粉末冶金烧结技术的研究进展.
粉末冶金高速压制技术的原理、特点及其研究进展
粉末冶金高速压制技术的原理、特点及其研究进展粉末冶金高速压制技术是一种重要的金属材料制备技术，它通过高速冲击和压缩粉末颗粒，将其迅速烧结成固体材料。
该技术具有独特的原理和特点，并在过去几十年中得到了广泛的研究和应用。
本文将从原理、特点以及研究进展三个方面对粉末冶金高速压制技术进行深入探讨。
一、原理粉末冶金高速压制技术是通过将金属或合金的粉末颗粒置于模具中，并在极短的时间内施加高压力，使得颗粒之间发生塑性变形和结合。
其主要原理可以归纳为以下几个方面：1.1 高速冲击在高速压制过程中，模具以极快的速度向下运动，使得模具与待加工材料之间产生剧烈碰撞。
这种高速冲击能够使得颗粒之间发生变形，并且加快了结合过程。
1.2 高温效应在高温下进行压制可以提供更好的塑性变形能力，使得粉末颗粒能够更好地结合。
此外，高温还可以促进晶粒的生长和再结晶，进一步提高材料的力学性能。
1.3 界面扩散在高速压制过程中，颗粒之间会发生扩散现象。
界面扩散可以使得颗粒之间的接触面积增大，并且在界面处形成更强的结合。
此外，界面扩散还可以促进晶粒的再结晶和生长。
1.4 塑性变形在高速压制过程中，颗粒会发生塑性变形，并且与周围颗粒发生冷焊接触。
这种塑性变形可以使得颗粒之间产生更强的结合，并且提高材料的密度和力学性能。
二、特点与传统冶金加工方法相比，粉末冶金高速压制技术具有以下几个特点：2.1 高效快速由于采用了高速冲击和压缩技术，这种方法具有快速、高效的特点。
一般情况下，整个过程只需要几十毫秒到几秒钟即可完成。
2.2 高质量由于采用了高温和高压力的条件，粉末冶金高速压制技术可以获得高密度和均匀的材料。
此外，由于塑性变形和界面扩散的作用，材料的结合强度也得到了显著提高。
2.3 复杂形状粉末冶金高速压制技术可以制备各种复杂形状的金属零件。
由于采用了模具，可以根据需要设计出各种形状和尺寸的零件。
2.4 节约能源与传统冶金加工方法相比，粉末冶金高速压制技术具有节约能源的优势。
粉末冶金烧结技术的研究进展
粉末冶金烧结技术的研究进展摘要:烧结作为粉末冶金最重要的一个工艺环节一直以来是人们研究的重点，介绍粉末冶金烧结技术的研究进展，以体现烧结在粉末冶金中的重要地位，推进新材料制备技术的发展。
关键词:粉末冶金烧结新技术中图分类号:TF124 文献标识码:B 文章编号:1671—3621(2004)04—0106—0108现代科学技术的不断发展牵引着工程材料向着复合化、高性能化、功能化、结构功能一体化和智能化方向发展，各行业对材料的性能提出了越来越高的要求。
在不断开发新材料的同时，人们也在不断地寻求新型材料的制备方法，小型化、自动化、精密化、省能源、无污染的材料制备方法成为人们追求的目标。
现代粉末冶金技术由于其少切屑，无切屑及近净成形的工艺特点，在新材料的制备中发挥了越来越大的作用。
它的低耗、节能、节材，易控制产品孔隙度，易实现金属-非金属复合，属-高分子复合等特点使其成为制取各种高性能结构材料，特种功能材料和极限条件下工作材料的有效途径，受到了人们的广泛关注。
从现代复合材料技术的理论来看，粉末冶金复合技术从微观上改变了单一材料的性能，依靠扩散流动使物质发生迁移，同时原材料的晶体组织发生变化，最终“优育”出高性能的复合材料。
而烧结作为粉末冶金生产过程中最重要的工序，一直以来是人们研究的重点，各种促进烧结的方法不断涌现，对改进烧结工艺，提高粉末冶金制品的力学性能，降低物质与能源消耗，起了积极的作用。
本文简单介绍近几年出现的几种烧结新技术，以期反映粉末冶金在高技术领域所起的重要作用。
1，放电等离子体烧结(Spark Plasma Sintering，SPS)放电等离子体烧结(SPS)也称作等离子体活化烧结(Plasma Activated Sintering，PAS)或脉冲电流热压烧结(Pulse Current Pressure Sintering)，是自90年代以来国外开始研究的一种快速烧结新工艺。
由于它融等离子体活化，热压，电阻加热为一体，具有烧结时间短，温度控制准确，易自动化，烧结样品颗粒均匀，致密度高等优点，仅在几分钟之内就使烧结产品的相对理论密度接近100%，而且能抑制样品颗粒的长大，提高材料的各种性能，因而在材料处理过程中充分显示了优越性。
浅谈粉末冶金技术的发展及现状
浅谈粉末冶金技术的发展及现状摘要：粉末冶金技术具有节能、高效、环保等诸多优点，已广泛应用到各个领域。
粉末冶金可用于制备传统方法无法制备的材料和难以加工的零件，因此，研究粉末冶金的发展越来越具有重要的意义。
本文主要介绍了粉末冶金的概念、发展历史和工艺特点，简述了国内外粉末冶金产业发展状况，并分析了粉末冶金技术的应用领域和发展现状。
关键词：粉末冶金；技术；粉末冶金；材料；发展状况引言粉末冶金技术是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过压制成形、烧结和后处理等工艺，制备金属材料、复合材料以及各种类型制品的近净成形工艺技术。
由于粉末冶金技术具有可充分实现各组元优异性能的叠加，可生产特殊结构和性能的材料或制品，容易实现智能制造、节能减排和资源化利用，可极大地减少成分偏聚、消除粗大组织、消除不优异的物理、化学和力学性能，生产效率高、成本低等优势，因此，近30年来一直是国际科研院所、高校和企业研究的热点。
目前，粉末冶金材料和制品已广泛应用于交通、机械、电子、航天航空等领域，市场需求量极大。
粉末冶金压机作为粉末冶金生产工艺中压制成形的关键设备，具有广阔的市场空间，关于粉末冶金压机的研究受到国内外研究人员的普遍重视。
1 粉末冶金简介1． 1 粉末冶金工艺粉末冶金学就是研究金属粉末的加工过程，包括粉末的制备，粉末的特性以及金属粉末转变为有用工程部件的过程。
这个过程改变了粉末的性质、性能以及它的组织结构而成为最终的产品。
粉末冶金的工艺发展已远远超过此范畴而日趋多样化，粉末冶金材料和制品的工艺流程如图 1 所示。
粉末冶金的基本工艺是：1）原料粉末的制取和准备，粉末可以是纯金属或其他合金、非金属、金属与非金属的化合物以及其他各种化合物；2）将粉末制成所需形状的生坯；3）将生坯在物料主要组元熔点以下的温度进行烧结，使最终材料或制品具有所需的性能。
图 1 粉末冶金基本工艺1．2 粉末冶金的发展历史在远古时期，埃及人在一种风箱中用碳还原氧化铁得到海绵铁，经高温锻造成致密块，再捶打成铁的器件，此炼铁技术是人类最初制取铁器的唯一手段，其作为粉末冶金的雏形，拉开了人类社会铁器时代的序幕。
粉末冶金现状及发展
粉末冶金现状及发展1. 引言粉末冶金是一种重要的金属材料加工技术，通过将金属粉末经过成形、烧结等步骤制备出的材料具有优异的物理和化学性能。
粉末冶金技术广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗和能源等领域，是现代工业制造中不可或缺的一环。
本文将探讨粉末冶金的现状及未来发展趋势。
2. 粉末冶金的基本原理粉末冶金主要的工艺流程包括粉末制备、粉末成型和烧结。
首先，金属原料通过物理或化学方法制备成粉末。
然后，利用成型技术将粉末填充到模具中，并施加压力使粉末颗粒形成所需的形状。
最后，通过高温烧结使粉末颗粒结合成整体材料。
3. 粉末冶金的应用领域粉末冶金技术在众多领域中得到了广泛应用。
以下是一些典型的应用领域：3.1 汽车工业粉末冶金技术在汽车工业中发挥着重要作用。
通过粉末冶金可以制备出具有优异力学性能和耐磨性的零部件，如齿轮、减震器和轴承等。
此外，粉末冶金还可以实现轻量化设计，提高汽车的燃油效率和续航里程。
3.2 航空航天工业在航空航天工业中，粉末冶金技术被广泛应用于制备高强度、耐高温材料。
这些材料可以用于制造发动机部件、导弹和卫星等。
粉末冶金技术还可以制备金属陶瓷复合材料，提高材料的性能和耐腐蚀性。
3.3 电子工业粉末冶金技术在电子工业中的应用也越来越广泛。
通过粉末冶金可以制备出具有高导电性和磁性的材料，如电极材料和磁性核材料等。
此外，粉末冶金技术还可以制备微细粉末，用于制造电子元器件中的封装材料。
3.4 医疗工业粉末冶金技术在医疗工业中的应用主要体现在制备人工关节和牙科种植体等医疗器械方面。
利用粉末冶金可以制备出具有生物相容性、强度和耐腐蚀性的金属材料，提高医疗器械的性能和使用寿命。
3.5 能源工业粉末冶金技术在能源工业中的应用主要体现在制备高效率燃料电池和储能材料等方面。
通过粉末冶金可以制备出具有高比表面积和良好导电性能的材料，提高能源转换效率和储能密度。
4. 粉末冶金的发展趋势随着科学技术的发展和工业需求的变化，粉末冶金技术也在不断发展。
粉末冶金原理-烧结
按烧结过程有无液相出现分类
■ 固相烧结： 单元系固相烧结：单相（纯金属、 化合物、固溶体）粉末的烧结： 烧结过程无化学反应、无新相形 成、无物质聚集状态的改变。 多元系固相烧结：两种或两种以 上组元粉末的烧结过程，包括反 应烧结等。 元限因溶系：Cu-Ni、Cu-Au、 Ag-Au等。 有限固溶系：Fe-C、Fe-Ni、FeCu、W-Ni等。 互不固溶系：Ag-W、Cu-W、 Cu-C等。
低包括下述几个方面： （1）由于颗粒结合面（烧结颈〉的增大和颗粒表面平直化，粉末体 的总比表面积和总表面自由能减小； （2）烧结体内孔隙的总体积和总表面积减小； （3）粉末颗粒内晶格畸变部分消除。
二、烧结的热力学问题
■ 粉末过剩自由能包括表面能和晶格畸变能，在烧结过程中特 别是早期阶段，作用较大的主要是表面能。
核，结晶长大等原子过程形成烧结颈。在这一阶段中，颗粒内的 晶粒不发生变化，颗粒外形也基本未变，整个烧结不发生收缩， 密度增加也极微，但是烧结体的强度和导电性由于颗粒结合面增 大而有明显增加。
粉末等温烧结过程的三个阶段
等温烧结过程按时间大致可分为三个界限不十分明显的阶段： 1、烧结颈长大阶段 ■ 原子向颗粒结合面的大量迁移使烧结颈扩大，颗粒间距离缩小，
（二）烧结机构的分类
2、宏观迁移：V-V ■ 体积扩散（volumeorlatticediffusion）：借助于空位运动，原子
等向颈部迁移。 ■ 粘性流动（viscousflow）：非晶材料，在剪切应力作用下，产生
粘性流动，物质向颈部迁移。 ■ 塑性流动（plasticflow）：烧结温度接近物质熔点，当颈部的拉
对烧结定义的理解1
■ 粉末也可以烧结（不一定要成形） 松装烧结，制造过滤材料（不锈钢，青铜，黄铜，铁等）和催化材料 （铁，镍，铂等）等。
粉末冶金技术在制造工艺中的应用与前景展望
粉末冶金技术在制造工艺中的应用与前景展望随着工业技术的不断进步和发展，粉末冶金技术作为一种独特的制造工艺应运而生，并在各个领域取得了显著的成就。
本文将探讨粉末冶金技术在制造工艺中的应用，并展望其未来的发展前景。
一、粉末冶金技术在制造工艺中的应用1. 材料制备粉末冶金技术为制备各类复杂材料提供了一种高效、经济的途径。
通过控制粉末的粒度和成分，可以制备出具有特定功能和性能的材料，如超硬合金、高温合金等。
此外，粉末冶金技术还可用于制备多孔材料、纳米材料等特殊结构的材料，为工业领域提供更多的选择。
2. 零件制造粉末冶金技术在零件制造领域有着广泛的应用。
通过压制和烧结工艺，可以制造出形状复杂、尺寸精确的零件，如齿轮、传动轴等。
此外，粉末冶金技术还可用于制造高强度、耐磨、耐腐蚀的零件，提高产品的性能和使用寿命。
3. 表面喷涂粉末冶金技术在表面喷涂领域的应用日益广泛。
通过将金属粉末喷涂在基底上，可以形成耐磨、耐腐蚀的保护层，提高基底材料的表面硬度和耐用性。
此外，粉末冶金技术还可用于制备具有特殊功能的表面涂层，如导电、防静电等，满足不同领域的需求。
二、粉末冶金技术在制造工艺中的前景展望随着科学技术的不断进步和粉末冶金技术的不断发展，其在制造工艺中的应用前景将更加广阔。
1. 新材料的开发粉末冶金技术可用于制备各类新材料，如高性能金属复合材料、纳米结构材料等，这些材料具有独特的结构和性能，可以应用于航空航天、汽车制造等高端领域。
未来，随着材料科学的不断发展，粉末冶金技术将在新材料的开发中发挥更重要的作用。
2. 制造工艺的进一步改进粉末冶金技术在制造工艺中的应用还存在一些问题，如成本较高、生产效率有限等。
未来，随着制造技术的进步和粉末冶金技术的改进，这些问题将得到有效解决。
预计未来的粉末冶金技术将更加成熟和高效，为制造业的发展带来新的机遇和挑战。
3. 粉末冶金技术与其他技术的融合随着工业4.0时代的到来，各种先进制造技术相互融合，形成了新的制造模式和工艺流程。
2023年粉末冶金的烧结技术
2023年粉末冶金的烧结技术发展情况分析摘要：随着科技的飞速发展，粉末冶金作为一种先进的加工技术，被广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域。
本文通过对2023年粉末冶金的烧结技术发展进行综述与分析，展望其未来的发展趋势。
1. 研究背景粉末冶金是一种将金属粉末通过成型、烧结等工艺进行成型、联接和烧结的加工技术。
它具有高度适应性、高生产效率、节能环保等优点，因此在汽车、电子、航空航天等领域得到广泛应用。
2. 烧结技术的基本原理烧结是将粉末冶金成型件在一定温度下进行加热，使金属粉末颗粒之间发生扩散、溶合和晶粒长大的过程。
烧结技术的基本原理包括颗粒扩散、表面扩散、气体扩散和挥发扩散等。
3. 烧结技术的发展趋势3.1 高温烧结技术高温烧结是指在高温条件下进行烧结，通过增加温度来提高材料的烧结密度和力学性能。
未来，随着材料科学和工艺技术的不断进步，高温烧结技术将实现更高的烧结密度和更好的力学性能。
3.2 超声烧结技术超声波具有高频振动、高能量密度和优异的传导性能等优点。
超声烧结技术通过超声波的作用，可以提高粉末冶金成型件的烧结密度，并改善界面结构和力学性能。
3.3 脉冲电流烧结技术脉冲电流烧结技术通过在烧结过程中施加间断性的电流脉冲，可以提高电流的局部密度，增加材料的烧结速率和烧结均匀性。
脉冲电流烧结技术具有高效、环保、精密控制等特点，未来有望成为粉末冶金烧结技术的主流。
3.4 3D打印烧结技术3D打印烧结技术通过在粉末层上逐层加热烧结，可以实现复杂形状的金属成型件快速制造。
未来，随着3D打印技术的发展和新材料的引入，将推动3D打印烧结技术在粉末冶金领域的应用。
4. 面临的挑战和解决方案4.1 烧结温度的控制烧结温度是决定材料烧结质量和性能的重要参数，但在实际生产过程中，烧结温度往往难以准确控制。
未来，可以利用智能控制技术和自动化仪表设备，实现对烧结温度的准确监测和控制。
4.2 烧结时间的缩短烧结时间的缩短可以提高生产效率和节约能源。
稀土材料的粉末冶金工艺研究
稀土材料的粉末冶金工艺研究1. 引言稀土材料是具有特殊性能的重要功能材料，在电子、磁性、光学、催化等领域中有广泛的应用。
粉末冶金是一种重要的制备稀土材料的方法，因其具有高效、低成本、高纯度和可控性强等优点而备受研究者的关注。
本文将探讨稀土材料的粉末冶金工艺研究的相关内容。
2. 粉末冶金工艺2.1 粉末制备粉末冶金的前提是制备高质量、高纯度的稀土粉末。
常用的稀土粉末制备方法包括：•化学法：通过化学反应将稀土溶液转化为稀土粉末，如湿法沉淀法、水热法等。
•物理法：通过物理手段将稀土块料或化合物转化为稀土粉末，如球磨法、气相法等。
•等离子体法：利用等离子体的特性将稀土材料转化为粉末。
2.2 粉末成型粉末成型是将粉末转化为具有一定形状和结构的坯体的过程。
常用的粉末成型方法包括：•压制成型：将粉末放入模具中，通过压力使其成为坯体。
•注射成型：将粉末与特定的绑定剂混合，通过注射成型设备形成坯体。
•真空烧结：在真空条件下将粉末坯体进行烧结，使其形成致密的坯体。
2.3 烧结与热处理烧结是将粉末坯体进行高温处理，使其在固态下形成致密的坯体。
烧结条件对坯体的致密度、力学性能和微观结构的形成有重要影响。
热处理是在特定温度下对坯体进行持续加热或冷却处理，以改变材料的结构和性能。
3. 粉末冶金工艺实例3.1 稀土氧化物的粉末冶金工艺稀土氧化物是一类重要的稀土材料，具有优异的光学、电学和磁学性能。
针对稀土氧化物的粉末冶金工艺，常采取以下步骤：1.稀土氧化物粉末的制备：可以通过湿法沉淀法将稀土溶液转化为稀土氧化物粉末。
2.粉末成型：利用压制成型方法将粉末转化为坯体。
3.烧结与热处理：将粉末坯体进行高温烧结，使其形成致密的结构，并进行热处理以改变材料的性能。
3.2 稀土合金的粉末冶金工艺稀土合金是由稀土元素和其他金属元素组成的合金。
粉末冶金工艺在稀土合金的制备中具有重要应用价值。
常见的稀土合金的粉末冶金工艺包括：1.稀土合金粉末的制备：可以通过合金化合物的物理法制备稀土合金粉末。
粉末冶金的烧结技术
粉末冶金的烧结技术粉末冶金是一种通过将金属或非金属粉末在一定条件下，加工成具有一定形状和尺寸的零部件的方法。
烧结技术是粉末冶金中的关键步骤之一，它将粉末颗粒通过加热并施加压力使其质点之间结合得更加牢固，形成一体化的零部件。
本文将对粉末冶金的烧结技术进行深入探讨。
一、烧结技术的基本原理和过程烧结技术是将粉末颗粒通过加热至其熔点以下，但高于材料的再结晶温度，同时施加压力，使粉末颗粒发生结合，形成一体化的零部件。
其基本原理是利用了粉末颗粒与粉末颗粒之间的扩散作用和表面张力降低效应。
烧结过程中，颗粒间的间隙先得到迅速消除，然后颗粒之间产生再结晶，通过扩散使粒间结合更为牢固。
整个烧结过程可以分为初期活化期、再结晶期和液相期三个阶段。
初期活化期是指在烧结过程开始的阶段，颗粒发生活化并形成结合，此时烧结坯体变得更为致密。
再结晶期是指烧结坯体中增强再结晶的发生。
液相期是指在达到受结合的颗粒之间的最小距离后，材料产生液相，并通过液相扩散加快了颗粒间的结合。
在这个过程中，烧结坯体结构的致密度和强度会显著提高。
二、烧结技术的主要参数在进行粉末冶金的烧结过程中，有许多参数需要注意和控制，如温度、压力、时间和气氛等。
这些参数会对烧结过程和烧结产品的质量产生重要影响。
1. 温度：温度是烧结过程的关键参数之一。
合适的温度能够使粉末颗粒迅速熔结，并形成均匀的结构。
过高或过低的温度都会影响烧结效果和质量。
2. 压力：在烧结过程中，施加的压力可以使粉末颗粒更加紧密地结合在一起。
增加压力可以提高烧结物品的致密度和强度。
3. 时间：烧结时间是烧结过程中的一个重要参数。
适当的烧结时间可以使粉末颗粒充分结合并形成致密的结构。
时间过长或过短都会影响产品的质量。
4. 气氛：烧结过程中的气氛对烧结质量和产品性能有很大影响。
不同的气氛可以对不同材料产生不同的效果。
常用的烧结气氛有氢气、氮气、氧气和真空等。
三、烧结技术的应用和优点烧结技术在现代工业中有着广泛的应用，尤其是在金属材料和陶瓷材料的制备过程中。
粉末冶金技术在零件生产中的应用研究
粉末冶金技术在零件生产中的应用研究随着现代工业的发展，零部件的生产成为各行各业不可缺少的环节。
为了满足不同领域的需求，制造业需要不断探索合适的技术和方法。
其中，粉末冶金技术以其独特的优势在零件生产中得到了广泛的应用。
一、粉末冶金技术的基本原理粉末冶金技术是采用微米级粉末加工成型和冶金烧结制备制品的工艺方法。
其基本原理是将金属或合金材料加工成粉末，并通过压制和烧结等工艺，制成所需的零部件。
在制备粉末时，常见的方法有机械研磨、水平球磨、高能球磨和气相凝聚等。
而在粉末加工成型过程中，又有单向压制、等轴压制、等温烧结和热等静压等多种工艺。
最终，通过多次烧结和热处理，可以得到高密度、高强度的零件。
二、粉末冶金技术在零部件生产中的应用1. 汽车行业汽车是粉末冶金技术的主要应用领域之一。
汽车零件需要具备高强度、高硬度、耐磨性等特点，而粉末冶金技术可以满足这些要求。
其中，齿轮、减震器、活塞环、离合器和变速器等部件都可以通过粉末冶金技术制造。
2. 航空航天领域航空航天领域对零部件的要求更高。
而粉末冶金技术因其制备高质量、高性能粉末的特点，被广泛用于航空航天领域的关键部件制造。
比如导弹推进器、火箭喷嘴喉等部件。
3. 医疗器械领域粉末冶金技术还被广泛应用于医疗器械的制造。
比如人工骨骼、烤瓷牙、植入性支架等部件的制造都需要使用粉末冶金技术。
这种制造方式具有精确度高、良好的生物相容性和质地均匀等优势。
三、粉末冶金技术的优势与挑战1. 优势与传统冶金工艺相比，粉末冶金技术具有以下优势。
（1）粉末冶金技术有较高的利用效率，可以制造形状复杂的零件。
（2）粉末冶金技术可以制造高性能材料，质量稳定，精度高。
（3）粉末冶金技术生产过程中的能源消耗少，有利于环境保护。
（4）粉末冶金技术可以制造小批量、多变性的产品，有利于经济适应性。
2. 挑战粉末冶金技术在应用中也存在一些挑战。
（1）烧结过程中易产生气孔和夹杂物，降低零件的强度和耐腐蚀性。
- 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)。
总第 56期第 4期贵阳金筑大学学报2004年 12月粉末冶金烧结技术的研究进展林芸①(西安交通大学材料科学与工程学院西安 710049摘要 :烧结作为粉末冶金最重要的一个工艺环节一直以来是人们研究的重点 , 研究进展 , 以体现烧结在粉末冶金中的重要地位 , 推进新材料制备技术的发展。
关键词 :粉末冶金烧结新技术中图分类号 :TF124文献标识码 :B 0106-0108复合化、高性能化、功能化、方向发展 , 求。
, , 小型化、自动化、精密化、省能源、无污染的材料制备方法成为人们追求的目标。
现代粉末冶金技术由于其少切屑、无切屑及近净成形的工艺特点 , 在新材料的制备中发挥了越来越大的作用。
它的低耗、节能、节材 , 易控制产品孔隙度 , 易实现金属 -非金属复合 , 金属 -高分子复合等特点使其成为制取各种高性能结构材料、特种功能材料和极限条件下工作材料的有效途径 [1], 受到了人们的广泛关注。
从现代复合材料技术的理论来看 , 粉末冶金复合技术从微观上改变了单一材料的性能 , 依靠扩散流动使物质发生迁移 , 同时原材料的晶体组织发生变化 , 最终“ 优育” 出高性能的复合材料。
而烧结作为粉末冶金生产过程中最重要的工序 , 一直以来是人们研究的重点 , 各种促进烧结的方法不断涌现 , 对改进烧结工艺 , 提高粉末冶金制品的力学性能 , 降低物质与能源消耗 , 起了积极的作用。
本文简单介绍近几年出现的几种烧结新技术 , 以期反映粉末冶金在高技术领域所起的重要作用。
1、放电等离子体烧结 (Spark Plasma Sintering,放电等离子体烧结 (SPS 也称作等离子体活化烧结 (Plasma Activated Sintering ,PAS 或脉冲电流热压烧结 (Pulse Current Pressure Sintering , 是自 90年代以来国外开始研究的一种快速烧结新工艺 [2]。
由于它融等离子体活化、热压、电阻加热为一体 , 具有烧结时间短、温度控制准确、易自动化、烧结样品颗粒均匀、致密度高等优点 , 仅在几分钟之内就使烧结产品的相对理论密度接近 100%, 而且能抑制样品颗粒的长大 , 提高材料的各种性能 , 因而在材料处理过程中充分显示了优越性。
将瞬间、断续、高能脉冲电流通入装有粉末的模具上 , 在粉末颗粒间即可产生等离子放电 , 由于等离子体是一种高活性离子化的电导气体 , 因此 , 等离子体能迅速消除粉末颗粒表面吸附的杂质和气体 , 并加快物质高速度的扩散和迁移 , 导致粉末的净化、活化、均化等效应。
第三代 SPS 设备采用的是开关直流脉冲电源 , 在 50Hz 供电电源下 , 发生一个脉冲的时间为 312ms , 由于强脉冲电流加在粉末颗粒间 , 即可产生诸多有利于快速烧结的效应。
首先 , 由于脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场中反方向的高速流动 , 可使粉末吸附的气体逸散 , 粉末表面的起始氧化膜在一定程度上可被击穿 , 使粉末得以净化、活化 ; 其次 , 由于脉冲是瞬间、断续、高频率发生 ,・601・①收稿日期 :2004-6-10作者简介 :林芸 (1965- , 女 , 高级工程师 , 西安交通大学材料与工程学院在读工程硕士 , 主要研究方向 :金属基复合材料制备工艺。
在粉末颗粒未接触部位产生的放电热 , 以及粉末颗粒接触部位产生的焦耳热 , 都大大促进了粉末颗粒原子的扩散 , 其扩散系数比通常热压条件下的要大得多 , 而达到粉末烧结的快速化 ; 最后 , 开关快速脉冲的加入 , 无论是粉末内的放电部位还是产生焦耳热部位 , 都会快速移动 , 使粉末的烧结能够均匀化。
2、微波烧结 (Microwave Sintering微波烧结是一种利用微波加热来对材料进行烧结的方法。
微波烧结技术是利用材料吸收微波能转化为内部分子的动能和热能 , 使得材料整体均匀加热至一定温度而实现致密化烧结的一种方法 , 是快速制备高质量的新材料和制备具有新的性能的传统材料的重要技术手段。
同常规烧结方法相比 , 微波烧结具有快速加热、烧结温度低、细化材料组织、改进材料性能、安全无污染以及高效节能等优点 ,一代烧结方法 [3]。
比 ,强韧性。
, 内部孔隙很少 , , 因而具有更好的延展性和韧性 , 加热速度可以高达 1500℃ /分钟 , 对某些材料甚至可以以很少的输入能量实现 2000℃以上的高温。
由于微波对大多数粉末陶瓷材料有很大的穿透性 , 可以均匀地加热工件 , 减小高温烧结过程中的温度梯度 , 从而降低由膨胀不均匀产生的材料变形 , 使迅速升温成为可能 , 而且在高温下停留的时间可以大幅度缩短 , 抑制晶粒的长大 , 改善材料的物理、力学性能。
微波烧结始于上世纪 70年代 , 到目前为止 , 许多氧化物和非氧化物 , 从低损耗陶瓷 (如 Y -A12O3 到高损耗陶瓷 (如 SiC 、 TiB2和 BC 等的微波烧结均见报道。
3、电场活化烧结 (Field activated sintering technique ,FAST [4]电场活化烧结技术在烧结时要施加电场。
它有许多优点 :经电场活化烧结后 , 显微结构可以细化 , 并可提高钢的淬透性。
在粉末烧结中 , 施加电场可固结难以烧结的粉末 , 它比传统烧结温度低、时间短、但烧结制品密度高 , 质量好而且生产率高。
它是通过施加断续的低电压 (~30V 和高电流 (>600A 来实现脉冲放电的。
脉冲放电后再施加直流电。
脉冲放电与施加直流电也可同时进行。
施加的压力可以是恒定的 , 也可以是可变的。
从装粉到脱模 , 整个过程不到 10min 就可以完成。
一般来说 , 不需要添加剂或粘结剂 , 也不需要事先冷压。
在大多数情况下 , 烧结是在空气中进行的 , 不需要可控气氛或事先粉末脱气。
FAST 致密化已用于液相或固相烧结的导电材料、超导材料、绝缘材料、复合材料及功能梯度材料等 , 也可用于同时致密化与合成化合物。
4、金属粉末选择性激光烧结成形 (Selective laser sintering ,SL S [5]选择性激光烧结成形 (SL S 是应用分层制造方法 , 以固体粉末材料直接成形三维实体零件 , 不受材料种类的限制、不受零件形状复杂程度的限制 . 其工艺是首先在计算机上完成符合需要的三维 CAD 模型 , 再用分层软件对模型进行分层 , 得到每层的截面 , 采用自动控制技术 ,, , ., . 如此层层烧结、堆积 , 结果 CAD 原型一致的实体 , 而未烧结部分则是松散粉末 , 可以起到支撑的作用 , 并在最后很容易清理掉 . 可供选区烧结的材料非常广泛 , 有石蜡粉、塑料粉、金属粉和陶瓷粉等 . 金属粉末的选区激光烧结是目前选区激光烧结技术的研究重点 , 金属粉末在激光烧结成型所得到的零件只是一种坯体 , 其机械性能和热学性能还需通过后处理进一步提高。
利用金属粉末进行选区激光烧结成形是一个很有发展前途的工艺方法 , 具有广阔的应用前景 . 由于激光烧结金属粉末是一个复杂的工艺过程 , 烧结难度较大 , 激光功率、扫描速度、扫描方式等都对烧结精度有影响 , 直接制造出高精度的金属零件是激光快速成形追求的目标。
5、热振荡活化烧结 (Heat shock activated sintering ,HSAS2003年, 西安交通大学柴东朗课题组在原位观察 Al -10Mg 二元纯金属粉末体系的烧结过程时发现 , 普通电阻加热形成的波动温度场对烧结具有热振荡活化效应 , 能较大程度上提高镁颗粒在铝基体中的熔化速度 , 波动温度场的烧结过程要比恒温场短很多。
由于利用电阻加热的传统烧结工艺有着广泛的应用基础 , 这对充分发挥现有的烧结设备的工作潜力 , 提高设备的工作效率都有直接的指导意义 , 从而可以改善烧结体的质量 , 提高粉末冶金的生产效率 , 以及节约能源和降低新设备投入等等。
粉末冶金烧结技术 , 实现了复杂形状零件的高精度、批量化生产 , 其成品率高、加工能耗少。
相信在不远的将来 , 粉末冶金烧结工艺还会有更快速的发展 , ・ 7 0 1・各种烧结新工艺将不断面世 , 推动社会科技的进步。
近年来 , 粉末冶金新技术、新工艺不断被开发出来。
德国正在研究微金属注射成形与微陶瓷注射成形技术 , 最小的微金属注射成形件尺寸仅为50μm , 比传统粉末注射成形技术制得的部件更小 , 促进了微型系统制造技术的发展。
多相喷射固结法也是一种新的自由成形技术 , 可用于制造生物医学零件 , 利用多相喷射固结法 , 根据 CT 扫描得到的假体的三维描述 , 就可以制造出通常外科所需零件 , 而无需开刀去实际测量。
将金属粉或陶瓷粉与粘结剂混合 , 形成均匀混合料 , 将这些混合料按技术要求进行喷射 , 一层一层地形成一个零件 , 在部件形成之后 , 其中的粘结相用化学法或者加热去除 , 而后烧结到最终密度。
另一项粉末冶金新技术是美国麻省理工学院发明的三维印刷法 , 该法是根据印刷技术 , 通过计算机辅助设计 , 将粘结剂精确沉积到一层金属粉末上 ,逐层印刷 ,个生坯件。
,度。
[6]的飞速发展 , 粉末冶金制品越来越多地应用于各行各业中 , 应用领域不断扩大 , 粉末冶金新技术层出不穷。
我国的粉末冶金工业在产品数量、质量与技术方面与先进国家相比 , 尚有不小差距。
因此 , 我们应及时了解与掌握不断出现的新技术 , 同时开发我们自己的新技术。
参考文献 :[1]G. O ’ Donnell , L. Looney. Production of aluminium matrix composite components using conventional PM technology [J ].Materials Science andEngineering ,2001,A303:292-301;[2]G. S. Upadhyaya Some issues in sintering science and technology [J].Materials Chemistry and Physics , 2001, 67:1-5;[3], %%微波烧结技 ,2001,Vol. 96(6 : -Joanna R. Field activation provides sintering [J ].PM Special Feature , 2000, MPR J uly/August :16-18.[5]陈继民等 , 金属粉末激光选区烧结行为的研究 [J].北京工业大学学报 ,2002,28(4 :479-482; [6]亓家钟 , 陈利民 , 粉末冶金新技术 [J].粉末冶金工业 ,2004,14(1 :23-27Current Progress of Sintering T echnics of Powder Metallurgy Lin Yun(M aterial Science and Technology Depart ment of Xi ’ an Jiaotong U niversity ,Xi ’ an S hanxi 710049, Chi naAbstract :Sintering is one of the most importantsteps of powder metallurgy (PM . Improving the sinteringquality or increasing sintering efficiency has been a hot spot all along. Introduce some new sintering technics of powder metallurgy ,in order to advance the development of preparation technology of new material.K ey w ords :Powder Metallurgy (PM Sintering New technics・81・。