粉末冶金与陶瓷材料的成形工艺
粉末冶金与陶瓷材料成型工艺流程讲义
粉末冶金与陶瓷材料成型工艺流程讲义引言粉末冶金和陶瓷材料成型是两种常见的材料加工方法。
粉末冶金工艺是利用金属或非金属粉末作为原料，通过成型、烧结等工序制造金属或合金制品的过程。
陶瓷成型则是利用陶瓷粉末制备陶瓷制品的工艺过程。
本文将分别介绍粉末冶金和陶瓷材料成型的基本工艺流程。
粉末冶金工艺流程粉末冶金工艺流程主要包括原料准备、成型、烧结等步骤。
原料准备原料的选择是粉末冶金过程中的关键。
一般来说，金属或合金的原料需要研磨成粉末形式，而非金属材料则需制备成陶瓷粉末。
原料的选择需考虑到所需制品的性能要求以及成本因素。
成型成型是将粉末制品的形状和尺寸定型的过程。
常用的成型方法包括压制成型和注射成型。
压制成型压制成型是将粉末充填到模具中，然后通过压制的方式使其产生一定的固结力，从而形成所需形状的成品。
压制成型可分为等静压成型和等速压成型两种。
•等静压成型：该方法通过静态压制将粉末充填到模具中，并施加一定的压力，使粉末颗粒形成固结。
常用的等静压成型方法有冷等静压和热等静压。
•等速压成型：该方法通过动态压制的方式将粉末充填到模具中，并施加一定的压力和一定的速度，从而使粉末颗粒形成固结。
常用的等速压成型方法有冷等速压和热等速压。
注射成型注射成型是将粉末与绑定剂混合后注入模具中，然后通过压制或挤出等方式使其形成所需形状的成品。
烧结烧结是粉末冶金过程中最重要的工艺环节之一，通过热处理使粉末颗粒结合成固体制品。
烧结的过程中会发生晶粒长大、密度增加、孔隙减少等现象，从而使制品的力学性能得到提高。
陶瓷材料成型工艺流程陶瓷材料成型工艺流程包括原料准备、成型、干燥、烧结等步骤。
原料准备陶瓷原料需要先进行研磨，使其成为细小的粉末状。
原料的选择需要考虑到所需制品的化学成分以及特定的工艺要求。
成型陶瓷材料的成型方法多种多样，包括压制成型、注射成型、挤出成型等。
选择合适的成型方法取决于所需制品的尺寸、形状等因素。
压制成型陶瓷材料的压制成型与粉末冶金中的压制成型类似，将陶瓷粉末充填到模具中，并施加一定的压力使其固结成型。
热压烧结原理
热压烧结原理热压烧结是一种常见的粉末冶金工艺，广泛应用于陶瓷、金属和塑料等材料的制备过程中。
它通过高温和高压的作用，将粉末颗粒紧密结合，形成致密的块状材料。
本文将介绍热压烧结的原理及其应用。
首先，热压烧结的原理是利用高温和高压使粉末颗粒之间产生扩散和结合。
在热压烧结过程中，首先需要将粉末颗粒在模具中进行成型，然后通过加热和施加压力使其结合成块状材料。
在高温下，粉末颗粒表面会产生液相，使得颗粒之间产生扩散，从而实现颗粒之间的结合。
同时，施加的压力可以使得颗粒之间更加紧密地结合，最终形成致密的块状材料。
其次，热压烧结的原理可以分为两个关键步骤，扩散和结合。
在高温下，粉末颗粒表面会产生液相，使得颗粒之间的扩散更加容易。
扩散过程中，颗粒之间会发生原子间的迁移，从而使得颗粒之间的结合更加牢固。
同时，施加的压力可以使得颗粒之间更加紧密地结合，从而提高材料的密度和强度。
热压烧结具有许多优点，首先是可以制备出高密度、高强度的材料。
由于热压烧结过程中颗粒之间的结合非常牢固，因此制备出的材料具有很高的密度和强度。
其次，热压烧结可以制备出复杂形状的材料。
通过设计不同形状的模具，可以制备出各种复杂形状的材料，满足不同工程需求。
此外，热压烧结还可以实现多种材料的复合制备，例如金属与陶瓷的复合材料，从而拓展了材料的应用领域。
总之，热压烧结是一种重要的粉末冶金工艺，通过高温和高压的作用，实现了粉末颗粒之间的紧密结合，制备出高密度、高强度的材料。
它在陶瓷、金属和塑料等材料的制备过程中具有重要的应用价值，为材料制备领域的发展提供了重要支持。
希望本文对热压烧结原理及其应用有所帮助，谢谢阅读。
粉末冶金与陶瓷成形概述
粉末冶金与陶瓷成形概述
粉末冶金与陶瓷成形是一种重要的材料加工技术，该技术利用金属粉末或陶瓷粉末为原料，在一定的温度和压力条件下，通过压制、烧结等工艺制成各种形状的零部件和成品。
粉末冶金技术主要包括原料的制备、粉末的性质及其对制品性能的影响、压制成型、烧结工艺和表面处理等方面。
与传统的金属材料加工相比，粉末冶金具有高效、节能、无污染、可精密调整材料化学成分等优点，因此被广泛应用于制造高强、高耐磨、高温、耐腐蚀等特殊用途的零部件和成品。
陶瓷成形技术包括陶瓷制备、成型、干燥、烧结等环节。
陶瓷粉末具有高温稳定性、耐磨、耐腐蚀等优良性能，可以制成各种高性能、高精度的陶瓷制品，如陶瓷刀具、陶瓷轴承、陶瓷电子元件等。
粉末冶金与陶瓷成形技术在航空航天、汽车工业、电子信息、医疗器械等领域得到了广泛应用，是未来材料加工技术的重要发展方向之一。
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粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺技术
粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺技术粉末冶金是一种重要的材料成型技术，它通过将金属或非金属粉末在高温下压制成形，进而得到各种金属零件和陶瓷材料。
粉末冶金不仅可以制造出形状复杂的零件，还能够获得优良的材料性能，因此被广泛应用于汽车、航空、航天等工业领域。
粉末冶金的成型工艺技术主要分为两个步骤：粉末的制备和成型。
首先是粉末的制备。
粉末冶金所需的粉末通常通过机械研磨、化学反应、气相沉积等方法制备而成。
机械研磨是最常用的方法，它通过将金属块或合金块放入球磨机中与磨料球一起进行高速旋转，使金属块逐渐研磨成粉末。
化学反应法利用化学反应生成粉末，例如气相法将金属气体于高温下反应生成粉末。
制备好的粉末应具备一定的粒度、形状和分布以满足成型的需求。
其次是成型工艺技术。
成型是将粉末压制成所需形状的过程。
常用的成型工艺有冷压成型、等静压成型和注浆成型等。
冷压成型是最简单的成型方法，它通过将粉末放置在模具中，然后在模具上施加压力，使粉末紧密结合成形。
但冷压成型得到的零件强度较低，通常需要进行后续的烧结工艺。
等静压成型是常用的粉末冶金成型方法。
它通过在模具中施加等压力，使粉末均匀密实地填充模具，然后通过高温烧结使粉末颗粒结合成致密的金属材料。
等静压成型可以获得高密度、高强度的零件，适用于制造各种金属零件。
注浆成型是粉末冶金的一种新型成型工艺。
它通过在模具中注入粉末与流体混合物，然后通过高压使混合物注入模具的空隙中，最后再进行烧结。
注浆成型可以制造出形状复杂的零件，并且具有较高的密度和强度。
总之，粉末冶金是一种重要的材料成型技术，它通过粉末的制备和成型工艺来制造各种金属零件和陶瓷材料。
不同的成型工艺可以得到不同性能的材料，所以在应用中需要根据具体要求来选择合适的成型工艺。
粉末冶金是一种重要的材料成型技术，其广泛应用于汽车、航空、航天等众多领域。
通过将金属或非金属粉末在高温下压制成形，可获得形状复杂且性能优良的材料。
下面将进一步探讨粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺技术。
粉末冶金的陶瓷材料及其加工技术
２０１３年第１期（总第１３５期）现代技术陶瓷粉末冶金的陶瓷材料及其加工技术肖 艳（广东省江门化工材料公司，江门５２９１００）摘 要：针对金属陶瓷材料粉末冶金技术开发方兴未艾的趋势，介绍了粉末陶瓷原料的制备技术；阐述了特种陶瓷成形工艺；研究了特种陶瓷的烧结方法；提出了特种陶瓷技术的未来发展。
关键词：粉末冶金；陶瓷材料；加工技术 陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类，特种（金属）陶瓷是以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。
它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。
金属陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。
然而金属陶瓷所固有的高强度、高硬度等优点却同时给陶瓷件的成型、加工带来了很多困难，因此研究各种陶瓷成型技术变得至关重要。
１ 金属陶瓷材料粉末冶金技术的开发方兴未艾 粉末陶瓷材料有三种：氧化物陶瓷如Ａｌ２Ｏ３，非氧化物陶瓷如ＳｉＮ２，ＳｉＣ；混合物陶瓷如Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＮ２。
陶瓷材料的毛坯可用粉末冶金方法制造，将陶瓷粉末混合后压制成型，其形状只是接近成品的毛坯，然后焙烧—机械加工（一般是粗加工）—烧结—（精加工）车削或磨削加工。
金属陶瓷材料粉末冶金技术主要包括金属陶瓷材料粉末冶金技术的超细硬质合金、特殊硬质相硬质合金、梯度功能硬质合金、硬质合金热处理、涂层硬质合金、新技术和新工艺及新装备，以及Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷等内容。
金属陶瓷材料粉末冶金技术的硬质合金制品表面涂覆—涂层技术是近年来发展起来的一项先进技术，是硬质合金领域中具有划时代意义的重要技术突破。
硬质合金制品表面涂覆—涂层技术的出现为解决硬质合金耐磨性和韧性相互矛盾的问题提供了一条较为有效的途径。
目前提高涂层效果的研究与研制工作基本上沿着两个方向进行：一是完善制取耐磨涂层的设备与工艺方法；二是研制涂层的新成分，探索耐磨涂层的新材料。
陶瓷材料制备工艺
陶瓷材料制备工艺陶瓷材料制备工艺区别于其它材料(金属及有机材料)制备工艺的最大特殊性在于陶瓷材料制备是采用粉末冶金工艺，即是由其粉末原料经加压成型后直接在团根或大部分团相状态下烧结而成，另一个重要特点是材料的制备与制品的制造工艺一体化。
即材料制备和零件的制备在同一空间和时间内完成。
因此，陶瓷材料工艺与其它材料工艺相比、其重要性在于：(1)粉料的制备工艺(是机械研磨方法。
还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小。
形态、尺寸分布、相结构)和成型工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影病即陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关，而且还显著地受粉料性质和特点的影响。
(2)由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点。
而使显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能。
而直接影响着制品的性能，而这种影响并非像金属材料那样可通过后续的热处理工艺加以改善。
加之陶瓷材料本身硬、脆、难变形的特点。
使得陶瓷材料的性能受微观组织结构。
尤其是缺陷影响的敏感性远高于其它村例如金属和高分子材料)。
因此。
陶瓷材料的制备工艺更显得十分重要。
本节概要介绍陶瓷材料制造工艺。
主要内容包括制粉、成型和烧结三部分。
一、粉末原料制备加工与处理1.粉末的品质对陶瓷性能的重要影响由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的，而烧结过程主要是沿领料表面或晶界的团相扩散物质的迁移过程。
因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。
就是说，粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。
因为粉末粒径越小。
表面积越大、或说粒度越小。
单位质量粉末的表面积(比表面积)越大。
烧结时进行团相扩散物质迁移的界面越多。
也就越容易致密化。
制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(＜lμm)级超细粉末，且现在已发展到纳米级超细粉。
粉末颗粒形状、尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著的影响。
2.粉末的制备方法粉末制备方法很多。
但大体上可以归结为机械研磨法和化学法两个方面。
(1)机械研磨粉碎法。
传统陶瓷粉料的合成方法是因相反应加机械粉碎(球磨)。
粉末冶金与陶瓷成形概述
粉末冶金与陶瓷成形概述粉末冶金与陶瓷成形是一种非常重要的制备材料的工艺，应用广泛。
同样，这也是一种非常复杂严谨的技术，需要掌握一定的分步骤操作方法。
首先，粉末冶金主要是指将金属粉末和非金属粉末在一定条件下高温热压成形，制成一定形状和性能的金属材料。
基本工艺包括原料处理、制粉、成型、烧结、后处理等步骤。
制粉重点在于粒度控制和纯度控制，成型工艺包括模具设计、模具制作、装粉、压制等。
烧结工艺是冶金过程中的重要步骤，包括热处理、热膨胀、收缩等过程。
后处理工艺包括检验、包装、质量控制、存储等。
其次，陶瓷成形是指利用粉末成型、干燥、烧结、后处理等工艺制备高性能的陶瓷制品。
陶瓷成型的基本步骤包括原料处理、制粉、成型、干燥、烧结、后处理等。
其中，制粉工艺和烧结工艺是决定陶瓷制品性能的最重要的因素。
陶瓷粉末的制备需要精细加工，以得到具有合适粒径分布的陶瓷粉末。
在成型工艺中，常用的成型方法有干压成型、注塑成型、挤出成型等。
在烧结工艺中，烧结温度、保温时间和工艺气氛是影响烧结品质的重要因素。
最后，粉末冶金和陶瓷成形虽然存在一定的区别，但是它们的基本工艺步骤是非常相似的。
两者都强调粉末制备、成型和烧结工艺的重要性，都需要关注粉末的纯度、粒度分布和成型后的烧结密度等质量因素。
同时，由于工艺复杂，它们的制品在应用领域上都需要特殊的研究和创新。
例如，粉末冶金可以用于制备高强度合金材料、摩擦材料和金属陶瓷复合材料等，陶瓷成形可以用于制备高压瓷、机械零件等。
综上所述，粉末冶金与陶瓷成形是目前制备材料所必须掌握的重要工艺，其基本工艺流程必须熟练掌握，切实提高技能水平，以满足社会对高性能材料应用和需求的要求。
粉末冶金工艺
粉末冶金工艺过程粉末冶金材料是指不经熔炼和铸造，直接用几种金属粉末或金属粉末与非金属粉末，通过配制、压制成型，烧结和后处理等制成的材料。
粉末冶金是金属冶金工艺与陶瓷烧结工艺的结合，它通常要经过以下几个工艺过程：一、粉料制备与压制成型常用机械粉碎、雾化、物理化学法制取粉末。
制取的粉末经过筛分与混合，混料均匀并加入适当的增塑剂，再进行压制成型，粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合作用，使制件结合为具有一定强度的整体。
压力越大则制件密度越大，强度相应增加。
有时为减小压力合增加制件密度，也可采用热等静压成型的方法。
二、烧结将压制成型的制件放置在采用还原性气氛的闭式炉中进行烧结，烧结温度约为基体金属熔点的2/3～3/4倍。
由于高温下不同种类原子的扩散，粉末表面氧化物的被还原以及变形粉末的再结晶，使粉末颗粒相互结合，提高了粉末冶金制品的强度，并获得与一般合金相似的组织。
经烧结后的制件中，仍然存在一些微小的孔隙，属于多孔性材料。
三、后处理一般情况下，烧结好的制件能够达到所需性能，可直接使用。
但有时还需进行必要的后处理。
如精压处理，可提高制件的密度和尺寸形状精度；对铁基粉末冶金制件进行淬火、表面淬火等处理可改善其机械性能；为达到润滑或耐蚀目的而进行浸油或浸渍其它液态润滑剂；将低熔点金属渗入制件孔隙中去的熔渗处理，可提高制件的强度、硬度、可塑性或冲击韧性等。
粉末冶金工艺的优点1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。
2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。
用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。
3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。
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液相的数量和性质：水分是泥团出现可塑性的必 要条件，当水分适量时才能呈现最大可塑性。
第一节 粉体成形原理
可塑性评价指标：σy＊εp 。 屈服值随含水量增加而减少； 最大变形量随含水量增加而增加。
•Forming theory •of powder
•可塑泥团的可塑性与含水量的关系
第一节 粉体成形原理
•Forming theory •of powder
粉料的堆积（填充）特性 与形状有关：拱桥效应，形状越不规则，空隙率 越高。 与粒径分布有关：粒径分布越宽，空隙率越小， 堆积密度越大。
粉料的流动性 自然安息角越小，反映出流动性越好 球形粉末的流动性好
第一节 粉体成形原理
•Forming theory •of powder
粉末冶金与陶瓷材料的 成形工艺
2020年4月20日星期一
第七章 粉末冶金与陶瓷材料的成形工艺
本章基本要求 粉体的基本物理性能 粉体成形原理 了解几种常用的成形工艺
第七章 目录
❖ 第一节 粉体成形原理 ❖ 第二节 粉体制备技术 ❖ 第三节 粉末冶金的成形工艺 ❖ 第四节 陶瓷材料的成形工艺 ❖ 第五节 烧结 ❖ 第六节 陶瓷与粉末快速成形工艺 ❖
粉碎法：机械粉碎、气流粉碎 不易制备1微米以下的微细颗粒 设备定型化，产量大，容易操作，被广泛地应用 于粉末生产中，属于物理法 机械合金化（高速高能球磨）
第一节 粉体成形原理
第一节 粉体成形原理
•Forming theory •of powder
与材料液态铸造成形与固态塑性成形方法不同，粉 末冶金与陶瓷的成形方法是利用粉末特有的性能，通 过坯体成形、烧结等系列工艺组成的。
生产工艺过程:
粉末冶金与陶瓷所用原材料都是“粉体”
第一节 粉体成形原理
•Forming theory •of powder
•两次之间有 间隙，利于 空气排出
•加压方式和压力分布状态图 •(a) 单面加压；(b)双面同时加压；(c)双面先后加压；(d)四面加压（等静压）
•密度均匀程度增加
第一节 粉体成形原理
❖ 对压制用粉料的工艺性能要求 ❖ (由于压制成型时粉料颗粒必须能充满模型的各
第一节 粉体成形原理
•Forming theory •of powder
粉体颗粒的表面能和表面状态
表面能：晶体破碎后内部原子在周围原子的均等作用 下处于能量平衡状态，而表面原子只是一侧受到内部 原子的引力，另一侧则处于一种具有“过剩能量”的状 态，该“过剩能量”称为表面能。
吸附与凝聚
第一节 粉体成形原理
•注浆成型对泥浆的总的工艺性能的要求
流动性好； 稳定性好； 适当的触变性； 含水量少； 滤过性好； 坯体强度高； 脱模容易； 不含气泡。
•Forming theory •of powder
第二节 粉体制备技术
•Preparation technologies •of powder
❖ 粉体制备方法
❖ 二、 粉体成形原理
将粉体原料制成块状坯体一般采用三种不同的方法：
压制成形：直接将不含液体（水或有机溶剂）或 含有少量液体的粉体加压成形。
可塑成形：将粉体加入适量的液体，做成可塑泥 团，通过塑性变形制成坯体。
浆料成形：将粉体中加入足够多的液体（含液量 超过可塑泥团），做成流体形的浆料，将其浇注 至模具内形成坯体。
•Forming theory •of powder
❖ 一、 粉料的基本物理性能
粒度：d、等效直径
粒度分布、形貌（宏观、微观）
拱桥效应：粉体颗粒的形貌千差万别，直接影响到粉 体的流动性和填充性。由于实际粉料不是球形，加上 表面粗糙不平以及附着和凝聚的作用，颗粒之间相互 咬合，形成拱桥形空间，增大了空隙率，使粉料自由 堆积的空隙率往往比理论计算值大得多。
❖ 可塑坯料的工艺性能要求
可塑性好； 含水量适当； 干燥强度高； 收缩率小； 颗粒细度适当； 空气含量低。
第一节 粉体成形原理
•Forming theory •of powder
❖ （3）浆料成形原理
将制备好的坯料泥浆注入多孔性模型内，由于多孔性模型的吸 水性，在贴近模壁的一层泥浆被模型吸水而形成一均匀的泥层 ，这泥层随着时间的延长而逐渐加厚，当达到所需的厚度时， 可将多余的泥浆倒出。最后该泥层继续脱水收缩而与模型脱离 。从模型取出后即为毛坯。
开裂
σy－流限、屈服值 σp－强度极限 εn－假塑性形变 εy－回复形变 εp－最大变形量
•泥团中颗粒产生相对位 移所致
•出现裂纹前的 最大变形量
•可塑泥团的应力－应变曲线
第一节 粉体成形原理
•Forming theory •of powder
影响泥团可塑性的因素 固相颗粒大小和形状：颗粒越粗，呈现最大塑性 时所需水分愈少，最大可塑性愈低;颗粒愈细，比 表面积愈大，每个颗粒表面形成水膜所需的水分 与多，可塑性愈高。
个角落)
良好的流动性。 粉料中气体越少越好。以便得到较高的素坯密度。 粉料的堆积密度越高越好。
第一节 粉体成形原理
•Forming theory •of powder
❖ （2）可塑成形原理
主要用于形成陶瓷坯体，不用于粉末冶金
可塑泥团的流变特性 弹性变形
Байду номын сангаас
•少量空气和有机增 塑剂的作用
假塑性变形
第一节 粉体成形原理
•Forming theory •of powder
❖ （1）压制成形原理：
基于较大压力 成形过程中坯体的密度、强度、压力发生变化。
•图7－3 单面加压 时坯体内部压力分
布情况
•H－坯体高度 •D－坯体直径
高而细的产品不适于压制法成型
第一节 粉体成形原理
影响坯体密度的因素 ➢成形压力 ➢加压方式：单面、双面、四面 ➢加压速度：一轻、二重、慢提起 ➢润滑剂等添加剂
第一节 粉体成形原理
影响泥浆流变性能的因素 泥浆浓度：浓度越高，在同一剪切速率下所需应力越大，流 动性降低。 固相颗粒大小：颗粒越细，吸引力越大，流动阻力越大； 电解质的作用：泥浆解凝 泥浆的pH值：影响离解程度，或胶溶或絮凝
•未解凝的可塑粘 土泥浆浓度与流 动曲线的关系
第一节 粉体成形原理