強(qiáng)度或?yàn)榱朔乐狗勰┗旌狭想x析而添加的物質(zhì)，在燒結(jié)前或燒結(jié)時(shí)該物質(zhì)被除掉，有時(shí)也叫粘結(jié)劑，如硬脂酸鋅、合成橡膠、石蠟等。成形劑在混料過(guò)程中以干粉末或溶液狀態(tài)的形式加入，在某些場(chǎng)合（如硬質(zhì)合金生產(chǎn)）也以溶液狀態(tài)加。（P169）潤(rùn)滑劑：潤(rùn)滑劑是為了降低壓形時(shí)粉末顆粒與模壁和模沖間摩擦、改善壓坯的密度分布、減少壓模磨損和有利于脫模，如石墨粉、硫磺粉、橡膠、硬脂酸、石蠟等。選擇成形劑、潤(rùn)滑劑的基本條件：（1）有較好的粘結(jié)性和潤(rùn)滑性，在混合粉末中易均勻分散，且不發(fā)生化學(xué)變化；（2）軟化點(diǎn)較高，混合時(shí)不易因溫度升高而熔化；（3）混合粉末中不致于因添加這些物質(zhì)而使其松裝密度和流動(dòng)性明顯變差，對(duì)燒結(jié)體特性也不能產(chǎn)生不利影響；（4）加熱時(shí)，從壓坯中易呈氣體排出，且這種氣體不影響發(fā)熱元件、耐火材料的壽命。第二節(jié)金屬粉末壓制過(guò)程壓制的主要功能：（1）將粉末成形為所要求的形狀；（2）賦予坯體以精確的幾何形狀與尺寸，應(yīng)考慮燒結(jié)時(shí)的尺寸變化；（3）賦予坯體要求的孔隙度和孔隙類型；（4）賦予坯體以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，以便搬運(yùn)。工序組成：稱粉、裝粉、壓制、保壓及脫模。壓制方式：a)單向壓制b)雙向壓制c)浮動(dòng)壓制（一）彈性后效：在壓制過(guò)程中，粉末由于受力而發(fā)生彈性變形和塑性變形，壓坯內(nèi)存在著很大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)外力停止作用后，壓坯便出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象（二）壓坯密度與影響因素的關(guān)系：a.隨壓制壓力的增高而增大；b.隨粉末的粒度或松裝密度的增大而增大；c.顆粒的強(qiáng)度和硬度降低，有利于提高壓坯密度；d.降低壓制速度，提高壓坯密度。（三）搭橋：粉末在松裝堆集時(shí)，由于表面不規(guī)則，彼此之間有摩擦，顆粒相互搭架而形成拱橋孔洞的現(xiàn)象。（四）壓坯強(qiáng)度：壓坯反抗外力作用保持其幾何形狀和尺寸不變的能力，是反映粉末質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要標(biāo)志之一。表征壓坯抵抗破壞的能力，即顆粒間的粘結(jié)強(qiáng)度。粉末顆粒間聯(lián)結(jié)力：（1）顆粒間的機(jī)械嚙合力；（2）顆粒表面原子間的引力。對(duì)于任何金屬粉末來(lái)說(shuō)，壓制時(shí)粉末顆粒之間的機(jī)械嚙合力是使壓坯具有強(qiáng)度的主要聯(lián)結(jié)力。第三節(jié)壓制壓力與壓坯密度關(guān)系的關(guān)系（一）壓制理論：粉末壓制理論研究粉末壓制成形過(guò)程中顆粒移動(dòng)和變形的規(guī)律，討論并定量描述壓坯密度和壓制壓力的關(guān)系。包括：1.巴爾申壓制理論；2.川北公夫壓制理論；3.艾西-沙皮羅-柯諾皮斯基壓制理論；4.黃培云壓制理論。1.巴爾申壓制理論：適用于硬脆粉或中等硬度粉末的壓制，對(duì)于塑性較好的粉末如鉛、錫粉則出現(xiàn)偏差。且較適用于中等壓力范圍，較高或較低壓力時(shí)均會(huì)出現(xiàn)偏差。2.川北公夫壓制理論：川北公式形式簡(jiǎn)單，沒有采用對(duì)數(shù)關(guān)系。對(duì)低壓力范圍和軟粉末適應(yīng)較好。3.艾西-沙皮羅-柯諾皮斯基壓制理論：在中壓及高壓范圍內(nèi)應(yīng)用較好，在很低的壓力下出現(xiàn)偏差，適用于大多數(shù)粉末的壓制。4.黃培云壓制理論：既適合于硬粉也適合于軟粉，適用于粉末壓制成形，也適用于粉末冷等靜壓成形。（二）黃培云壓制理論的優(yōu)勢(shì)：黃培云的雙對(duì)數(shù)方程既適合于硬粉也適合于軟粉，適用于粉末壓制成形，也適用于粉末冷等靜壓成形。用回歸分析方法整理銅、錫、鎢、鉬、碳化鎢粉末的模壓成形和冷等靜壓成形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，與巴爾申、柯諾皮斯基和川北公夫的壓制公式相比，黃培云雙對(duì)數(shù)壓制方程的直線關(guān)系符合最好，其回歸直線的相關(guān)系數(shù)R最接近于1。?巴爾申方程用于硬粉末比軟粉末效果好；?川北公夫方程在壓制壓力不太大時(shí)優(yōu)越性顯著；?艾西-沙皮羅-柯諾皮斯基方程適用于一般粉末；?黃培云的雙對(duì)數(shù)方程對(duì)軟粉末或硬粉末都適用。第四節(jié)壓制過(guò)程中力的分析一、應(yīng)力和應(yīng)力分布凈壓力（P1）：使粉末產(chǎn)生位移、變形、克服粉末的內(nèi)摩擦。壓力損失（P2）：克服粉末顆粒與模壁之間外摩擦的力。壓制時(shí)所用的總壓力為：P=P1+P2所以，壓模內(nèi)各部分的應(yīng)力是不相等的。由于存在著壓力損失，上部應(yīng)力比底部應(yīng)力大；在接近模沖的上部同一斷面，邊緣的應(yīng)力比中心部位大；而在遠(yuǎn)離模沖的底部，中心部位的應(yīng)力比邊緣應(yīng)力大。二、側(cè)壓力和模壁摩擦力（了解P196圖3-18的應(yīng)力分布）側(cè)壓力：壓制過(guò)程中由垂直壓力所引起的模壁施加于壓坯的側(cè)面壓力。側(cè)壓力在壓制過(guò)程中的變化是很復(fù)雜的。注意：側(cè)壓力始終小于壓制壓力，其大小受粉末體各種性能及壓制工藝的影響。在沒有潤(rùn)滑劑的情況下，外摩擦的壓力損失可達(dá)60-90%，這是引起壓塊密度沿高度分布不均勻的根本原因。一般情況下，外摩擦的壓力損失應(yīng)當(dāng)取決于：（影響因素）壓坯、原料與壓模材料之間的摩擦系數(shù)，壓坯與壓模材料間粘結(jié)的傾向，模壁加工的質(zhì)量，潤(rùn)滑劑的情況，粉末壓坯高度，壓模的直徑等。為了減少因摩擦出現(xiàn)的壓力損失，采取的措施有：添加潤(rùn)滑劑；提高模具光潔度和硬度；改進(jìn)成形方式如采用雙面壓制等。三、脫模壓力：使壓坯由模中脫出所需的壓力。影響因素：壓制壓力、粉末性能、壓坯密度和尺寸、壓模和潤(rùn)滑劑。四、彈性后效：在壓制過(guò)程中，當(dāng)除去壓制壓力并把壓坯壓出壓模后，由于內(nèi)應(yīng)力的作用，壓坯發(fā)生彈性膨脹。彈性膨脹現(xiàn)象的原因：由彈性內(nèi)應(yīng)力引起。第五節(jié)：壓坯密度的分布影響壓坯密度的因素：壓坯的高度和直徑；模壁的光潔度。為了改善壓坯密度的不均勻性，一般采取以下措施：1）減小摩擦力：模具內(nèi)壁上涂抹潤(rùn)滑油或采用內(nèi)壁更光潔的模具；2）采用雙向壓制以改善壓坯密度分布的不均勻性；3）模具設(shè)計(jì)時(shí)盡量降低高徑比。第六節(jié)：影響壓制過(guò)程的因素一、粉末性能對(duì)壓制過(guò)程的影響1.粉末的物理性能的影響（1）金屬粉末本身的硬度和可塑性：軟金屬粉末比硬金屬粉末易于壓制，軟金屬粉末在壓縮時(shí)變形大，粉末之間的接觸面積增加，壓坯密度易于提高，塑性差的硬金屬粉末在壓制時(shí)則必須利用成形劑，否則很容易產(chǎn)生裂紋等壓制缺陷。（2）金屬粉末的摩擦性能：壓制硬金屬粉末時(shí)壓模的壽命短，壓制硬質(zhì)合金粉末比壓制鐵制品消耗更多的壓模，為了保證得到合格壓坯和降低壓模損耗，在壓制時(shí)通常要添加潤(rùn)滑劑或成形劑。2.粉末純度（化學(xué)成分）的影響純度越高越容易壓制。雜質(zhì)多以氧化物形態(tài)存在，而金屬氧化物粉末多是硬而脆的，且存在于金屬粉末表面，壓制時(shí)使得粉末的壓制阻力增加，壓制性能變壞，并且使壓坯的彈性后效增加，如果不使用潤(rùn)滑劑或成形劑來(lái)改善其壓制性，結(jié)果必然降低壓坯密度和強(qiáng)度。為了保證獲得合格的壓坯，一般要求粉末的含氧量在規(guī)定范圍內(nèi)。如：壓形前粉末進(jìn)行還原退火處理，進(jìn)行真空退火也可以得到很好的效果。3.粉末粒度及粒度組成的影響粉末越細(xì)，流動(dòng)性越差，在充填狹窄而深長(zhǎng)的模腔時(shí)越困難，越容易形成搭橋。實(shí)踐表明，非單一粒度組成的粉末壓制性較好，因?yàn)檫@時(shí)小顆粒容易填充到大顆粒之間的孔隙去，壓坯密度和強(qiáng)度增加，彈性后效減少，易于得到高密度的合格壓坯。4.粉末形狀的影響生產(chǎn)中所使用的粉末多是不規(guī)則形狀的，為了改善粉末混合料的流動(dòng)性，往往需要進(jìn)行制粒處理。粉末的形狀對(duì)壓制性能也有影響，不規(guī)則形狀的粉末在壓制過(guò)程中其接觸面積比規(guī)則形狀粉末大，壓坯強(qiáng)度高，所以成形性好。5.粉末松裝密度的影響：實(shí)際中，合適的松裝密度視具體情況確定。二、潤(rùn)滑劑和成形劑對(duì)壓制過(guò)程的影響壓制過(guò)程減少摩擦的方法：1）采用高光潔度的模具或用硬質(zhì)合金模代替鋼模；2）使用成形劑或潤(rùn)滑劑。成形劑—改善粉末成形性能，增加壓坯的強(qiáng)度。潤(rùn)滑劑—降低粉末顆粒與模壁和模沖間摩擦，改善密度分布，減少壓模磨損和有利于脫模。1.潤(rùn)滑劑和成形劑的種類及選擇原則粉末冶金用的潤(rùn)滑劑或成形劑一般應(yīng)滿足下列要求：（1）具有適當(dāng)?shù)恼承院土己玫臐?rùn)滑性且易于和粉末料均勻混合。（2）與粉末物料不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，預(yù)燒或燒結(jié)時(shí)易于排除且不殘留有害雜質(zhì)，所放出的氣體對(duì)操作人員、爐子的發(fā)熱元件和筑爐材料等沒有損害作用。（3）對(duì)混合后的粉末松裝密度和流動(dòng)性影響不大，除特殊情況（如擠壓等），其軟化點(diǎn)應(yīng)當(dāng)高，以防止由于混料過(guò)程中溫度升高而熔化。（4）燒結(jié)后對(duì)產(chǎn)品性能和外觀等沒有不良影響。2.潤(rùn)滑劑和成形劑的用量及效果潤(rùn)滑劑和成形劑的加入量與粉末種類及粒度大小、壓制壓力和摩擦表面值有關(guān)，也與它們本身的材質(zhì)有關(guān)。細(xì)粉末所需的添加量比粗粉末的多。潤(rùn)滑粉末的潤(rùn)滑劑不足之處：（1）降低了粉末本身的流動(dòng)性；（2）潤(rùn)滑劑本身需占據(jù)一定的體積，實(shí)際上使得壓坯密度減少，不利于制取高密度制品；（3）壓制過(guò)程中金屬粉末互相之間的接觸程度因潤(rùn)滑劑的阻隔而降低，從而降低某些粉末壓坯的強(qiáng)度；（4）潤(rùn)滑劑或成形劑必須在燒結(jié)前或燒結(jié)中除去，因而可能損傷燒結(jié)體外觀；（5）某些潤(rùn)滑劑容易和金屬粉末起作用，降低產(chǎn)品的物理機(jī)械性能。三、壓制方式對(duì)壓制過(guò)程的影響1.加壓方式的影響加壓方式：?jiǎn)蜗驂褐?、雙向壓制及多向壓制和組合模沖等。為了減少壓坯密度，可采用雙向壓制及多向壓制（等靜壓制）或者改變模壓結(jié)構(gòu)等。對(duì)于形狀復(fù)雜的（帶有臺(tái)階的）零件，壓形時(shí)為了使各處的密度分布均勻，可采用組合模沖。而某些難熔金屬化合物的壓制操作，有時(shí)為了保證密度要求，還采用換向壓制的辦法。2.加壓保持時(shí)間的影響保壓的原因：1）使壓力傳遞得充分，有利于壓坯中個(gè)部分的密度分布；2）使粉末體孔隙中的空氣有足夠的時(shí)間通過(guò)模壁和模沖或者模沖和芯棒之間的縫隙逸出；3）給粉末之間的機(jī)械嚙合和變形以時(shí)間，有利于應(yīng)變弛豫的進(jìn)行。3.振動(dòng)壓制的影響機(jī)械、電磁、氣動(dòng)、超聲振動(dòng)等對(duì)TiCWC等硬而脆的粉末效果比CuAlCoFe等軟粉末好；粉末粒度較粗時(shí)振動(dòng)壓制效果比粒度較細(xì)時(shí)顯著。振動(dòng)也有自身的缺點(diǎn)：噪音大，對(duì)操作者身體有害等。4.磁場(chǎng)壓制的影響在普通模壓的基礎(chǔ)上加上一個(gè)外磁場(chǎng)，利用粉末的磁各向異性，使能夠自由旋轉(zhuǎn)的顆粒的易磁化方向旋轉(zhuǎn)到與外加磁場(chǎng)一致，這就在材料中產(chǎn)生一種與單晶體磁狀態(tài)幾乎相同的組織，相當(dāng)于使每一個(gè)易磁化軸平行于磁場(chǎng)方向。例題：壓制時(shí)壓力的分布狀況怎樣產(chǎn)生壓力降的原因是什么壓坯中產(chǎn)生壓力分布不均勻的原因有哪些第四章：特殊成形按成形工作原理和特點(diǎn)將特殊成形分為等靜壓成形、連續(xù)成形、無(wú)壓成形、注射成形、高能成形等。第一節(jié)：等靜壓成形一、等靜壓制的基本原理理論根據(jù)：帕斯卡原理關(guān)于液體傳遞壓強(qiáng)的規(guī)律。等靜壓成形按其特性分類：冷等靜壓（液靜壓、水靜壓、油水靜壓）和熱等靜壓（氣體熱等靜壓）。等靜壓制法比一般的鋼模壓制法有下列優(yōu)點(diǎn)：1）能夠壓制具有凹形、空心等復(fù)雜形狀的壓件；2）壓制時(shí)，粉末體與彈性模具的相對(duì)移動(dòng)很小，所以摩擦損耗也很??；3）能夠壓制各種金屬粉末及非金屬粉末；4）壓坯強(qiáng)度較高，便于加工和運(yùn)輸；5）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。等靜壓制法存在的缺點(diǎn)：1）對(duì)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）一般地說(shuō)，生產(chǎn)率仍低于自動(dòng)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(guò)程：高壓泵把介質(zhì)壓入耐高壓的鋼質(zhì)密封容器；高壓流體的靜壓力作用在彈性模套內(nèi)的粉末上；粉末體在同一時(shí)間內(nèi)各個(gè)方向均衡受壓。1.壓力分布和摩擦力對(duì)壓坯密度分布的影響影響摩擦力的因素：粉末顆粒的特征；壓制裝備的特征；潤(rùn)滑劑的特征。壓坯的密度分布沿縱斷面是均勻的；壓坯的密度分布沿橫斷面從外往內(nèi)逐漸降低（存在壓力損失）。2.壓制壓力與壓塊密度的關(guān)系：粉末等靜壓力壓制時(shí)，壓力與壓坯密度的變化關(guān)系可用黃培云的壓制雙對(duì)數(shù)方程來(lái)描述。二、冷等靜壓制1.冷等靜壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)及類型：冷等靜壓制按粉料裝模及其受壓形式可分為濕袋模具壓制（濕式等靜壓）和干袋模具壓制（干式等靜壓）。2.冷等靜壓制工藝：模具材料的選擇及模具的制作；粉末料的準(zhǔn)備；裝料和密封抽氣和壓制和脫模。三、熱等靜壓制1.熱等靜壓制原理及應(yīng)用在高溫高壓密封容器中，以高壓氬氣為介質(zhì)，對(duì)其中的粉末或待壓實(shí)的燒結(jié)坯料(或零件)施加各向均等靜壓力，形成高致密度坯料(或零件)的方法。優(yōu)點(diǎn)：集熱壓和等靜壓的優(yōu)點(diǎn)于一身，成形溫度低，產(chǎn)品致密，性能優(yōu)良。缺點(diǎn)：設(shè)備昂貴，生產(chǎn)率低。2.燒結(jié)-熱等靜壓法：是把經(jīng)模壓或冷等靜壓制的坯塊放入熱等靜壓機(jī)高壓容器內(nèi)，分別進(jìn)行脫蠟、燒結(jié)和熱等靜壓制，使工件的相對(duì)密度接近100%。這是繼常規(guī)熱等靜壓制技術(shù)的一種先進(jìn)工藝。其特色在于：1）脫蠟和燒結(jié)可在真空狀態(tài)下或在工藝確定的氣體（如氫、氮?dú)浠旌蠚怏w）、甲烷保護(hù)下進(jìn)行。2）壓塊在同一爐體（壓力空器）內(nèi)進(jìn)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，也避免了壓塊移動(dòng)時(shí)可能受到損壞，并保持燒結(jié)與熱等靜壓制時(shí)溫度穩(wěn)定。3）燒結(jié)-熱等靜壓過(guò)程中的熱等靜壓制階段使產(chǎn)品均勻收縮與致密化。4）燒結(jié)-熱等靜壓工藝方法的目標(biāo)是使產(chǎn)品的相對(duì)密度接近100%，要達(dá)到此目標(biāo)必須確立下列參數(shù)：（1）合理的燒結(jié)壓力、溫度及時(shí)間參數(shù)；（2）熱等靜壓最大壓力、溫度及時(shí)間參數(shù)。3.準(zhǔn)等靜壓工藝：采用一種高溫下具有流體特性的石墨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，這種石墨顆粒受到外力作用時(shí)，它的流體特性將作用力均勻傳遞給費(fèi)粉末壓塊而使之成為相對(duì)密度接近100%的零件。第二節(jié)：粉末連續(xù)成形特點(diǎn)：粉末體在壓力的作用下，由松散狀態(tài)經(jīng)歷連續(xù)變化成為具有一定密度和強(qiáng)度以及所需尺寸形態(tài)的壓塊，同鋼模壓制比較，所需的成形設(shè)備較少。分類：粉末軋制法、噴射成形法、粉末擠壓法。一、金屬粉末軋制軋制成形：將金屬粉末通過(guò)一個(gè)特制的漏斗喂入轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥縫中，可軋出具有一定厚度和連續(xù)長(zhǎng)度且有適當(dāng)強(qiáng)度的板帶坯料。1.粉末軋制法的特點(diǎn)和分類與熔鑄軋制法比較，粉末軋制法的優(yōu)點(diǎn)：?（1）能夠生產(chǎn)一般軋制法難于或無(wú)法生產(chǎn)的板帶材；?（2）能夠軋制出成分比較精確的帶材；?（3）粉末軋制的板帶材具有各方向同性；?（4）工藝過(guò)程短，節(jié)約能源；?（5）粉末軋制法成材率比熔鑄軋制法高。?（6）不需大型設(shè)備，減少了大量投資。與模壓法比較具有優(yōu)點(diǎn)：?制品的長(zhǎng)度原則上不受限制；?制品密度比較均勻；?粉末軋機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率比壓力機(jī)的小。2.粉末軋制原理：粉末軋制的實(shí)質(zhì)是將具有一定軋制性能的金屬粉末裝入到一個(gè)特制的漏斗中，并保持給定的料柱高度，當(dāng)軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于粉末與軋輥之間的外摩擦力以及粉末體內(nèi)摩擦力的作用，使粉末連續(xù)不斷地被咬入到變形區(qū)內(nèi)受軋輥的軋壓。軋制時(shí)，粉末的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可分為三個(gè)區(qū)域：Ⅰ區(qū)—粉末在重力作用下流動(dòng)自由區(qū)；Ⅱ區(qū)—喂料區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的粉末受軋輥的摩擦被咬入輥縫內(nèi)；Ⅲ區(qū)—壓軋區(qū)，粉末在軋輥的壓力作用下，由松散狀態(tài)轉(zhuǎn)變成具有一定密度和強(qiáng)度的帶坯。3.金屬粉末軋制工藝：粉末喂料、軋制成形、軋制帶坯的燒結(jié)二、擠壓成形擠壓成形：粉末體或者粉末壓坯在壓力的作用下，通過(guò)規(guī)定的壓模嘴擠成坯塊或制品的一種成形方法。冷擠壓：把金屬粉末與一定量的有機(jī)粘結(jié)劑混合在較低的溫度下（40-200℃）擠壓成坯塊。（用于硬質(zhì)合金與多孔材料）熱擠壓：金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱在較高溫度下壓擠。（可制取形狀復(fù)雜性能優(yōu)良的制品和材料，也是制取復(fù)雜斷面或凹形的高溫合金材料的方法）粉末擠壓法特點(diǎn)：①能擠壓出壁很薄直徑很小的微型小管；②能擠壓形狀復(fù)雜、物理機(jī)械性能優(yōu)良的致密粉末材料；③在擠壓過(guò)程中壓坯橫斷面不變，因此在一定的擠壓速度下制品縱向密度均勻，在合理的控制擠壓比時(shí)制品的橫向密度也是均勻的；④擠壓制品的長(zhǎng)度幾乎不受擠壓設(shè)備的限制，生產(chǎn)過(guò)程具有高度的連續(xù)性；⑤擠壓不同形狀的異形制品有較大靈活性，在擠壓比不變情況下可以更換擠壓嘴；⑥增塑粉末混合料的擠壓返料可以繼續(xù)使用。三、噴射成形將氣體霧化的金屬或合金液滴噴射為預(yù)成形實(shí)體，然后進(jìn)行各種形式冷熱加工成板、帶、管材的成形方法。噴射成形的工藝特點(diǎn)：（1）能夠制成各種板、帶、管、筒等異形半成品或成品，能很容易使沉積層的冷卻速度達(dá)到104k/s以上，再進(jìn)行熱軋或溫軋可使制品具有細(xì)晶粒、結(jié)構(gòu)均勻、致密、無(wú)偏析、氧量低和無(wú)原始顆粒邊界等特性；（2）調(diào)節(jié)噴射成形工藝參數(shù)可以制成準(zhǔn)晶或非晶態(tài)物質(zhì)制品；（3）能夠制造多層單元金屬或合金的復(fù)合材料及制品；（4）能夠制備出一般方法難于制造的合金鋼和高溫合金鋼鍛件。噴射成形工藝分類：噴射軋制、噴射鍛造、離心噴射沉積、噴射涂層。第三節(jié)：粉漿澆注成形定義：將粉末預(yù)先制成懸浮液或糊狀物，然后注入石膏模具中的粉末成形方法。應(yīng)用范圍：形狀復(fù)雜的粉末冶金零部件，特別是陶瓷制品。生產(chǎn)費(fèi)用低，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)率低且尺寸控制只有中等水平。粉漿澆注技術(shù)擴(kuò)大了粉末冶金成形技術(shù)。（特點(diǎn)）粉漿澆注工藝過(guò)程：制取粉漿制造石膏模具澆注干燥。影響粉漿澆注成形的因素：粉末粒度、液固比、粉漿pH值的影響、分散劑及粘結(jié)劑的影響、氣體的影響。除氣方法：靜置除氣：將經(jīng)攪拌的粉漿靜置一定時(shí)間使空氣由于密度差而不斷逸出。化學(xué)法除氣：在母液中添加除氣劑促進(jìn)吸附粉末表面上的氣體排除。真空除氣：將粉漿置入真空系統(tǒng)內(nèi)，使粉漿中氣體逸出。第四節(jié)：粉末注射成形過(guò)程：將粉末與熱塑性材料（如聚苯乙烯）均勻混合使成為具有良好流動(dòng)性能的流態(tài)物質(zhì)，而后把這種流態(tài)物質(zhì)在注射成形機(jī)上經(jīng)一定的溫度和壓力，注入溫度較低的模具內(nèi)成形。注射成形的坯塊經(jīng)溶劑處理或?qū)ｉT脫除粘結(jié)劑的熱分解爐后，才能進(jìn)行燒結(jié)。注射成形能夠制得形狀復(fù)雜的坯塊。第五節(jié)：爆炸成形爆炸成形：板料在炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生的沖擊波作用下高速成形的方法。爆炸成形裝置分類：直接加壓式和間接加壓式。爆炸成形機(jī)理爆炸能量與壓坯密度的關(guān)系：Dc=DT?ΔDexp(?βEγ)（4-18）式中β，γ-粉末特性常數(shù)；E-單位體積粉末的壓制能；DT-粉末材料的理論密度；Dc-壓坯的密度；ΔD=DT-DI；DI-原始粉末的松裝密度。金屬粉末或非金屬粉末在極短時(shí)間內(nèi)經(jīng)受巨大的壓力作用，將改變粉末體通常所固有的特性，如粉末一百年壓制時(shí)所呈現(xiàn)的彈塑性。與一般的壓制法或等靜壓制法相比較，爆炸成形的特點(diǎn)是爆炸時(shí)產(chǎn)生的壓力極高，施干粉末體上的壓力速度極快。第五章：燒結(jié)第一節(jié)：概述燒結(jié)：指粉末或壓坯，在適當(dāng)?shù)臏囟群蜌夥諚l件下加熱所發(fā)生的現(xiàn)象或過(guò)程。燒結(jié)的目的（作用）：1.依靠熱激活作用，原子發(fā)生遷移，粉末顆粒形成冶金結(jié)合；2.提高燒結(jié)體的強(qiáng)度。燒結(jié)的結(jié)果：顆粒之間發(fā)生粘結(jié)，燒結(jié)體的強(qiáng)度增加，而且，在多數(shù)情況下，密度也提高。當(dāng)條件控制得當(dāng)，燒結(jié)的密度和其他物理、機(jī)械性能可以接近或達(dá)到相同成分的致密材料。粉末燒結(jié)分類：1.加壓燒結(jié)：施加外壓力，如熱等靜壓2.無(wú)壓燒結(jié)：不施加外壓力，如固相燒結(jié)與液相燒結(jié)低于主要組分熔點(diǎn)的溫度：固相燒結(jié)—燒結(jié)溫度低于所有組分的熔點(diǎn)液相燒結(jié)—燒結(jié)溫度低于主要組分的熔點(diǎn)，但高于次要組分的熔點(diǎn)燒結(jié)系統(tǒng)分類：固相燒結(jié)：（1）單元系固相燒結(jié)燒結(jié)：純金屬或化合物（Al2O3、B4C等），在其熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行的固相燒結(jié)過(guò)程。（2）多元系固相燒結(jié)燒結(jié)：指兩種或兩種以上組分構(gòu)成的燒結(jié)體系，在其中低熔組分的熔點(diǎn)溫度以下所進(jìn)行的固相燒結(jié)過(guò)程。組元之間在燒結(jié)溫度下有無(wú)固相溶解存在分類：1）無(wú)限固溶系：在合金狀態(tài)圖中有無(wú)限固溶區(qū)的系統(tǒng)，如Cu-Ni等。2）有限固溶系：在合金狀態(tài)圖中有有限固溶區(qū)的系統(tǒng)，如Fe-C等。3）完全不固溶系：組元間既不溶解，也不形成化合物或其他中間相的系統(tǒng)。如Ag-W、Cu-W、Cu-C等所謂的“假合金”。（3）多元系液相燒結(jié)：以超過(guò)系統(tǒng)中低熔組分熔點(diǎn)的溫度進(jìn)行的燒結(jié)。1）穩(wěn)定液相燒結(jié)系統(tǒng)2）瞬時(shí)液相燒結(jié)系統(tǒng)（4）熔浸：多孔骨架的固相燒結(jié)和低熔金屬浸透骨架后的液相燒結(jié)同時(shí)存在。第二節(jié)：燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)燒結(jié)的基本過(guò)程粉末的等溫?zé)Y(jié)過(guò)程，按時(shí)間劃分階段：（1）粘結(jié)階段—燒結(jié)初期：由原始顆粒接觸面發(fā)展形成的晶界。結(jié)果為坯體的強(qiáng)度增加，表面積減?。唤饘俜勰Y(jié)體：導(dǎo)電性能提高；是粉末燒結(jié)發(fā)生的標(biāo)志；而非出現(xiàn)燒結(jié)收縮。（2）燒結(jié)頸長(zhǎng)大階段—燒結(jié)中期前期的特征：形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò)，孔隙表面光滑化。后期的特征：孔隙大量消失結(jié)果：坯體的強(qiáng)度增加，密度增加，出現(xiàn)燒結(jié)收縮。（3）閉孔隙球化和縮小階段—燒結(jié)末期孔隙管道被分隔成一系列的小孔隙，最后發(fā)展成孤立孔隙并球化；處于晶界上的閉孔則有可能消失；有的則因發(fā)生晶界與孔隙間的分離現(xiàn)象而成為晶內(nèi)孔隙，并充分球化。二、燒結(jié)的熱力學(xué)問(wèn)題粉末系統(tǒng)過(guò)剩自由能的降低是燒結(jié)進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)力。系統(tǒng)的過(guò)剩自由能包括：（1）由于顆粒結(jié)合面（燒結(jié)頸）的增大和顆粒表面的平直化，粉末體的總比表面積和總表面自由能減?。唬?）燒結(jié)體內(nèi)孔隙的總體積和總表面積減?。唬?）粉末顆粒晶格畸變和部分缺陷(如空位,位錯(cuò)等)的消除。總之，燒結(jié)前存在于粉末或粉末坯塊內(nèi)的過(guò)剩自由能包括表面能和晶格畸變能。前者指同氣氛接觸的顆粒和孔隙的表面自由能，后者指顆粒內(nèi)由于存在過(guò)剩空位、位錯(cuò)及內(nèi)應(yīng)力所造成的能量增高。燒結(jié)過(guò)程中表面能的降低是最主要的。粉末愈細(xì)，表面能愈高。三、燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算1.作用在燒結(jié)頸上的拉應(yīng)力減小殘留孔徑的措施：減小氣氛壓力（如真空）；較小Do（細(xì)粉末與粒度組成，較高的壓制壓力）；提高γ（活化）。2.燒結(jié)擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力空位濃度梯度平衡空位的濃度差即過(guò)?？瘴粷舛?，其梯度將引起燒結(jié)頸表面下微小區(qū)域的空位向球體內(nèi)擴(kuò)散，從而造成原子朝相反方向遷移，使頸得以長(zhǎng)大。3.燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力—飽和蒸氣壓差顆粒表面（凸面）與燒結(jié)頸表面之間將存在更大的蒸汽壓力差，將導(dǎo)致物質(zhì)向燒結(jié)頸遷移。第三節(jié)：燒結(jié)機(jī)構(gòu)1.燒結(jié)機(jī)構(gòu)的內(nèi)涵及分類內(nèi)涵：研究燒結(jié)過(guò)程中各種可能的物質(zhì)遷移方式及速率。燒結(jié)機(jī)構(gòu)的分類：（描述物質(zhì)遷移通道和過(guò)程進(jìn)行速度）1）表面遷移：S—Sa.表面擴(kuò)散：球表面層原子向頸部擴(kuò)散。低溫時(shí)，表面擴(kuò)散起主導(dǎo)作用而在高溫下，讓位于體積擴(kuò)散，細(xì)粉末的表面擴(kuò)散作用大。粉末愈細(xì)，比表面愈大，表面的活性原子數(shù)愈多，表面擴(kuò)散就愈容易進(jìn)行。b.蒸發(fā)-凝聚：表面層原子向空間蒸發(fā)，借蒸汽壓差通過(guò)氣相向頸部空間擴(kuò)散，沉積在頸部。2）宏觀遷移：V—Va.體積擴(kuò)散：借助于空位運(yùn)動(dòng)，原子等向頸部遷移?？瘴粷舛忍荻染褪菍?dǎo)致空位或原子定向移動(dòng)的動(dòng)力。b.粘性流動(dòng)：非晶材料在剪切應(yīng)力作用下，產(chǎn)生粘性流動(dòng)，物質(zhì)向頸部遷移。粘性流動(dòng)為燒結(jié)的物質(zhì)遷移機(jī)構(gòu)。c.塑性流動(dòng)：燒結(jié)溫度接近物質(zhì)熔點(diǎn)，當(dāng)頸部的拉伸應(yīng)力大于物質(zhì)的屈服強(qiáng)度時(shí)，發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致物質(zhì)向頸部遷移。d.晶界擴(kuò)散：晶界為快速擴(kuò)散通道。原子沿晶界向頸部遷移。e.位錯(cuò)管道擴(kuò)散：位錯(cuò)為非完整區(qū)域，原子易于沿此通道向頸部擴(kuò)散，導(dǎo)致物質(zhì)遷移。2.綜合作用燒結(jié)理論關(guān)于燒結(jié)機(jī)構(gòu)理論的應(yīng)用：在某一燒結(jié)期間，很可能有幾種機(jī)構(gòu)同時(shí)起作用。具體的主導(dǎo)燒結(jié)機(jī)構(gòu)取決于粉末材質(zhì)，粉末粒度，粉末顆粒的致密程度，表面狀態(tài)，活化與否，燒結(jié)溫度和燒結(jié)氣氛。第四節(jié)：?jiǎn)卧捣勰Y(jié)1.單元系燒結(jié)：純金屬或固定化學(xué)成分的化合物或均勻固溶體的粉末在固態(tài)下的燒結(jié)，過(guò)程中不出現(xiàn)新的組成物或新相，也不發(fā)生凝聚狀態(tài)的改變（不出現(xiàn)液相）。2.燒結(jié)體顯微組織的變化：1）孔隙變化：隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，總孔隙數(shù)量減少，而孔隙平均尺寸增大；最小孔隙消失，而大于一定臨界尺寸的孔隙長(zhǎng)大并合并。2）再結(jié)晶與晶粒長(zhǎng)大：再結(jié)晶與燒結(jié)的主要階段即致密化過(guò)程同時(shí)發(fā)生，這時(shí)原子重新排列、形成新晶核并長(zhǎng)大，或者借助晶界移動(dòng)使晶粒合并，總之是以新的晶粒代替舊的，并伴隨晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象。粉末燒結(jié)材料的再結(jié)晶方式分為：顆粒內(nèi)再結(jié)晶（只有壓制壓力很高，顆粒變形程度極大時(shí)，整個(gè)顆粒內(nèi)才可能同時(shí)進(jìn)行再結(jié)晶）和顆粒間聚集再結(jié)晶（指燒結(jié)顆粒間界面通過(guò)再結(jié)晶形成晶界，而且向兩邊顆粒內(nèi)移動(dòng)，這時(shí)顆粒合并，稱為顆粒聚集再結(jié)晶。）燒結(jié)材料的晶粒尺寸細(xì)小原因有三：孔隙對(duì)晶界遷移的阻礙、第二相的作用和晶界溝的影響。在多晶材料內(nèi)，露出晶體表面的晶界形成所謂晶界溝。粉末燒結(jié)材料的再結(jié)晶同致密材料比較的特點(diǎn)：1）粉末燒結(jié)材料中如有較多的氧化物、孔隙及其它雜質(zhì)，則聚晶長(zhǎng)大受阻，故組織的晶粒較細(xì)；相反，粉末純度愈高，晶粒長(zhǎng)大趨勢(shì)也愈大。2）燒結(jié)材料中晶粒顯著長(zhǎng)大的溫度較高，僅當(dāng)粉末壓制采用極高壓力時(shí)，才明顯降低。3）粉末粒度影響聚晶長(zhǎng)大。4）燒結(jié)金屬在臨界變形程度下，再結(jié)晶后晶粒顯著長(zhǎng)大的現(xiàn)象不明顯，而且晶粒沒有明顯的取向性。3.影響燒結(jié)過(guò)程的因素對(duì)燒結(jié)起促進(jìn)或阻礙作用，或者對(duì)物質(zhì)遷移起加速或延緩作用的各種因素，是通過(guò)下面的一種或幾種方式起作用的：（1）改變顆粒間的接觸面積或接觸狀態(tài)；（2）改變物質(zhì)遷移過(guò)程的激活能；（3）改變參與物質(zhì)遷移過(guò)程的原子數(shù)目；（4）改變物質(zhì)遷移的方式或途徑。主要從四個(gè)方面討論影響燒結(jié)因素：1.結(jié)晶構(gòu)造與異晶轉(zhuǎn)變比較立方、六方和四方晶系的金屬粉末的燒結(jié)行為，可發(fā)現(xiàn)燒結(jié)起始溫度是隨點(diǎn)陣對(duì)稱性的降低而增高的。2.粉末活性表面活性：取決于粉末的粒度、粒形（即粉末的比表面大?。＞Ц窕钚裕喝Q于晶粒大小、晶格缺陷、內(nèi)應(yīng)力等其他條件相同時(shí)，粉末愈細(xì)，兩種活性同時(shí)提高。3.外來(lái)物質(zhì)：主要是粉末表面的氧化物和燒結(jié)氣氛的影響。粉末表面的氧化物：如果在燒結(jié)過(guò)程中能被還原或溶解在金屬中，當(dāng)氧化層小于一定厚度時(shí)，對(duì)燒結(jié)有促進(jìn)作用；但如果表面氧化物層太厚或不能被還原，反將阻礙燒結(jié)進(jìn)行。燒結(jié)氣氛：難還原的金屬粉末燒結(jié)所需氣氛的還原性要強(qiáng)（氧分壓低，濕度低），真空燒結(jié)對(duì)于多數(shù)金屬的燒結(jié)都有利，但真空燒結(jié)使金屬的揮發(fā)損失增大，成分改變，而且容易造成產(chǎn)品變形。燒結(jié)氣氛中添加活性成分能活化某些粉末的燒結(jié)氣氛中氧的分壓對(duì)氧化物材料的燒結(jié)影響最明顯。注：在濕氫或氮、氬等惰性氣體中燒結(jié)氧化物能降低燒結(jié)溫度。4.壓制壓力：壓制密度、壓制殘余應(yīng)力、顆粒表面氧化膜的變形或破壞、壓坯孔隙中氣體等。第五節(jié)：多元系固相燒結(jié)1.互溶系固相燒結(jié)組分互溶的多元系固相燒結(jié)有三種情況：（1）均勻固溶體粉末的燒結(jié)；（2）混合粉末的燒結(jié)；（3）燒結(jié)過(guò)程固溶體分解。合金化：在這一體系中互擴(kuò)散(特別是偏擴(kuò)散現(xiàn)象造成微孔減小擴(kuò)散有效通道)影響合金化均勻程度。影響混合粉壓坯的合金化過(guò)程的因素：1）燒結(jié)溫度：↑T，原子擴(kuò)散速度增加，F(xiàn)↑2）燒結(jié)時(shí)間：元素?cái)U(kuò)散距離大長(zhǎng)，t↑，F(xiàn)↑3）粉末粒度：細(xì)粉末的活性高，擴(kuò)散距離短均勻化時(shí)間縮短影4）壓坯密度：在粉末顆粒形狀和粒度組成相同時(shí)壓坯密度提高有利于顆粒間的相互接觸程度擴(kuò)大物質(zhì)擴(kuò)散有效界面，F(xiàn)↑5）粉末原料：部分預(yù)合金化粉末降低擴(kuò)散活化能壘，F(xiàn)↑6）雜質(zhì)：Si,Mn雜質(zhì)易形成穩(wěn)定氧化物，阻礙元素?cái)U(kuò)散2.互不固溶系固相燒結(jié)假合金：組元間不互溶且無(wú)反應(yīng)的合金。1）燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)（1）互不溶系固相燒結(jié)幾乎包括了用粉末冶金方法制造的一切典型的復(fù)合材料-基體強(qiáng)化材料和利用組合效果的金屬陶瓷材料。（2）互不溶系的燒結(jié)溫度由粘結(jié)相的熔點(diǎn)決定。（3）復(fù)合材料及假合金通常要求在接近致密狀態(tài)下使用，因此在固相燒結(jié)后，一般需要采用復(fù)合工藝進(jìn)一步提高密度和性能。（4）當(dāng)復(fù)合材料接近完全致密時(shí)，有許多性能同組分的體積含量之間存在線性規(guī)律，稱為“加和”規(guī)律。（5）當(dāng)難熔組分含量很高，粉末混合均勻有困難時(shí)，可采用復(fù)合粉或化學(xué)混料方法。（6）互不溶系內(nèi)不同組分顆粒間的結(jié)合界面，對(duì)材料的燒結(jié)性以及強(qiáng)度影響很大。2）熱力學(xué)條件：A-B系必要條件：γAB<γA+γB充分條件：若γAB>|γA-γB|界面能大于兩組份單獨(dú)存在時(shí)能量之差可以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)，但不太理想。γAB<|γA-γB|燒結(jié)比較理想因若γA》γB則B有可能附在A上均勻地形成B包裹層，燒結(jié)效果最好。第六節(jié)：液相燒結(jié)一、液相燒結(jié)技術(shù)的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1)加快燒結(jié)速度：液相的形成加快了原子遷移速度；在無(wú)外壓的情況下，毛細(xì)管力作用加快坯體收縮；液相的存在降低顆粒間的摩擦有利于顆粒重排列。2)晶粒尺寸可通過(guò)調(diào)節(jié)燒結(jié)工藝參數(shù)加以控制，便于優(yōu)化顯微結(jié)構(gòu)和性能。3)可制得全致密的P/M材料或制品，延伸率高。4)粉末顆粒的尖角處優(yōu)先溶于液相，易于獲得有效的顆粒間填充。不足之處：變形；當(dāng)燒結(jié)坯體液相數(shù)量過(guò)大或混合粉的粒度、混合不均勻時(shí)，易出現(xiàn)變形；收縮大，尺寸精度控制困難。二、液相燒結(jié)的定義和分類定義：燒結(jié)溫度高于燒結(jié)體系低熔組分的熔點(diǎn)或共晶溫度的多元系燒結(jié)過(guò)程或燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)液相的粉末燒結(jié)過(guò)程統(tǒng)稱為液相燒結(jié)。分類：1.瞬時(shí)液相燒結(jié)：在燒結(jié)中、初期存在液相，后期液相消失的燒結(jié)過(guò)程。特點(diǎn)：燒結(jié)中初期為液相燒結(jié)，后期為固相燒結(jié)。液相數(shù)量取決于成分（低熔點(diǎn)組分的含量）、粉末顆粒的粒度。提高瞬時(shí)液相燒結(jié)過(guò)程中的液相數(shù)量可采用：提高低熔點(diǎn)組分含量；高熔點(diǎn)組分顆粒粗（與液相接觸面積小，減小擴(kuò)散面積）。2.穩(wěn)定液相燒結(jié)：燒結(jié)過(guò)程始終存在液相的燒結(jié)過(guò)程。3.熔浸：多孔骨架的固相燒結(jié)和低熔點(diǎn)金屬滲入骨架后的液相燒結(jié)過(guò)程。特點(diǎn)：前期為固相燒結(jié)，后期為液相燒結(jié)。4.超固相線液相燒結(jié):液相在粉末顆粒內(nèi)形成，是一種在微區(qū)范圍內(nèi)比普通液相燒結(jié)更為均勻的燒結(jié)過(guò)程。三、液相燒結(jié)的條件液相燒結(jié)能否順利完成，取決于同液相性質(zhì)相關(guān)的三個(gè)基本條件：1.潤(rùn)濕性：液相必須潤(rùn)濕固相顆粒是液相燒結(jié)得以進(jìn)行的前提否則，產(chǎn)生反燒結(jié)現(xiàn)象。即燒結(jié)體系應(yīng)滿足γS=γSL+γLCOSθ(θ為潤(rùn)濕角)。當(dāng)θ=0，液相充分潤(rùn)濕固相顆粒，最理想的液相燒結(jié)條件。當(dāng)θ>90°，液相被推出燒結(jié)體，發(fā)生反燒結(jié)現(xiàn)象。在那些燒結(jié)氣氛與固相或液相組分間形成穩(wěn)定氧化物體系易出現(xiàn)。當(dāng)0<θ<90°，這是普通的液相燒結(jié)情況，燒結(jié)效果一般。2.溶解度：其結(jié)果是：1)有限的溶解可改善潤(rùn)濕性；2)增加液相的數(shù)量即體積分?jǐn)?shù)，促進(jìn)致密化；3)顆粒表面突出部位的化學(xué)位較高產(chǎn)生優(yōu)先溶解，通過(guò)擴(kuò)散和液相流動(dòng)在顆粒凹陷處析出，改善固相晶粒的形貌和減小顆粒重排的阻力；4)固相溶于液相，可借助液相進(jìn)行物質(zhì)遷移，加速燒結(jié)。3.液相數(shù)量：液相數(shù)量的增加有利于液相充分而均勻地包覆固相顆粒減小固相顆粒間的接觸機(jī)會(huì)對(duì)致密化有利。但過(guò)大的液相數(shù)量造成燒結(jié)體的解體，形狀保持性下降。一般將液相數(shù)量控制在燒結(jié)體體積的35%以內(nèi)。四、液相燒結(jié)階段和燒結(jié)機(jī)構(gòu)燒結(jié)階段：1.液相的流動(dòng)與