18粉体成型的基本方法和过程
材料工程基础-第六章 粉末材料的成形与固结
P0—初始接触应力 ρ—相对密度
θ0—(1-ρ) a=[ρ2(ρ-ρ0)]/θ0
成形方法
压力成形
增塑成形
浆料成形
模压成形 三轴压制 等静压成形 高能成形 挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
注浆成形 热压铸成形 流延法成形 压力渗滤 凝胶铸模成形 直接凝固成形
二、压力成形 1、 模压成形
压力成形
增塑成形
挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
浆料成形
二、增塑成形
1、挤压（挤出）成形： 利用压力把具有塑性的粉料通
过模具挤出来成形的，模具的形状就是成形坯体的形状。
单螺杆挤出机示意图
通心粉
➢ 2、轧膜成形（滚压或辊压成形）
将粉体和粘结剂、溶剂等置于置于轧辊上混 炼，使之混合均匀，伴随吹风，溶剂逐步挥发， 形成一层厚膜； 调整轧辊间距， 反复轧制，可制 得薄片坯料。
２、 粉末在压力下的运动行为
成形工艺主要有： 刚性模具中粉末的压制（模压） 弹性封套中粉末的等静压 粉末的板条滚压 粉末的挤压
受力过程的三个阶段
第一阶段：首先粉末颗粒发生重排； 第二阶段：颗粒发生弹塑性变形； 第三阶段：颗粒断裂。
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。
成形的理论基础 粉末的工艺性能 粉末在压力下的运动行为 成形方法
一、成形的理论基础
１、粉体的堆积与排列
晶胞 BCC
材料制备技术-粉末冶金
热模锻优势：
① 粉末冶金制件精度比精锻高；
① 可制造大型零件；
② 粉末锻造节省材料、重量控制精 ② 锻件力学性能比烧结粉
确、可无非边锻造，也能制造形状较 末冶金零件高，但与粉末
复杂制件；
锻造件相当；
③ 粉末锻造只需一副成形模具和一 ③ 可制造形状复杂程度较
副锻模；热锻需两副以上锻模、一副 高的制品。
挤压(extrusion)、轧制(rolling)、拉拔(drawing)、 冲压(punching)、锻造(forging)
PM(Powder Metallurgy) 粉末冶金法 制粉(powder making)压型(pressing) 烧结(sintering)
粉末冶金特点及与其他成形工艺的比较
现代粉末冶金发展的三个重要标志：
• 1909年制造电灯钨丝的技术成功（W粉成形、烧结、锻打、 拉丝）；1923年硬质合金研制成功。 • 20世纪30年代，多孔含油轴承成功；相继发展铁基机械零件 • 向新材料、新工艺发展：20世纪40年代，金属陶瓷、弥散强 化材料（如烧结铝）；60年代末～70年代初，粉末高速钢、粉 末高温合金，粉末锻造技术已能生产高强度零件。
4） 成型性 Formation ability
定义:粉末压制后，压坯保持既定形状的能力 用压坯强度 表示
意义: 压坯加工能力，加工形状复杂零件的可能性 影响因素:颗粒之间的啮合与间隙
a 不规则颗粒，颗粒间连接力强, 成型性好 b 颗粒越小，成型性越好;
与压缩性影响后果相反,必须综合考虑
2.2 粉末制备方法
3） 压缩性 Compressive ability
(1) 定义: 粉末被压紧的能力，表示方法是：在恒定压 力下（30t/inch2）粉末压坯的密度
粉末锻造成型工艺过程
粉末锻造成型工艺是一种利用金属粉末进行成型的工艺。
其主要过程包括以下几个步骤：
1. 原料准备：选择适当的金属粉末作为原料，并根据产品要求进行筛选和混合。
通常会添加一定量的润滑剂和增塑剂，以提高粉末的流动性和成型性能。
2. 压制成型：将混合好的金属粉末放入特制的模具中，然后通过压力机进行压制。
压制过程中，金属粉末会被紧密地压实，形成一定形状的坯料。
3. 粉末预处理：压制成型后的坯料通常会进行一定的预处理，包括去除润滑剂和增塑剂，以及进行退火处理，以提高坯料的力学性能和成形性能。
4. 粉末锻造：将经过预处理的坯料放入特制的锻造模具中，然后通过锻造机进行锻造。
锻造过程中，坯料会受到一定的压力和温度作用，使其发生塑性变形，最终形成所需的产品形状。
5. 后处理：锻造成型后的产品通常需要进行一定的后处理，包括除去表面的氧化物和污染物，以及进行热处理、机械加工和表面处理等，以提高产品的性能和外观质量。
总的来说，粉末锻造成型工艺是一种将金属粉末通过压制和锻造等工艺步骤，以实现金属材料成型的工艺。
它可以制造出复杂形状的零件，并具有高精度、高强度和良好的表面质量等优点，因此在航空航天、汽车、机械等领域有广泛的应用。
陶瓷原位凝固胶态成形基本原理及工艺过程
陶瓷原位凝固胶态成形基本原理及工艺过程陶瓷作为一种重要的结构和功能材料，被广泛应用于化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物等各个领域。
陶瓷材料成型是为了得到内部均匀和高密度的坯体，提高成型技术是制备高性能陶瓷材料的关键步骤。
不同形态的陶瓷粉体应用不同的成型方法。
如何选择适宜的成型方法，主要取决于对陶瓷材料的性能要求和陶瓷粉体的自身性质（如颗粒尺寸、分布、表面积），下面小编简要介绍几种陶瓷材料成型工艺。
陶瓷材料成型工艺主要分为胶态成型工艺、固体无模成型工艺、气相成型工艺等。
认识陶瓷材料成型工艺一、胶态成型工艺1、挤压成型挤压成型是指将陶瓷粉体、粘结剂、润滑剂等与水均匀混合，然后将塑性物料挤压出刚性模具即可得到管状、柱状、板状以及多孔柱状成型体。
挤压成型优点是：工艺过程简单、适合工业化生产。
缺点是：物料强度低、容易变形，并可能产生表面凹坑和起泡、开裂以及内部裂纹等缺陷。
挤压成型广泛应用于传统耐火材料如炉管、护套管以及一些电子材料的成型生产。
2、压延成型压延成型是指将陶瓷粉体、添加剂和水混合均匀，然后将塑性物料经两个相向转到滚柱压延，而成为板状素坯的成型方法。
压延法成型优点是：密度高，适于片状、板状物件的成型。
3、注射成型陶瓷注射成型是借助高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成型的，成型之后再把高聚物脱除。
注射成型优点是：可成型形状复杂的部件，并且具有高的尺寸精度和均匀的显微结构。
缺点是：模具设计加工成本和有机物排除过程中的成本比较高。
目前，注射成型新技术主要有水溶液注射成型和气相辅助注射成型。
（1）水溶液注射成型水溶液注射成型采用水溶性的聚合物作为有机载体，很好的解决了脱脂问题。
水溶液注射成型技术优点是：自动化控制水平高，而且成本低。
（2）气体辅助注射成型气体辅助注射成型是把气体引入聚合物熔体中而使成型过程更容易进行。
适合于腐蚀性流体和高温高压下流体的陶瓷管道成型。
4、注浆成型注浆成型工艺是利用石膏模具的吸水性，将制得的陶瓷粉体浆料注入多孔质模具，由模具的气孔把浆料中的液体吸出，而在模具中留下坯体。
粉体制备流程
粉体制备流程粉体制备是将原料粉末通过一定的加工工艺，制备成符合要求的粉末产品的过程。
粉体制备在多个领域都有应用，比如材料科学、化学工程、制药工程等。
下面将详细介绍粉体制备的一般步骤和流程。
1. 原料准备•首先需要准备所需的原料，原料可以是固态物质、液态物质或气态物质。
原料的选择应根据所需制备的粉末特性和用途来确定。
•对于固态原料，要确保其颗粒大小和形状均匀、无结块，并且符合所需粉末的要求。
•对于液态原料，要确保其纯度高、稳定性好，并且符合所需粉末的要求。
2. 破碎和分散•如果原料是固态物质，通常需要进行破碎和分散的处理。
这可以通过机械碾磨、研磨等方法来实现。
•目的是将原料块破碎成颗粒较小的粉末，并且使得粉末分散均匀。
3. 混合和均质•粉体制备过程中，通常需要将多种原料进行混合，以得到所需的成分组合和均匀性。
•常用的混合设备有双轴混合机、容器倾斜式混合机、环保式混合机等。
•混合过程中，要控制混合时间、混合速度和混合温度，以确保混合均匀。
4. 加工和成型•经过混合的原料通常需要进行进一步的加工和成型，以得到所需的产品形态。
•加工和成型的方法有很多种，比如干压制、湿压制、注射成型等，具体的选择要根据原料性质和产品要求来确定。
5. 干燥和烧结•加工和成型后的粉末通常需要进行干燥和烧结的处理。
•干燥的目的是除去粉末中的水分，提高粉末的密实度。
•烧结是指将粉末在高温下加热，使其颗粒间形成金属键或键合，提高粉末的力学性能和化学稳定性。
6. 表面处理•在一些应用中，粉末的表面性质对最终产品的性能有重要影响。
•表面处理方法有很多种，比如涂覆、喷涂、渗透等，具体的选择要根据表面需求来确定。
•表面处理的目的是改善粉末的应用性能，比如提高粉末的润湿性、抗腐蚀性等。
7. 品质检测•粉体制备过程中，需要对产品进行品质检测，以确保产品符合要求。
•常用的品质检测方法有颗粒度分析、比表面积测试、粉末流动性测试、化学成分分析等。
•品质检测的结果将指导后续工艺的优化和改进。
粉末材料的制备成形与固结课件
三、化学气相沉积类型
热分解法
CH4气 C固 2H2气
热分解法中最为典型的就是羰基物热分解，它是一 种由金属羰基化合物加热分解制取粉末的方法，整 个过程的关键环节就是制备金属羰基化合物MeCOn
第一步：合成羰基镍
Ni固 4CO NiCO4 (气)
第二步：羰基镍热分解
NiCO4 (气) Ni 4CO
§7.2.2 物理制粉法
雾化法 蒸发凝聚法
一、 雾化制粉法
雾化法是一种典型的物理制粉方法， 是通过高压雾化介质，如气体或水强烈 冲击液流，或通过离心力使之破碎、冷 却凝固来实现的。
雾化机理
雾化 聚并 凝固
过程一：大的液珠当受到外力冲击的瞬间，破碎成 数个小液滴，假设在破碎瞬间液体温度不变，则液 体的能量变化可近似为液体的表面能增加。
➢ 离心雾化法
离心雾化法是借助离心力的作用将液态 金属破碎为小液滴，然后凝固为固态粉 末颗粒的方法。1974年，首先由美国提 出旋转电极雾化制粉法，后来又发展了 旋转锭模、旋转园盘等离心雾化方法。
旋转电极法
旋转锭模法（又称旋转坩埚法）：
旋转盘法
旋转轮法
旋转杯
旋转网
雾化制粉的一些特性
按能量输入方式来划分，物理蒸发冷凝法可分为以下几种
•电阻加热方式 •等离子体加热方式 •激光加热方式 •电子束加热方式 •高频感应加热方式
§7.2.3 化学制粉法
化学气相沉积法 化学还原法 电化学制粉法
气相沉积制粉是通过某种形式 的能量输入，使气相物质发生气— 固相变或气相化学反应，生成金属 或陶瓷粉体。
绪论
绪论
颗粒
粉体
绪论
➢一次颗粒（单个颗粒）：指内部没有空 隙的致密材料。
压制成型技术及其理论
颗粒承受的应力达到了颗粒的屈服极限时，颗粒发生塑性变形。外力卸 掉后，颗粒的变形仍然保存。 断裂
颗粒承受的应力达到了颗粒的断裂强度时，颗粒发生破裂。但压制应力 一般没有达到使颗粒破裂的程度。
孔隙率/%
粉末的韧性对压制性能的影响
60
50
40
1
30
20
2
10
50 100 150 200 250 300
1
排列（颗粒重排）, 使拱桥效应破坏，
填充密度提高。
4
3
干压成型示意图（单向压） 1，阴模；2，上模冲； 3，下模冲；4，粉料
颗粒位移的几种形式
第3步：粉末变形
压力增大到一定程度时，颗粒产生变形。随压力增大，颗 粒依次以三种机制变形：
弹性变形 颗粒承受的应力达到了颗粒的弹性极限时，颗粒发生弹性变形。外力卸
压力/MPa
不同粉料的压缩性能 1，二氧化钍粉；2，镁粉
随着压力的增加， 粉体成型坯的孔隙率降 低；在同样压力下，镁 粉压坯中的孔隙率明显 低于二氧化钍粉压坯， 即镁坯料更容易压制。
粉末的压制理论简介
（一）基本定义
➢ 密度
= 质量/体积（g/cm3)
➢ 比容
= 1/ (cm3/g)
➢ 相对密度
（2）理想均匀压缩条件下粉末颗粒的位移规律
实际粉末颗粒层数取决于粉末体的高度H 和粉末的平
均粒度。设粉末的平均粒度为φ，粉末体高度为H，则粉
末体内颗粒层数的极限值为：。
n H
又 因为 n >> 1, 所以 n - 1 ≈ n，则
d
(dn
dn' )
H h n 1
H h n
粉末冶金原理第三部分 粉末成形技术
2 研究对象
材料设计的概念
工程应用(服役情况)→性能要求→材料 性能(经济性)设计→微观结构设计→材 质类型、加工工艺设计
研究粉末类型、加工工艺参数与材料 微观结构及部件几何性能间的关系
研究粉末冶金加工过程中 的相关工程科学问题 即研究粉末成形与烧结过 程中的工程科学问题
第一部分
4） 制粒 pelletizing or granulating 细小颗粒或硬质粉末 为了成形添加成形剂 改善流动性添加粘结剂 进行自动压制或压制形状较复杂的大 型P/M制品 粉末结块 原理 借助于聚合物的粘结作用将若干细小 颗粒形成团粒
减小团粒间的摩擦力 大幅度降低颗粒运动时的摩 擦面积 制粒方法 擦筛制粒 旋转盘制粒 挤压制粒 喷雾干燥
非模压成形 冷、热等静压，注射成形，粉 末挤压， 粉末轧制，粉浆浇注，无模成 型，喷射成 形，爆炸成形等
第一章 粉末压制 Powder Pressing or Compaction
§1 压制前粉末料准备 1) 还原退火 reducing and annealing 作用: 降低氧碳含量，提高纯度 消除加工硬化，改善粉末压制 性能（前者亦然）
2.2 弹性后效 Springback 反致密化现象 压坯脱出模腔后尺寸胀大 的现象 残留内应力释放的结果 弹性后效与残留应力相关 压制压力 粉末颗粒的弹性模量
粉末粒度组成（同一密度） 颗粒形状 颗粒表面氧化膜 粉末混合物的成份 石墨含量
3 压坯强度 Green strength
2.2 大程度应变的处理 自然应变 ε =∫LLodL/L=ln(L/Lo) 若压坯的受压面积固定不变， 则 ε =-ln[(V-Vm)/(Vo-Vm)] =ln{[(ρ mρ o)ρ ]/[(ρ m-ρ )ρ o]}
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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