第三粉末材料的成形與固結

第三粉末材料的成形與固結第1頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三3.1粉末的成形與干燥

成形的理論基礎粉末的工藝性能粉末在壓力下的運動行為成形方法第2頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三成型：是說工件、產品經過加工后具有某種特定的、所需要的形狀；把東西按標準尺寸或規(guī)格完成的過程。成形：將松散的粉體加工成具有一定尺寸、形狀以及一定密度和強度的坯塊。第3頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

成形是將松散的粉體加工成具有一定尺寸、形狀以及一定密度和強度的坯塊。傳統(tǒng)的成形方法有模壓成形、等靜壓成形、擠壓成形、扎制成形、注漿成形和熱壓鑄成形等。近年來，由于各學科的交叉滲透以及膠體化學、表面活性劑化學的發(fā)展，出現了許多新的成型方法，如壓濾成形、注射成形、流延成形、凝膠鑄模成形和直接凝固成形等。第4頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三按粉料成形時的狀態(tài)，分類：成形壓力成形增塑成形料漿成形模壓成形等靜壓成形擠壓成形注射成形注漿成形熱壓鑄成形流延成形………………第5頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三顆粒密度粉末材料的理論密度，通常不能代表粉末顆粒的實際密度，因顆粒幾乎總是有孔；孔與顆粒外表面相通，稱開孔或半開口（一端相通）；顆粒內不與外表面相通的潛孔稱閉孔；第6頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三真密度：顆粒質量用除去開孔和閉孔的顆粒體積除得的商值。真密度實際就是粉末的固體密度。有效密度：顆粒質量用包括閉孔在內的顆粒體積去除得到的。用比重瓶法測得的密度接近這種密度，故又稱為比重瓶密度。表觀密度：顆粒質量用包括開孔和閉孔在內的顆粒體積除得的密度值。堆積密度：粉體材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質量。自然狀態(tài)下的體積，是指既含顆粒內部的孔隙，又含顆粒之間空隙在內的總體積。第7頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第8頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

粉末成形的理論基礎粉體的堆積與排列

理想球形顆粒的堆積類型、堆積密度和配位數第9頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

將大小均勻的球形顆粒粉末倒入容器時，即使顆粒進行面心立方或密排六方排列，堆積密度也較低,即小于74%。通過振動可以提高堆積密度，但是，即使采用最仔細的振動方式，最高的振實密度也僅能達到62.8%，并且平均配位數也低于12。

第10頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

細顆粒（-325目）對不銹鋼粗顆粒（-100+150目）松裝密度的影響

通常為了提高堆積密度，常在較大的均一顆粒之間加入較小的顆粒。當小顆粒粉末量增加時，粉體的松裝密度先增加然后降低。第11頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三1、松裝密度、振實密度2、流動性3、壓縮性4、成形性

粉末的工藝性能另外，工藝性能也主要取決于粉末的生產方法和粉末的處理工藝（球磨、退火、加潤滑劑、制粒等）。包括：第12頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三1、松裝密度與振實密度

不同粉末裝滿一定容積的質量是不同的，因此規(guī)定用松裝密度或振實密度來描述粉末的這種容積性質。松裝密度：粉末試樣自然填充規(guī)定的容器時，單位容器內粉末的質量，單位為g/cm3。(國標GB1478-84，GB5060-85)振實密度：將粉末裝于振動容器中，在規(guī)定條件下，經過振動后測得的粉末密度。（國標GB5162-85)

第13頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三松裝密度測定裝置一(a)裝配圖

(b)流速漏斗

(c)量杯

第14頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三松裝密度測定裝置二(1)漏斗(2)阻尼箱(3)阻尼隔板(4)量杯(5)支架第15頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第16頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第17頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三松裝密度取決于顆粒間的粘附力、相對滑動的阻力以及粉末體孔隙被小顆粒填充的程度。第18頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三2、流動性

50克粉末從標準的流速漏斗流出所需的時間，單位為s／50克，其倒數是單位時間內流出粉末的質量，俗稱為流速。第19頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三測量方法1

流動性采用前述測松裝密度的漏斗來測定。標準漏斗(又稱流速計)是用150目金剛砂粉末，在40秒內流完50克來標定和校準的。美國標準還規(guī)定用孔徑1／5英寸的標準漏斗測定流動性差的粉末。第20頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三測量方法2

采用粉末自然堆積角(又稱安息角)試驗測定流動性。讓粉末通過一粗篩網自然流下并堆積在直徑為l英寸的圓板上。當粉末堆滿圓板后，以粉末錐的高度衡量流動性，粉末錐的底角稱為安息角，也可作為流動性的量度。

錐愈高或安息角愈大，則表示粉末的流動性愈差，反之則流動性愈好。a第21頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三規(guī)律：

等軸狀(對稱性好)粉末、粗顆粒粉末的流動性好；粒度組成中，極細粉末占的比例愈大，流動性愈差，但是，粒度組成向偏粗的方向增大時，流動性變化不明顯。第22頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三3、壓縮性

代表粉末在壓制過程中被壓緊的能力。在標準的模具中在規(guī)定的潤滑條件下加以測定，用規(guī)定的單位壓力下粉末所達到的壓坯密度表示。通常也可以用壓坯密度隨壓制壓力變化的曲線圖表示。壓縮比：松裝粉末的高度與成型坯體高度之比。

第23頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三4、成形性成形性是指粉末壓制后，壓坯保持既定形狀的能力，用粉末得以成形的最小單位壓制壓力表示，或者用壓坯的強度來衡量。

壓制性：是壓縮性和成形性的總稱。

第24頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三規(guī)律：

成形性好的粉末，往往壓縮性差；相反，壓縮性好的粉末，成形性差。例如松裝密度高的粉末，壓縮性雖好，但成形性差；細粉末的成形性好，而壓縮性卻較差。第25頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三成型工藝主要有：剛性模具中粉末的壓制（模壓）彈性封套中粉末的等靜壓粉末板條滾壓以及粉末擠壓等粉末在壓力下的運動行為第26頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三壓制過程的三個階段：

第一階段：首先粉末顆粒發(fā)生位移（滑動與轉動）與重排，顆粒間的架橋現象被部分消除且顆粒間的接觸程度增加；第27頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第28頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

第二階段：顆粒發(fā)生彈塑性變形，塑性變形的大小取決于粉末材料的延性。但是，同樣的延性材料在一樣的壓力下，并不一定得到相同的坯體密度，還與粉末的壓縮性能有關；彈性變形顆粒間的接觸應力≤材料彈性極限塑性變形顆粒接觸應力≥材料的屈服強度點接觸處局部→面接觸處局部→整體斷裂第29頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第30頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

第三階段：顆粒斷裂。不論是原本脆性的粉體如陶瓷粉末、還是在壓制過程中產生加工硬化的脆化粉體，都將隨著施加壓力的增加發(fā)生脆性斷裂形成較小的碎塊。第31頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三脆性粉末點接觸應力>斷裂強度→斷裂塑性粉末點接觸應力>屈服強度→塑性變形→加工硬化→脆化→斷裂第32頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

在壓制過程中，隨著壓力的增加，粉體的密度增加、氣孔率降低。對壓力與密度或氣孔率的關系進行了大量的研究，試圖在壓力與相對密度之間推導出定量的數學公式。目前已經提出的壓制壓力與壓坯密度的定量公式（包括理論公式和經驗公式）有幾十種之多。壓坯密度與壓制壓力的關系第33頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第34頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第35頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

粉末壓制理論的一些理論公式和經驗公式第36頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三黃培云院士1938年畢業(yè)于清華大學化學系，1945年獲美國麻省理工學院（MIT）科學博士學位，1946年底毅然回國工作。他是中南礦冶學院創(chuàng)始人之一，曾歷任中南礦冶學院副院長、中國科學院礦冶研究所副所長、中南工業(yè)大學粉末冶金研究所所長、湖南省科協(xié)主席等職，1994年，當選中國工程院院士。第37頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三Mg2Si塊體的相對密度與熱壓壓力的關系例：第38頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三熱壓Mg2Si塊體的Heckel圖

Heckel（黑克爾）方程第39頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三熱壓Mg2Si塊體的Kawakita圖

Kawakita（川北公夫）方程第40頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三總壓力P凈壓力P凈壓力損失P損失側壓力P側模壁摩擦力P摩內摩擦力P內摩彈性力P彈壓制過程中力的分析第41頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三側壓系數摩擦系數第42頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三當壓坯截面積與高度之比為一定值時，尺寸越大，則與模壁不接觸的顆粒數越多，即不受外摩擦力影響的粉末顆粒百分數越多。故壓坯尺寸越大，消耗于克服外摩擦的壓力損失就相應減小。第43頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第44頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三脫模壓力：使壓坯由模中脫出所需的壓力。它與壓制壓力、粉末性能、壓坯密度和尺寸、壓模和潤滑劑有關。第45頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三彈性后效：在壓制過程中，當除去壓制壓力并把壓坯壓出壓模之后，由于內應力的作用，壓坯會發(fā)生彈性膨脹。第46頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三壓坯強度：表征壓坯抵抗破壞的能力，即顆粒間的粘結強度；影響因素：顆粒間的結合強度、顆粒表面的粗糙度、顆粒形狀、顆粒表面潔凈程度、壓制壓力、顆粒的塑性、成形劑第47頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

成形方法模壓成形溫壓成形等靜壓成形軟模成形高能成形擠壓成形扎膜成形注射成形車坯成形注漿成形熱壓鑄成形流延法成形壓力滲濾工藝與離心成形凝膠鑄模成形直接凝固成形壓力成形增塑成形漿料成形第48頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三壓力成形-（1）模壓成形步驟：原料準備（粉末退火、混合、篩分、制粒、添加潤滑劑和成形劑）裝模加壓保壓脫模第49頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三粉末退火：使氧化物還原、降低碳及其它雜質、提高粉末純度。退火溫度：（0.5-0.6）Tm原料準備第50頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第51頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三粉末混合：兩種或兩種以上不同成分的粉末混合均勻的過程。合批：將成分相同而粒度不同的粉末進行混合。混合方法：機械法（球磨機、振動攪拌機、V型混合器……）、化學法機械法：干混、濕混（水、酒精、汽油、丙酮）第52頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三制粒（造粒）：將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F粒，目的是改善粉末的流動性，以使粉末能順利充填模腔。常用方法：普通造粒、加壓造粒、噴霧干燥法第53頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三成形劑：為改善粉末成形性能的一些添加物。第54頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三常見成形劑：合成橡膠、石蠟、聚乙烯，酵、乙二脂、松香、淀粉、甘油、凡土林、樟腦、油酸等；第55頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三潤滑劑

為降低粉末與模壁和模沖間的摩擦、改善密度分布、減少壓模磨損和有利于脫模的一些添加物。常見潤滑劑：硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、硬脂酸鋰、硬脂酸鈣、硬脂酸鋁、硫磺、二硫化鉬、石墨粉和機油；第56頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三加壓：單向加壓、雙向加壓

成形壓力的大小直接影響壓坯的燒結密度和燒結收縮率。加壓速度、保壓時間均影響壓坯質量。

脫模壓力：把坯體從模具中卸出所需的壓力。第57頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三側壓力：壓制過程中模壁給壓坯一個大小相等、方向相反的反作用力。外摩擦力（摩擦壓力損失）：粉末與模壁之間由于側壓力的作用產生的摩擦力。側壓力和外摩擦力的存在對壓制過程和壓坯質量具有重要影響?？衫媚Σ亮頊p小壓坯密度分布不均勻性。第58頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第59頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

用帶摩擦芯桿的壓模進行壓制時，如只潤滑可動芯桿，則出現密度沿高度方向急劇降低的現象（線1）。這時，粉末由于與陰模壁的摩擦會引起壓坯密度沿高度的降低，而經潤滑后的芯桿因摩擦力極小不會引起粉末層的移動。只潤滑模壁時，情況相反（線2），沒有潤滑的芯桿運動時會帶動粉末顆粒向下移動，使得壓坯密度隨著與模沖端面的遠離而增加。不采用潤滑劑（線3），密度分布得比較均勻；而當對芯桿和陰模都進行潤滑時，密度沿高度的變化非常?。ň€4），這是由于內外層粉末顆粒自由移動所致。第60頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三(2)溫壓成形

WarmPressing/Compaction溫壓技術是由Hoeganaes公司發(fā)展起來的一項新技術，可生產出高密度、高強度，具有非常廣泛的應用前景。溫壓技術就是采用特制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動控制在±2.5℃以內，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進行壓制、燒結而制得粉末冶金零件的技術。其技術關鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)設計。第61頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三粉末原料（擴散粘結鐵粉+新型潤滑劑）

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粉末加熱（130℃）

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陰模裝粉（130-150℃）

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溫壓

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溫壓壓坯

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燒結

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溫壓零部件溫壓工藝第62頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三溫壓特點：1)低成本制造高性能粉末冶金零部件；2)壓坯密度高;相對密度提高0.02-0.06，即孔隙度降低2-6%3)便于制造形狀復雜的零部件;低的脫模壓力，↓30%高的壓坯強度，↑25-100%彈性后效小，↓50%密度分布均勻，密度差↓0.1-0.2g/cm3第63頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三4)零件強度高(同質、同密度);5)零件表面質量高;6)壓制壓力降低;溫壓保持了傳統(tǒng)模壓的高效、高精度優(yōu)勢提高了鐵基零部件的性能和服役可靠性拓寬了部件的應用范圍被譽為“導致鐵基粉末冶金技術革命的新技術”第64頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三（3）三軸壓制三軸壓制=周壓+軸壓優(yōu)點：壓坯孔隙小，高密度，高強度第65頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三（4）等靜壓成形Isostaticpressing將待壓試樣置于高壓容器中，利用流體介質不可壓縮性和均勻傳遞壓力的性質從各個方向對試樣進行均勻加壓。當液體介質通過壓力泵注入壓力容器時，其壓強大小不變且均勻地傳遞到各個方向。此時高壓容器中的粉料在各個方向上受到的壓力是均勻和大小一致的。壓制坯體受力均勻，密度分布均一。第66頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三粉料裝入橡膠等可變形的容器中，密封放入液壓油或水等流體介質中，加壓獲得所需要的形狀。優(yōu)點：粉料不需要加粘結劑、坯體密度均勻性好、制品尺寸不受限制、燒結性能好缺點：僅適用于簡單形狀制品，形狀和尺寸控制性差，生產率低，難于自動化生產第67頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三加壓橡膠袋在高壓容器中封緊，加料后置于壓力室中，加壓成形后退出脫模。優(yōu)點;模具不與加壓液直接接觸，可以減少模具的移動，不需要調整容器中的液面和排除多余的空氣，可實現連續(xù)等靜壓。缺點：只是在粉料周圍受壓，粉體的頂部和底部無法受壓。只適用于大量壓制同一類型簡單產品，如管子、圓柱等。第68頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三等靜壓系統(tǒng)：高壓容器、高壓泵、高壓管道、高壓閥門、高壓表、彈性模具模具材料要求：能均勻伸長、展開，不易開裂也不能太硬，能耐液體介質作用常用：橡膠、乳膠、塑料橡膠乳膠受高壓后易變形，成本高；塑料易制作，受壓變形不大，成本較低第69頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三軟模成形將橡膠、塑料等制作成軟模，將粉末裝入其中，再將軟模置于鋼模中，加壓，達到“等靜壓”的目的。生產效率不高，但可制造高密度、異形制品。第70頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三（5）高能成形（爆炸成形）第71頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

成形方法模壓成形溫壓成形等靜壓成形軟模成形高能成形擠壓成形扎膜成形注射成形車坯成形注漿成形熱壓鑄成形流延法成形壓力滲濾工藝與離心成形凝膠鑄模成形直接凝固成形壓力成形增塑成形漿料成形第72頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三增塑成形-（1）擠壓成型

擠壓成形(Extrusionmolding)又稱擠制或擠出成形，是利用壓力把具有塑性的粉料通過模具擠出來成形的，模具的形狀就是成形坯體的形狀?？缮a柱狀、纖維狀、空心管狀及厚板狀坯體，要求粉體具有可塑性，成形后能保持原形或形變小。適合粘土質陶瓷材料，對于非粘土質陶瓷粉料或金屬粉料可通過引入有機塑性粘結劑（增塑劑）而獲得可擠壓性。第73頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第74頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三（2）扎膜成形（滾壓成形、輥壓成形、粉末軋制）

Rollcompacting成形膜片最薄可達10μm，長度原則上不受限制，密度均勻第75頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三水平軋制垂直軋制第76頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第77頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第78頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三擋頭沖頭楔形壓制：可軋制較厚帶材，壓坯密度分布均勻。第79頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第80頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三（3）注射成形粉末注射（注?；蜃⑺埽┏尚危↖njectionmolding)是從塑料的注射成形工藝借鑒來的，它比塑料的注射成形復雜。注射成形是把粉料與熱塑性樹脂等有機物混煉后得到的混合料，在注射機上于一定溫度和壓力下高速注入模具，迅速冷凝后脫模取出坯體。注射時間為數十秒，脫脂后素坯體密度可達60%。第81頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第82頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第83頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第84頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第85頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第86頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第87頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三優(yōu)點：適合大批量生產，成本低，成品最終尺寸可控，易于經濟地制作具有不規(guī)則表面、孔道等復雜形狀的制品。缺點：脫脂時間長（可達100小時以上），澆口封凝后內部不均。第88頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三漿料成形-(1)注漿成形注漿成形（Slipcasting)也稱粉漿澆注，是最古老的成形工藝。基于多孔石膏模具能夠吸收水分的物理特性，將粉料配成具有流動性的泥漿，然后注入多孔模具內（主要為石膏模），水分在被模具（石膏）吸入后便形成了具有一定厚度的均勻泥層，脫水干燥過程中同時形成具有一定強度的坯體。第89頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第90頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第91頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第92頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三優(yōu)點：不使用壓力和鋼制模具，可制造大而復雜的制品，設備簡單。缺點：生產周期長，生產效率低。第93頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三（2）熱壓鑄成形熱壓鑄成形（Hotpressingcasting)是陶瓷成形常用的方法之一。成形時，先將粉料與蠟或有機高分子粘結劑混合、加熱，使混合料具有一定流動性，然后將混合料加壓注入模具，冷卻后即可得到致密、較硬實的坯體。優(yōu)點：適用于形狀比較復雜的部件，易于工業(yè)化生產。缺點：坯體含蠟較高（約23%），燒成排蠟周期長，薄壁大而長的制品易變形翹曲。第94頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三（3）流延法成形又稱刮刀法或帶式法可獲得10μm厚度以下的陶瓷膜原理：將超細粉料中混入適當的粘結劑制成流延漿料，然后通過固定的流延嘴及依靠料漿自身的自重，將漿料刮成薄片狀，流在一條水平移動的環(huán)形鋼帶上。經過烘干，得到薄膜坯體。第95頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第96頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第97頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三（4）壓力滲濾Pressingfiltration是在注漿成形基礎上發(fā)展起來的，可避免一般工藝中發(fā)生的超細粉體團聚和重力再團聚現象，基本原理是料漿通過靜壓讓模腔內液態(tài)介質通過多孔模壁排除，使粉料固化成坯體，可獲得較高的生坯密度。第98頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

凝膠鑄模成型是近年來提出的一種新型成型技術，它是把陶瓷粉體分散于含有有機單體的溶液中形成泥漿，然后將泥漿填充到模具中，在一定溫度和催化劑條件下有機單體發(fā)生聚合，使體系發(fā)生膠凝，這樣模內的料漿在原位成型。經干燥后可得到強度較高的坯體。（5）凝膠鑄模成形第99頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三水有機單體交聯(lián)劑預混液粉末分散劑泥漿催化劑引發(fā)劑澆注凝膠脫模干燥排有機物燒結最終制品檢查凝膠鑄模成型工藝第100頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三優(yōu)點：收縮小，生坯強度高，粘結劑用量小，可成形復雜部件；缺點：坯體干燥緩慢（可達100-200小時），料漿均勻分散難第101頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三（6）直接凝固成形Directcoagulationcasting，DCC結合膠體化學與生物化學，利用膠體顆粒的靜電或位阻效應，制備出固相體積分數高、分散性好的懸浮體或料漿，同時引入延遲反應的催化劑。料漿注入模具后，通過料漿中的催化反應，使泥漿聚沉成形。第102頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三陶瓷粉料燒結助劑反絮凝劑分散劑分散良好高固相體積分散的漿料注入模型脫模燒結最終制品直接凝固成型第103頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三壓坯的干燥與脫脂：提高坯體強度，縮短燒成周期，避免燒成缺陷，提高產品質量。壓坯干燥：物理排水的過程（排除游離水和部分吸附水）干燥制度：主要指干燥各階段的干燥速度干燥方法：自然干燥、熱空氣干燥、微波、紅外、綜合干燥第104頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三脫脂與排蠟：排除壓坯中的各種有機物方法：將坯體埋入疏松、惰性粉料（即吸附劑，如氧化鋁），升溫加熱合理的溫度制度是關鍵第105頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三3.2粉末燒結燒結（燒成）是陶瓷和粉末冶金工藝中最重要的工序。燒結燒結原理燒結驅動力燒結時的物質遷移燒結的基本過程影響燒結的因素燒結工藝第106頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三燒結：指在高溫作用下，坯體發(fā)生一系列物理化學變化，由疏松狀態(tài)逐漸致密化，且機械強度大大提高的過程?；蚨x為：燒結是指粉末或壓坯在低于主要組分熔點的溫度下借助于原子遷移實現顆粒間聯(lián)結的過程。燒結目的：依靠熱激活作用，原子發(fā)生遷移，粉末顆粒形成冶金結合。Mechanicalinterlockingorphysicalbonging

→Metallurgicalbonding燒結定義第107頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三燒結過程的物理化學變化包括有機物的揮發(fā)、坯體內應力的消除、氣孔率減?。辉跓Y氣氛作用下粉末顆粒表面氧化物的還原、原子擴散、粘性流動和塑性流動；燒結后期還可能出現二次再結晶和晶粒長大等；生成液相時，還可能發(fā)生固相溶解與析出。第108頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三根據燒結過程中有無液相產生，將燒結分為固相燒結和液相燒結；固相燒結：燒結溫度低于所有組分的熔點；液相燒結：燒結溫度低于主要組分的熔點但高于次要組分的熔點，如WC-Co合金，W-Cu-Ni合金。燒結分類第109頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三單元系燒結：純金屬或化合物（如Al2O3、B4C、MoSi2）以及均勻單相固溶體的燒結；多元系燒結：多種粉末的燒結，分為兩種情況：混合粉末，即多組分、多物相混合的粉末；燒結過程中的固溶體分解。第110頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第111頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三燒結過程分類第112頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第113頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三燒結原理1、燒結驅動力燒結的驅動力為體系的表面能和缺陷能；粉體越細，表面積越大，表面能越高；缺陷能：晶格畸變或空位缺陷所貯存的能量；粉體越細，活性越高，燒結驅動力越大；故：燒結實際是體系表面能和缺陷能降低的過程，通常體系能量的降低靠高溫熱能激活下的物質傳遞過程。第114頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第115頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三2、燒結時的物質遷移燒結過程的傳質機理很復雜，目前主要有四種分類:(1)粘塑性流動過程;(2)擴散過程，包括體積、表面和界面擴散;(3)蒸發(fā)-凝結過程;(4)溶解-沉析過程。固相燒結過程，主要出現(2)、（3）過程；固-液相燒結主要出現（1）、（4）過程；復雜燒結體系，則四種情況并存。第116頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三

表面遷移由物質在顆粒表面流動引起，表面擴散和蒸發(fā)-凝聚是主要的表面遷移機制；燒結體的基本尺寸不發(fā)生變化，密度保持原來的大小。

物質遷移包括體積擴散、塑性流動以及非晶物質的粘性流動；引起燒結體基本尺寸的變化；主要發(fā)生在燒結的后期。第117頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三3、燒結的基本過程（1）初期燒結頸形成：通過形核、長大等原子遷移過程，顆粒間的原始接觸點或面轉變成晶粒結合，形成燒結頸；（2）中間燒結頸長大階段：原子向顆粒粘結面的大量遷移使燒結頸擴大，顆粒間距縮小，孔隙的結構變光滑，形成連續(xù)的孔隙網絡。該階段可用燒結體的致密化和晶粒長大來表征。---最重要階段（3）最終燒結階段：孔隙孤立、球化及收縮。----該過程緩慢第118頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第119頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三4、影響燒結的因素燒結氣氛、壓力、添加劑、物相組成、初始密度等。第120頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三5、燒結過程的致密化實驗規(guī)律燒結溫度升高收縮率增大燒結時間延長收縮率增大粉末粒度越細收縮率越高壓制壓力越高燒結體密度越高壓制壓力越高燒結體密度增大的幅度越小粉末越細致密化速率越快第121頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三T1T2T3T1T2T3>>收縮率%時間燒結溫度升高收縮率增大第122頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三收縮率%粒度粉末粒度越細收縮率越高第123頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三密度壓力壓制壓力越高燒結體密度越高第124頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三密度時間P1P2P3P1P2P3>>壓制壓力越高燒結體密度增大的幅度越小第125頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三密度時間d1d2>d1d2粉末越細致密化速率越快第126頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三燒結技術燒結爐： 加熱方式：火焰加熱--各類工業(yè)爐窯 電加熱--電阻加熱、感應加熱 加熱溫度與發(fā)熱體燒結氣氛：氧化、還原、惰性、真空燒結材料：金屬、氧化物陶瓷、特種陶瓷第127頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三第128頁，共138頁，2023年，2月20日，星期三無壓燒結加壓燒結（1）熱壓（Hot-Pre