粉末成形资料
合集下载
粉末成形技术
2.1.6 制粒
喷雾干燥制粒 在密封系统 中完成，包括四个阶段 ① 料浆雾化 ② 液滴群与加热介质接触 ③ 液滴群干燥
④ 料粒与加热介质分离
喷雾干燥制粒的优点 制备的料粒形状规则、 粒度均匀、流动性好，可 降低压坯的废品率。
§2.2 压制成形技术
压制成形
先将粉末混合料装入阴模中，通过模冲对粉末加压，然后卸 压脱模，得到具有一定形状、尺寸压坯的过程。
(4) 成形剂、润滑剂的添加方式
混料过程中加入 如硬脂酸可与粉末一起混合
混料后以溶液形式加入 如石蜡或合成橡胶，先溶于汽油或酒精 中，再掺入料浆或干混合料中，压制前需使汽油或酒精挥发
(5) 成形剂、润滑剂的添加量 与粉末的种类、粒度大小、压制压力、形状因素、摩擦表面积等因 素有关。 一般来说，细粉所需的成形剂、润滑剂添加量大于粗粉。
2.1.3 混料（混合）
(1) 机械法混料
机械混合装置
混合方式
球磨机、V形混料机、锥形混料机、螺旋混料机等
干混、湿混
混合均匀程度取决于以下因素 混合组元的颗粒大小及形状、组元 的相对密度、混合时所用介质特性、混合设备及混合工艺参数（如装 料量、球料比、转速和时间等） 应用 广泛用于硬质合金、结构粉末材料和其它粉末材料的制备
容量法：适合自动压制（对粉末相关性能要求高）
工序二：装料（手工装料、自动装料） 装料的基本要求
① 保证粉料重量在允许 误差范围内 ② 装料均匀，各处装填 系数相同
③ 多台阶压坯需严格控 制各料腔的装填高度
（手工装料时，不能过分振动阴模， 防止比重轻的组元上浮产生偏析， 并需注意边角处的填充）
常用自动装料方式
下顶出式脱模：手动压制中常用 上顶出式脱模：自动压制中常用
粉末冶金的主要成形方法
模压成形
热压成形
温粉料在常温下、在封闭的钢模中、按规定的压力 下(一般为150～600MPa)、在普通机械式压力机或自动液压机 上将粉料制成压坯的方法。当对压模中的粉末施加压力后，粉 末颗粒间将发生相对移动，粉末颗粒将填充孔隙，使粉末体的
体积减小，粉末颗粒迅速达到最紧密的堆积。
温压成形
温压成形的基本工艺过程是将专用金属或合金粉末与聚合 物润滑剂混合后，采用特制的粉末加热系统、粉末输送系
统和模具加热系统，升温到75～150℃，压制成压坯，再
经预烧、烧结、整形等工序，可获得密度高至7.2～ 7.5g/cm3的铁基粉末冶金件。
温压成形的工艺流程
温压装置及其温度分布系统示意图
模压成形
模压成形工装设备简单、成本低，但由于压力分布不均匀， 会使压坯各个部分的密度分布不均匀而影响制品零件的性 能，适用于简单零件、小尺寸零件的成形。但普通模压成 形仍然是粉末冶金行业中最常见的一种工艺方法，通常经 历称粉、装粉、压制、保压、脱模等工序。
模压成形的基本步骤
A-装粉；b-压制；c-脱模
粉末冶金的主要成形方法
粉末成形是将松散的粉末体加工成具有一定尺寸、形状、 密度和强度的压坯的工艺过程，它可分为普通模压成形和 非模压成形两大类。普通模压成形是将金属粉末或混合粉 末装在压模内，通过压力机加压成形，这种传统的成形方 法在粉末冶金生产中占主导地位；非模压成形主要有等静 压成形、连续轧制成形、喷射成形、注射成形等。
热压模可选用高速钢及其他耐热合金，但使用温度应在 800℃以下。当温度更高(1500～2000℃)时，应采用石墨 材料制作模具，但承压能力要降低到70MPa以下。热压成 形加热的方式分为电阻间接加热式、电阻直接加热式、感 应加热式三种。为了减少空气中氧的危害，真空热压机已 得到广泛应用。
粉末成形与烧结讲义-第二部分
8. 1971年左右，是烧结理论的扩展及其第二个层面的纵向理论研究的 深入，Samsonov以他的价电子稳定组态模型解释活化烧结现象； Lenel提出塑性流动物质迁移机制的新概念；Rhines提出了烧结的 拓扑理论；库钦斯基等人给出烧结的统计理论等。
烧结为什么会发生？烧结是怎么样进行的？
一、烧结的基本过程
5. 1938年，Price、Smithells相Williams首先研究了液相烧结的溶解析出现 象，提出相烧结过程是以小颗粒溶解和溶质在大颗粒上析出沉积而实现致 密化的。
6. 1945年费仑克尔发表粘性流动烧结理论的著名论文，这标志着烧结 理论进入一个新的发展时期。
7. 1949年，Kucsynskl（库钦斯基）发表了题为“金属颗粒烧结过程 中的自扩散”的论文，运用球—板模型，建立了烧结初期烧结颈长 大过程中体积扩散、表面扩散、晶界扩散、蒸发凝聚的微观物质迁 移机制，奠定了第一个层面上的烧结扩散理论的基础。
(2)烧结体内孔隙的总体积和总表面积减小；
•表面能比晶格畸变能小，如极细粉末的表面能为几百J／mol，而晶格畸变能 高达几千J／mol，但是，实际上烧结体总是具有更多热平衡缺陷的多晶体， 因此，烧结过程中品格畸变能减少的绝对值，相对于表面能的降低仍然是次要 的，烧结体内总保留一定数量的热平衡空位、空位团相位错网。
2. 孔隙体积和空隙总数的减少以及孔隙的形状变化。由于烧结颈，颗粒 间原来相互连通的孔隙逐渐收缩成闭孔，然后逐渐变圆。在孔隙性质 和形状发生变化的同时，孔隙的大小和数量也在改变，即孔隙个数减 少，而平均孔隙尺寸增大，此时小孔隙比大孔隙更容易缩小和消失。
(1)粘结阶段——烧结初期，颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通 过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈；
烧结为什么会发生？烧结是怎么样进行的？
一、烧结的基本过程
5. 1938年，Price、Smithells相Williams首先研究了液相烧结的溶解析出现 象，提出相烧结过程是以小颗粒溶解和溶质在大颗粒上析出沉积而实现致 密化的。
6. 1945年费仑克尔发表粘性流动烧结理论的著名论文，这标志着烧结 理论进入一个新的发展时期。
7. 1949年，Kucsynskl（库钦斯基）发表了题为“金属颗粒烧结过程 中的自扩散”的论文，运用球—板模型，建立了烧结初期烧结颈长 大过程中体积扩散、表面扩散、晶界扩散、蒸发凝聚的微观物质迁 移机制，奠定了第一个层面上的烧结扩散理论的基础。
(2)烧结体内孔隙的总体积和总表面积减小；
•表面能比晶格畸变能小，如极细粉末的表面能为几百J／mol，而晶格畸变能 高达几千J／mol，但是，实际上烧结体总是具有更多热平衡缺陷的多晶体， 因此，烧结过程中品格畸变能减少的绝对值，相对于表面能的降低仍然是次要 的，烧结体内总保留一定数量的热平衡空位、空位团相位错网。
2. 孔隙体积和空隙总数的减少以及孔隙的形状变化。由于烧结颈，颗粒 间原来相互连通的孔隙逐渐收缩成闭孔，然后逐渐变圆。在孔隙性质 和形状发生变化的同时，孔隙的大小和数量也在改变，即孔隙个数减 少，而平均孔隙尺寸增大，此时小孔隙比大孔隙更容易缩小和消失。
(1)粘结阶段——烧结初期，颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通 过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈；
11.粉末体塑性成形理论
第十一章粉末体塑性成形理论粉末锻造、挤压、摆辗、轧制等是金属粉末塑性加工的形式，在工业生产中得到了应用粉末体塑性成形理论包括致密和塑性变形一、基本假设金属粉末体是由大量颗粒材料组成的。
每一个颗粒均可视为致密体，其变形行为可以用传统的塑性力学来描述。
大量颗粒组成的粉末体，其中含有一定的空隙，是一个非连续体。
需要从各个颗粒的变形颗粒之间的协调关系研究其整体变形，即塑性变形和塑性致密问题，对粉末体塑性变形的研究，是将粉末体视为“可压缩的连续体”。
颗粒变形遵循体积不变原则，整体变形遵循质量不变定律。
质量不变定律不仅适合于连续体的变形，也适合于非连续体的变形，是粉末体变形的基本方程之一。
令V0、d0、V、d 分别为粉末体的初始体积、初始密度、塑性变形中的体积和密度，质量不变可用公式表示为0d V Vd =或 10=d V Vd（a ）对上式取对数得ln ln 00=+d d V V 简记 0=∈+∈ρV (b)V ∈为体积应变，0ln VVV =∈； ρ∈为密度应变，00lnln ρρρ==∈d d ，其中f d d /00=ρ 粉末体初始相对密度，fd d =ρ 塑性变形中的相对密度，f d 粉末体全致密时的密度。
二、粉末体变形的屈服准则由于粉末体变形的有下列特殊性， （1）粉末体在变形时的体积变化；（2）粉末体的流动应力与相对密度关系，相对密度越大，变形所需的应力就越大； （3）静水压力对粉末体屈服的影响。
对于致密金属，根据Mises 屈服准则可写出屈服函数，0=-=Y F σ。
由于粉末体塑性变形时，同时发生形状变化和体积变化，因此屈服应力不仅与应力偏张量有关，还与静水压力有关，因而其屈服函数F 常用下列通式表示)(02121'2=-=-+=Y Y J J F δσβα (c)式中，'2J——应力偏张量第二不变量；1J ——是应力张量第一不变量；α、β、δ是与相对密度或泊松比有关的系数；0Y 是基体材料的流动应力（全致密，即ρ=1）；Y 是粉末体的流动应力（ρ<1）；σ是粉末体的等效应力。
18粉体成型的基本方法和过程
过程原理： 粉末颗粒间将发生相对移动，粉末颗粒将填充空隙，使粉末的体积减小，颗粒迅 速达到最紧密的堆积，直到达到所要求的密度。
过程特点： ①随着压制力的继续增大，当压力达到和超过粉末颗粒的强度极限，粉末颗粒 将发生塑形变形（对于脆性粉末来说，不发生碎塑性变形而出现脆性断裂）， 直到达到具有一定密度的坯块。 ②由于接近加压端面的部分压力最大，远离加压端面压力逐渐降低，这种压 力分布的不均匀性造成了压坯各个部分粉末致密化不均匀。
3、去除压力，施加脱模压力
现象： ①去除压力后，压坯仍会紧紧的固定在钢压膜内
②压坯中聚集的内应力使压坯产生弹性后效现象
三、影响粉体压制成形的因素
1、粉末本身的特性起关键性作用
压制成形是一个十 分复杂的过程 Nhomakorabea2、 压制力起着决定性的作用
金属材料工程基础知识 一、粉体成型的原理 二、粉体成型的过程 三、影响粉体压制成形的因素
的预成形坯中，底部和顶部的密度有很大差异，这种密 度差随预成形高度的增加而增加，随直径的增大而减小。
解决方法：若使用润滑剂可以减少粉粉末批量与莫蒂之间的摩
擦力，也可以降低沿高度方向的密度不均匀程度
双向压制
浮动凹模压制
轧制成形
二、粉体成型的过程
1、将松散的粉末装在钢压膜内 2、对钢压模中粉末施加压力
金属材料工程第十八讲
胡燕燕
一、粉体成型的原理
粉体成型是指将粉末状的材料制成具有一定形状，尺寸，孔隙 率以及强度的预成形坯体的加工过程。
成型方法
不同材料因其物 理化学特性不同， 所采用的成型方 法与技术并不完 全相同
模压成形 钢模压制成形
等静压成形
单向压制 是指压力施加在粉末配料的上顶部
特点：粉末批料与凹模之间的摩擦，使得在经单向压制所得到
过程特点： ①随着压制力的继续增大，当压力达到和超过粉末颗粒的强度极限，粉末颗粒 将发生塑形变形（对于脆性粉末来说，不发生碎塑性变形而出现脆性断裂）， 直到达到具有一定密度的坯块。 ②由于接近加压端面的部分压力最大，远离加压端面压力逐渐降低，这种压 力分布的不均匀性造成了压坯各个部分粉末致密化不均匀。
3、去除压力，施加脱模压力
现象： ①去除压力后，压坯仍会紧紧的固定在钢压膜内
②压坯中聚集的内应力使压坯产生弹性后效现象
三、影响粉体压制成形的因素
1、粉末本身的特性起关键性作用
压制成形是一个十 分复杂的过程 Nhomakorabea2、 压制力起着决定性的作用
金属材料工程基础知识 一、粉体成型的原理 二、粉体成型的过程 三、影响粉体压制成形的因素
的预成形坯中，底部和顶部的密度有很大差异，这种密 度差随预成形高度的增加而增加，随直径的增大而减小。
解决方法：若使用润滑剂可以减少粉粉末批量与莫蒂之间的摩
擦力，也可以降低沿高度方向的密度不均匀程度
双向压制
浮动凹模压制
轧制成形
二、粉体成型的过程
1、将松散的粉末装在钢压膜内 2、对钢压模中粉末施加压力
金属材料工程第十八讲
胡燕燕
一、粉体成型的原理
粉体成型是指将粉末状的材料制成具有一定形状，尺寸，孔隙 率以及强度的预成形坯体的加工过程。
成型方法
不同材料因其物 理化学特性不同， 所采用的成型方 法与技术并不完 全相同
模压成形 钢模压制成形
等静压成形
单向压制 是指压力施加在粉末配料的上顶部
特点：粉末批料与凹模之间的摩擦，使得在经单向压制所得到
粉末的成形
凝胶铸模成型工艺
陶瓷粉料
烧结助剂
反絮凝剂 分散良好 高固相体积 分散的浆料
分散剂
注入模型
脱模
直接凝固成型
烧结
最终制品
序号 1 2 提出时间 1923 1930 著者姓名 汪克尔 L. F. Athy 艾西 M. Balshin 巴尔申 公 β=k1-k2lgP θ=θ0e-βP 式 注 解 k1， k2—系数 P—压制压力，β—相对密度 θ—压力 P 时的空隙率 θ0—无压力时的空隙率 β—压缩系数 Pmax—相应于压至最紧密状态(β=1)时的单位压力 L—压制因素 m—系数 β—相对体积 d 压—压坯密度 d 松—粉末松装密度 C—粉末体积减少率 a、b—系数 A、κ—系数 σs—金属粉末的屈服强度 C—系数 Pk—金属最大压制密度时的临界压力；κ、n—系数 dmax—压力无限大时的极限密度 a、κ0—系数 f—外力，ε—应变 φ、β、K—系数 dm—致密金属密度 d0—压坯原始密度 d—压坯密度, P—压制压力 M—相当于压制模树 n—相当于硬化指数的倒数 m—相当于硬化指数 P0—初始接触应力 ρ—相对密度 θ0—(1-ρ) a=[ρ2(ρ-ρ0)]/θ0
压坯密度与压制压力的关系
在压制过程中，随着压力的增加，粉 体的密度增加、气孔率降低。人们对压 力与密度或气孔率的关系进行了大量的 研究，试图在压力与相对密度之间推导 出定量的数学公式。目前已经提出的压 制压力与压坯密度的定量公式（包括理 论公式和经验公式）有几十种之多，表 中所示为其中一部分。
表 粉末压制理论的一些理论公式和经验公式
粉末的成形
成型是将松散的粉体加工成具有一定尺 寸、形状以及一定密度和强度的坯块。传统的 成型方法有模压成型、等静压成型、挤压成型、 扎制成型、注浆成型和热压铸成型等。近年 来，由于各学科的交叉渗透以及胶体化学、表 面活性剂化学的发展，出现了许多新的成型方 法，如压滤成型、注射成型、流延成型、凝胶 铸模成型和直接凝固成型等。
粉末压制成形详解
2. 轴向压力（正压力）施加于粉末体，粉末体在某种程 度上表现出类似流体的行为，向阴模模壁施加作用力， 其反作用力—侧压力产生。 但是粉末体非流体，侧压力小于正压力！
School of Materials Scienቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe and Engineering
3. 随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。 压坯强度是如何形成的
三、 粉末体在压制过程中的变形
（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形比 较）
1. 致密材料受力变形遵从质量不变和体积不变，粉末体压制 变形仅服从质量不变。
粉末体变形较致密材料复杂。 2.致密材料受力变形时，仅通过固体质点本身变形，粉末体
变形包括粉末颗粒的变形，还包括颗粒之间孔隙形态的改 变，即颗粒发生位移。
4. 由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部位密 度存在不均匀。 压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。
5. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀—产生弹性后效 弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。
School of Materials Science and Engineering
本章内容
§2.1 概述 §2.2 压制过程中力的分析 §2.3 压制压力与压坯密度的关系 §2.4 粉末压坯密度的分布 §2.5 粉末压坯的强度
School of Materials Science and Engineering
第一节 概述
一、基本概念
● 成形（Forming）的定义： 将粉末密实（densify）成具有一定形状、尺
寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工 艺过程。
School of Materials Science and Engineering
School of Materials Scienቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe and Engineering
3. 随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。 压坯强度是如何形成的
三、 粉末体在压制过程中的变形
（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形比 较）
1. 致密材料受力变形遵从质量不变和体积不变，粉末体压制 变形仅服从质量不变。
粉末体变形较致密材料复杂。 2.致密材料受力变形时，仅通过固体质点本身变形，粉末体
变形包括粉末颗粒的变形，还包括颗粒之间孔隙形态的改 变，即颗粒发生位移。
4. 由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部位密 度存在不均匀。 压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。
5. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀—产生弹性后效 弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。
School of Materials Science and Engineering
本章内容
§2.1 概述 §2.2 压制过程中力的分析 §2.3 压制压力与压坯密度的关系 §2.4 粉末压坯密度的分布 §2.5 粉末压坯的强度
School of Materials Science and Engineering
第一节 概述
一、基本概念
● 成形（Forming）的定义： 将粉末密实（densify）成具有一定形状、尺
寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工 艺过程。
School of Materials Science and Engineering
粉末技术-成形
方程不论硬、软粉末适用效果都比较好。巴尔申方程用于硬粉末比软 粉末效果好。川北公夫方程则在压制压力不太大时较为优越。
22
4.2摩擦力 4.2.1摩擦力与压制压力的关系
摩擦力又叫摩擦压力损失。可用下式来表达： 4.2.2摩擦压力损失与压坯尺寸的关系
侧压力＝压制压强X侧压系数X侧面积 摩擦力＝侧压力X摩擦系数 压坯的侧压面积影响摩擦压力损失 ，即影响有效压制压力
曲面压坯的压制方法
33
6.3成形剂的用量及效果 成形剂的加入量与粉末种类、颗粒大小、压制压力以及
摩擦表面有关，并与成形剂本身的性质有关。一般说来，细 颗粒粉末所需的成形剂加入量比粗粒度粉末的量要多一些。 成形剂的加入随压坯形状因素的不同而不同。由图可知，成 形剂的加入量与形状因素成正比。
形状因素对成形剂加入量的影响
19
（2）川北公夫压制理论 日本的川北公夫研究了多种粉末（大部分是金属氧化物）在压制
过程中的行为。采用钢压模，粉末装入压模后在压机上逐步加压，然 后测定粉末体的体积变化，作出各种粉末的压力-体积曲线，并得出 有关经验公式：
（3）黄培云压制理论方程 黄培云对粉末压制成形提出一种新的压制理论公式： 比较上述各压制方程可以看出：在多数情况下，黄培云的双对数
电 解 铜 粉压坯的抗 弯强度与 成形压力的 关系
还 原 铁 粉 压坯的抗 弯强度与成 形压力的关系
18
2
3.1金属粉末压制时压坯密度的变化规律 粉末体在压模中受压后发生位移和
变形，随着压力的增加，压坯的相对 密度出现有规律的变化，通常将这种 变化规律假设为如图所示的三个阶段。
压坯密度与成形压力的关系
4.1侧压力 粉末体在压模内受压时，压坯会向周围膨胀，模壁就会
22
4.2摩擦力 4.2.1摩擦力与压制压力的关系
摩擦力又叫摩擦压力损失。可用下式来表达： 4.2.2摩擦压力损失与压坯尺寸的关系
侧压力＝压制压强X侧压系数X侧面积 摩擦力＝侧压力X摩擦系数 压坯的侧压面积影响摩擦压力损失 ，即影响有效压制压力
曲面压坯的压制方法
33
6.3成形剂的用量及效果 成形剂的加入量与粉末种类、颗粒大小、压制压力以及
摩擦表面有关，并与成形剂本身的性质有关。一般说来，细 颗粒粉末所需的成形剂加入量比粗粒度粉末的量要多一些。 成形剂的加入随压坯形状因素的不同而不同。由图可知，成 形剂的加入量与形状因素成正比。
形状因素对成形剂加入量的影响
19
（2）川北公夫压制理论 日本的川北公夫研究了多种粉末（大部分是金属氧化物）在压制
过程中的行为。采用钢压模，粉末装入压模后在压机上逐步加压，然 后测定粉末体的体积变化，作出各种粉末的压力-体积曲线，并得出 有关经验公式：
（3）黄培云压制理论方程 黄培云对粉末压制成形提出一种新的压制理论公式： 比较上述各压制方程可以看出：在多数情况下，黄培云的双对数
电 解 铜 粉压坯的抗 弯强度与 成形压力的 关系
还 原 铁 粉 压坯的抗 弯强度与成 形压力的关系
18
2
3.1金属粉末压制时压坯密度的变化规律 粉末体在压模中受压后发生位移和
变形，随着压力的增加，压坯的相对 密度出现有规律的变化，通常将这种 变化规律假设为如图所示的三个阶段。
压坯密度与成形压力的关系
4.1侧压力 粉末体在压模内受压时，压坯会向周围膨胀，模壁就会
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二节 粉末压制成形
一、压制压力与压坯密度关系 （一）压制曲线
压坯密度与压力的关系，称 为压制曲线，也称为压制平衡 图。一定成分和性能的粉末只 有一条压制曲线，压制曲线对 合理选择压制压应力具有指导 作用。
每一条压制曲线一般可以分为三个区域。 ①Ⅰ区密度随压力急速增加。颗粒填入空隙， 同时破坏“拱桥”；颗粒作相对滑动和转动。 ②Ⅱ区密度随压力增加较慢。颗粒通过变形填 充进剩余空隙中，变形过程导致加工硬化，致 使密度随压力增加越来越慢。实际压应力一般 选在该区。 ③Ⅲ区密度几乎不随压力增加而变化。颗粒加 工硬化严重、接触面积很大，外压力被刚性面 支撑。颗粒表面和内部残存孔隙很难消除，只 有通过颗粒碎裂消除残余孔隙。
半坡
西周
商
德里铁柱
压敏
PTC
第一节 粉末成形与烧结概述
❖主要成形工艺分类 压力成形 （1）刚性模压制 （2）等静压成形 （3）爆炸成形 增塑成形 （1）粉末轧制（也可不用增塑剂） （2）粉末挤压 （3）粉末注射成形 （4）车坯、滚压
浆料成形 （1）注浆成形 （2）流延成形 （3）电泳成形 （4）直接凝固成形 （5）凝胶注模成形 其他成形 喷射成形等
第六章 粉末材料的成形与烧结
粉末成形与烧结概述 粉末压制成形 粉末特殊成形技术 粉末体烧结 胶凝固化(自学)
引言
粉末成形与烧结技术是将材料制成粉末(或采用经适当加工的天然 矿物)，经加压（或无压）成形后，再通过烧结（常压或加压）得到 接近理论密度的材料或孔隙可控的多孔材料的工艺方法，是粉末冶金、 陶瓷工程的基本工艺。 粉末成形与烧结实践可追溯到8000年前的新石器时代，那时原始人 类已开始用一些富含铁元素的粘土烧制一些陶器。 在3000多年前的商周时期，出现了原始瓷器。 约2500～3000年前，埃及人就制得海绵铁，并锻打成铁器;在同期 (春秋末期)我国也出现了同样的技术。
三个区域并没有严格的界限，同时，三 种致密化方式也并非各区独有。
（二）压制曲线的函数表示法 粉末压制曲线均可用下式表示：
bpa
将上式两边取对数，可得
ln ln b aln p
lnρ～lnp作图可得出常数a、b 。
(6.2.1) (6.2.2)
式中，ρ为压坯 密度（g/cm3）；p 压制压应力；a、b 为与粉末特性有关 的常数，对于一定 粉末其为一定值。
公元3～4世纪，印度人用海绵铁锻打的方法制造了“德里铁 柱”(高7.2m,重6.5t)和“达尔铁柱”(高12.5m,重7t) 。 19世纪出现Pt粉的冷压、烧结、热锻工艺。 1909年，W.D. Coolidge 发明电灯钨丝，标志着现代粉末冶金技 术的开始。 目前，粉末成形与烧结技术已在高温材料、结构陶瓷、日用和 建筑陶瓷、功能陶瓷、轴承材料、超硬耐磨材料、金属结构材料 及功能材料、复合材料等领域得到了广泛应用。
二、压制理论
压制压力与密度间的定量数学关系。
（一）基本定义
① 密度（density）：
ρ=质量/体积（g/cm3）
比容
v =1/ρ （cm3/g）
② 相对密度： ρm — 固体理论密度
d
m
(6.2.3) (6.2.4)
(6.2.5)
③ 孔隙度（porosity）
1 d m V孔 V压 Vm
[1]黄培云 主编.《粉末冶金原理》.冶金工业出版 社,1997,11
[2]吴成义 等编著. 《粉体成形力学原理》. 冶金工业出 版社,2003,9
[3] [英] 理查德 J. 布鲁克 主编. 清华大学新型陶瓷与精 细工艺国家重点实验室 译. 材料科学与技术丛书（第17A 卷、第17B卷）：《陶瓷工艺》. 科学出版社,1999,6
b的物理意义为： p =100MPa时，压坯的密度值，是表示粉末压缩性能好坏的参数
之一。
（三）压制曲线影响因素 实测的压制曲线受以下因素影响： ①压坯高径比H/D ：H/D越大，压坯平均密度越低，使曲线向下 偏移。一般取H/D=0.5～1 。 ②粉末粒度：单分散粉末粒度越小，压制曲线越偏下，反之偏上； 合适粒度组成的粉末比单一粒度粉末的压制曲线偏高。 ③粉末颗粒形状：形状越复杂，曲线位置越偏低。 ④粉末加工硬化：加工硬化粉末压制曲线偏低；退火软化粉末， 则偏高。 ⑤粉末氧化：金属粉末氧化后，压制曲线偏低。
❖主要烧结方法分类 无压烧结 固相烧结、液相烧结、反应烧结等。 (可在空气、保护气氛或真空中进行) 加压烧结 热压（固相、液相）、热等静压（固相、液相）、粉末锻造等。 可在空气、保护气氛或真空中进行。 活化烧结 物理活化烧结、化学活化烧结。
❖粉末成形和烧结基本过程
制粉、粉末 预处理、成形、 烧结、制品后 处理等。
提要
本章重点是粉末压制成形的基本理论、粉末特殊成形的 基本方法和特点，粉末体烧结的基本原理。
难点是粉末压制理论、粉末位移规律，粉末烧结热力学。 通过本章学习： ①要求掌握粉末成形与烧结的一般概念,粉末压制基本规律, 粉末烧结基本原理； ②了解粉末特殊成形技术； ③知道粉末胶凝固化概念和基本方法。
参考文献
压制过程应用虎克定律，最终可得出
ln P ln Pmax l( 1) (6.2.9)
该式称为巴尔申方程。式中，l 为压制因素， l 1/(hk k ) ，σk为 材料硬度，hk为压坯达到理论密度时的高度；Pmax为β=1时的压制 压力，称为最大极限压力。
巴尔申压制方程的局限性: 此方程仅在某些情况下正确,没有普遍意义。 （1）把粉末作为理想弹性体处理。实际粉末是弹塑性体。 （2）假定粉末无加工硬化。实际粉末存在加工硬化，且粉末越软、压制 压力越高，加工硬化现象越严重。 （3）未考虑摩擦力的影响。 （4）未考虑压制时间影响。 （5）只考虑粉末的弹性性质，未考虑粉末的流动性质。 （6）公式推导中，未将“变形”与“应变”严格区分开。
m
V压
V压
Vm — 致密固体体积 ④ 相对容比（相对体积或相对容积）
V压 m 1 1 Vm d
(6.2.6) (6.2.7)
⑤ 孔隙度系数（孔隙相对容比）
V孔 V压 Vm 1 1 1 1 d
Vm
Vm
d
d d 1
(6.2变形，对粉末