粉末冶金 烧结
粉末冶金烧结工艺
粉末冶金中的烧结烧结是粉末冶金过程中最重要的工序。
在烧结过程中，由于温度的变化粉末坯块颗粒之间发生粘结等物理化学变化，从而增加了烧结制品的电阻率、强度、硬度和密度，减小了孔隙度并使晶粒结构致密化。
一.定义将粉末或粉末压坯经过加热而得到强化和致密化制品的方法和技术。
二.烧结分类根据致密化机理或烧结工艺条件的不同，烧结可分为液相烧结、固相烧结、活化烧结、反应烧结、瞬时液相烧结、超固相烧结、松装烧结、电阻烧结、电火花烧结、微波烧结和熔浸等。
1.固相烧结：按其组元的多少可分为单元系固相烧结和多元系固相烧结两类。
单元系固相烧结纯金属、固定成分的化合物或均匀固溶体的松装粉末或压坯在熔点以下温度(一般为绝对熔点温度的2/3一4/5)进行的粉末烧结。
单元系固相烧结过程大致分3个阶段:(1)低温阶段(T烧毛0.25T熔)。
主要发生金属的回复、吸附气体和水分的挥发、压坯内成形剂的分解和排除。
由于回复时消除了压制时的弹性应力，粉末颗粒间接触面积反而相对减少，加上挥发物的排除，烧结体收缩不明显，甚至略有膨胀。
此阶段内烧结体密度基本保持不变。
(2)中温阶段(T烧(0.4~。
.55T动。
开始发生再结晶、粉末颗粒表面氧化物被完全还原，颗粒接触界面形成烧结颈，烧结体强度明显提高，而密度增加较慢。
(3)高温阶段(T烧二0.5一。
.85T熔)。
这是单元系固相烧结的主要阶段。
扩散和流动充分进行并接近完成，烧结体内的大量闭孔逐渐缩小，孔隙数量减少，烧结体密度明显增加。
保温一定时间后，所有性能均达到稳定不变。
（2）多元固相烧结：组成多元系固相烧结两种组元以上的粉末体系在其中低熔组元的熔点以下温度进行的粉末烧结。
多元系固相烧结除发生单元系固相烧结所发生的现象外，还由于组元之间的相互影响和作用，发生一些其他现象。
对于组元不相互固溶的多元系，其烧结行为主要由混合粉末中含量较多的粉末所决定。
如铜一石墨混合粉末的烧结主要是铜粉之间的烧结，石墨粉阻碍铜粉间的接触而影响收缩，对烧结体的强度、韧性等都有一定影响。
粉末烧结原理
粉末烧结原理粉末冶金是一种重要的金属材料制备技术，而粉末烧结则是粉末冶金中的一项关键工艺。
粉末烧结是指将金属或非金属粉末在一定的温度、压力和时间条件下进行加热压制，使粉末颗粒之间发生冶金结合，从而形成致密的块状材料的工艺过程。
下面将详细介绍粉末烧结的原理。
首先，粉末烧结原理的第一步是粉末的预处理。
通常情况下，粉末材料需要经过混合、干燥和成型等工艺步骤，以确保粉末颗粒的均匀性和成型性。
在混合过程中，不同种类的粉末可以被混合在一起，以获得特定性能的材料。
然后，干燥工艺可以去除粉末中的水分，有利于后续的成型工艺。
最后，成型工艺将粉末压制成特定形状的坯料，为后续的烧结工艺做好准备。
其次，粉末烧结的第二步是烧结过程。
在烧结过程中，粉末坯料被置于高温环境中，通常伴随着一定的压力。
在高温下，粉末颗粒之间会发生扩散和结合的过程，从而形成致密的晶粒结构。
在烧结过程中，温度、压力和时间是三个重要的参数，它们将直接影响到烧结后材料的密度、晶粒大小和性能。
最后，粉末烧结的第三步是后处理工艺。
烧结后的材料通常需要进行热处理、表面处理和精加工等工艺步骤，以进一步提高材料的性能和精度。
热处理可以消除烧结过程中产生的残余应力和缺陷，提高材料的强度和韧性。
表面处理可以改善材料的耐腐蚀性能和外观质量。
精加工则可以使材料达到特定的尺寸和形状要求。
总之，粉末烧结是一种重要的材料制备工艺，它通过预处理、烧结和后处理三个步骤，将粉末材料转化为致密的块状材料。
粉末烧结工艺可以制备出具有特定性能和形状的材料，广泛应用于汽车、航空航天、电子、医疗器械等领域。
通过对粉末烧结原理的深入了解，可以更好地掌握这一重要工艺，为材料制备和应用提供技术支持。
为什么高温烧结是粉末冶金的关键步骤？
为什么高温烧结是粉末冶金的关键步骤？一、高温烧结是粉末冶金的基本过程之一高温烧结在粉末冶金中扮演着至关重要的角色。
粉末冶金是利用金属或非金属粉末经过成型与烧结等工艺制得工件的一种工艺方法。
而高温烧结是这一过程中的核心环节之一，它通过高温和压力作用下，使得粉末颗粒间发生结合，从而实现零件的成型和性能的提升。
二、高温烧结有利于提高材料的致密性和机械性能高温烧结过程中，粉末颗粒在高温下经过热塑性变形，颗粒间的结合点逐渐增多，从而形成致密的结构。
通过这种高温烧结，粉末冶金材料的孔隙率可以得到有效的减小，同时材料的密度也会得到相应的提高。
致密的结构不仅有利于提高材料的强度和硬度，还可以提高其耐腐蚀和耐磨性能，从而增加零件的使用寿命。
三、高温烧结有利于改善材料的组织和相结构高温烧结过程中，粉末颗粒会发生晶粒长大、晶界迁移和晶界再稳定等过程，从而使材料的晶粒尺寸得到增大。
晶粒长大可以改变材料的力学性能和电磁性能等特性，比如提高材料的韧性和导电性能。
同时，烧结过程中还会发生相变现象，从而改变材料的相组成和相比例。
相变可以使材料的性能得到进一步的优化，比如提高材料的热稳定性和化学稳定性。
四、高温烧结有利于提高材料的物理和化学性能高温烧结过程中，粉末颗粒在高温下发生熔融和扩散等过程，从而使材料的物理和化学性能发生改变。
熔融和扩散可以使材料中的杂质得到排除，提高材料的纯度和均匀性。
同时，熔融还可以改变材料的晶结构和晶格缺陷，从而影响其热导率和磁性等物理性能。
此外，高温烧结还有助于改善材料的化学反应性和催化性能，促进材料在化学工程和催化工艺中的应用。
综上所述，高温烧结是粉末冶金的关键步骤之一。
通过高温烧结，可以提高材料的致密性和机械性能，改善材料的组织和相结构，以及提高材料的物理和化学性能。
因此，在粉末冶金制备材料时，必须充分重视高温烧结的过程控制和优化，以提高材料的质量和性能，满足工程应用的需求。
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。
粉末烧结原理
粉末烧结原理粉末冶金是一种利用粉末作为原料，通过成型和烧结工艺制备金属、陶瓷和复合材料的工艺方法。
其中，粉末烧结是粉末冶金中最为重要的一环，它通过高温烧结使粉末颗粒互相结合，形成致密的块体材料。
本文将介绍粉末烧结的原理及其在工业生产中的应用。
首先，粉末烧结的原理是基于固相烧结的物理化学过程。
在烧结过程中，粉末颗粒之间发生扩散、溶解、再结晶等过程，最终形成致密的块体材料。
这一过程主要受温度、压力、时间等因素的影响。
在高温下，粉末颗粒表面发生扩散，原子间的结合能降低，颗粒之间出现结合，形成颗粒间的颈部，最终形成致密的结构。
其次，粉末烧结的原理还与粉末颗粒的形状、大小和分布有关。
通常情况下，形状不规则、尺寸均匀的粉末颗粒更有利于烧结过程中的颗粒间结合。
此外，粉末颗粒的分布均匀性也对烧结效果有着重要影响。
分布不均匀会导致烧结过程中局部温度过高或过低，影响颗粒间的结合质量。
再者，粉末烧结的原理还与烧结助剂的选择和添加有关。
烧结助剂可以改善粉末颗粒间的结合情况，促进烧结过程中的颗粒间扩散和溶解。
常用的烧结助剂有氧化铝、氧化锆等，它们能够形成液相，填充颗粒间的空隙，促进颗粒间的结合。
最后，粉末烧结在工业生产中有着广泛的应用。
在制备金属材料方面，粉末烧结可以制备具有特殊功能的工程材料，如高温合金、硬质合金等。
在制备陶瓷材料方面，粉末烧结可以制备高性能的陶瓷材料，如氧化铝、氮化硅等。
此外，粉末烧结还可以制备具有复合功能的粉末冶金材料，如金属陶瓷复合材料、金属基复合材料等。
总之，粉末烧结作为粉末冶金中的重要工艺环节，其原理是基于固相烧结的物理化学过程，受到温度、压力、时间等因素的影响。
在工业生产中，粉末烧结已经得到了广泛的应用，为制备高性能的材料提供了重要的技术手段。
粉末冶金烧结方法
粉末冶金烧结方法嘿，朋友们！今天咱就来好好聊聊粉末冶金烧结方法。
你说这粉末冶金啊，就像是一场奇妙的魔法秀。
把那些细细小小的粉末们聚集在一起，通过烧结这个神奇的过程，让它们变成坚固又好用的东西。
烧结呢，其实就好比是让这些粉末小伙伴们开一场盛大的聚会。
它们在高温的环境下，彼此拥抱、融合，慢慢变得亲密无间，最后形成一个整体。
常见的烧结方法有好几种呢。
比如说固相烧结，这就像是一群小伙伴手拉手，紧紧地靠在一起，不需要太多其他的东西来帮忙，它们自己就能变得很牢固。
还有液相烧结，这就有点像在聚会里加了一些特殊的“胶水”，让粉末们能更好地结合在一起，形成更结实的物件。
那烧结过程中温度可重要啦！就像做饭时火候的把握一样，温度太高或者太低可都不行哦。
温度太低，粉末们就没办法好好地融合；温度太高呢，又可能会把它们给“烤坏”了。
而且啊，时间也是个关键因素呢。
太短了，粉末们还没来得及好好交流感情；太长了，又可能会出现一些意想不到的问题。
这粉末冶金烧结方法，可不只是在工业上有大用处哦。
你想想看，我们生活中的好多东西可能都离不开它呢。
说不定你现在手里拿着的某个小物件，就是通过这种神奇的方法制造出来的呢！那这粉末冶金烧结方法难不难呢？其实啊，就和学骑自行车差不多。
一开始可能会觉得有点难，不知道怎么掌握平衡，怎么踩踏板。
但只要你多练习，慢慢就会找到感觉，变得熟练起来。
咱再回过头来想想，这粉末从小小的一粒粒，变成有用的物件，这过程多神奇呀！就好像是丑小鸭变成白天鹅一样。
所以说呀，这粉末冶金烧结方法可真是个了不起的技术呢！它让那些看似不起眼的粉末，发挥出了大大的作用，为我们的生活带来了好多便利。
是不是很厉害呢？大家可别小瞧了它哟！。
粉末冶金烧结原理
粉末冶金烧结原理
粉末冶金烧结是一种常用的制备金属和陶瓷材料的工艺。
其原理基于粉末颗粒在高温下通过表面扩散和颗粒间的相互作用力而实现的固相结合。
首先，通过研磨和混合的方式将所需的金属或陶瓷粉末混合均匀。
混合的目的是使不同粉末颗粒在烧结过程中能够更好地接触和相互结合。
接下来，将混合后的粉末填充到模具中，并施加一定的压力。
压力的作用是使粉末颗粒之间产生一定的接触力，这样可以促进烧结过程中的颗粒扩散。
然后，将填充好的模具放入烧结炉中，进行高温处理。
在高温下，粉末颗粒表面会发生表面扩散，即颗粒表面的原子或离子会向颗粒内部扩散。
同时，由于高温下颗粒间的相互作用力增强，颗粒之间产生局部的结合。
经过一段时间的高温处理，粉末颗粒表面扩散和颗粒间的结合逐渐扩展到整个颗粒，形成了一个密实的整体。
这个过程称为固相烧结，通过这种方式，粉末的体积会明显减小。
最后，将烧结后的样品冷却并取出，进行进一步的加工和处理。
根据需要，可以对烧结样品进行后续的热处理、机加工等工艺步骤。
总之，粉末冶金烧结是一种通过高温和压力作用下，将粉末颗
粒固相结合的制备材料的方法。
通过控制烧结过程中的温度、压力和时间等参数，可以获得具有预期性能的金属和陶瓷材料。
粉末冶金材料的烧结
粉末冶金材料的烧结在粉末冶金生产过程中，为了将成型工艺制得的压坯或者松装粉末体制成有一定强度、一定密度的产品，需要在适当的条件下进行热处理，最常用的工艺是烧结。
烧结是把粉末或粉末压坯后，在适当的温度和气氛条件下加热的过程，从而使粉末颗粒相互黏结起来，改善其性能。
烧结的结果是颗粒间发生黏结，烧结体强度增加，而且多数情况下，其密度也提高。
在烧结过程中，发生一系列的物理和化学变化，粉末颗粒的聚集体变为晶粒的聚集体，从而获得具有所需物理、力学性能的制品或材料。
在粉末冶金生产过程中，烧结是最基本的工序之一。
从根本上说，粉末冶金生产过程一般是由粉末成型和粉末毛坯热处理这两道基本工序组成的。
虽然在某些特殊情况下（如粉末松装烧结）缺少成型工序，但是烧结工序或相当于烧结的高温工序（如热压或热锻）是不可缺少的。
另外，烧结工艺参数对产品性能起着决定性的作用，由烧结工艺产生的废品是无法通过其他的工序来挽救的。
影响烧结的两个重要因素是烧结时间和烧结气氛。
这两个因素都不同程度地影响着烧结工序的经济性，从而对整个产品成本产生影响。
因此，优化烧结工艺，改进烧结设备，减少工序的物质和能量消耗，如降低烧结温度、缩短烧结时间，对产品生产的经济性具有重大意义。
一、烧结过程的基本类型用粉末烧结的方法可以制得各种纯金属、合金、化合物以及复合材料。
烧结体按粉末原料的组成可分为由纯金属、化合物或固溶体组成的单相系，由金属，金属、金属－非金属、金属化合物组成的多相系。
为了反映烧结的主要过程和烧结机构的特点，通常按烧结过程有无明显液相出现和烧结系统的组成对烧结进行分类，如固相烧结和液相烧结，单元系烧结和多元系烧结等。
二、固相烧结粉末固相烧结是指整个烧结过程中，粉末压坯的各个组元都不发生熔化，即无液相出现和形成的烧结过程。
按其组元的多少，可分为单元系固相烧结和多元系固相烧结两类。
1.单元系固相烧结单元系固相烧结，即单一粉末成分的烧结。
例如各种纯金属的烧结、预合金化粉末的烧结、固定成分的化合物粉末的烧结等，均为单元系固相烧结。
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第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力
90 压坯相对密度=77%
80
烧结密度/%
70
61%
58% 60
4h，氢气
900 1000 1100 1200 温度/℃
细水雾化不锈钢粉在烧结时的致密化和收缩
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力
40
表面积减少 ΔS/S(%)
（1 1 ) r
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
对活塞稍加压力，将毛细管内液
体压出少许，使液滴体积增加dV， 相应地其表面积增加dA。克服附加 压力p环境所作的功与可逆增加表
面积的吉布斯自由能增加应该相等。
பைடு நூலகம்p p
p dV dA
Young-Laplace推导
A 4r dA 8rdr
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力
烧结颈表面 （空位源）
晶界 （空位阱）
颗粒表面 （空位阱）
颗粒内和 位错攀移
图5-12 烧结时空位扩散途径
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力 表面扩散
θ
阶梯状表面示意图
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力 晶界扩散
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力
σ R
2r
ρ
烧结的两球模型
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力
C
0 v
Cv
ρ
烧结颈曲面下的空位溶度分布
第五章 烧结
§5.3 烧结中物质的迁移
5.2.3 烧结原动力
两种类型的物质扩散
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
T2
T2
T1 T1
收缩Δl/l
烧结径尺寸r/R
表面积减少ΔS /S
烧结时间t
T1 T2 烧结时间t
致密化参数Φ
烧结时间t T2 T1
烧结时间t
烧结时间的影响
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
点接触
开始阶段
中间阶段
最终阶段
烧结阶段示意图
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力
度也越高，这些都是提高扩散系数的原因。
原子之间的结合键力越强，通常对应材料的熔点也越高， 激活能较大，扩散系数较小。 原子排列越紧密，晶体结构的致密度越高，激活能较大，扩 散系数较小。
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力
原子对长度 Lp
x L
距离 L-△ L
粉体颗粒烧结的计算模拟法结果
Bt
空位浓度梯度
x5 Bt R2
x3 Bt R x2 Bt R
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
影响扩散系数的因素
•温 度
• 材料成分 • 晶体结构 • 晶体缺陷
D
D0
exp(
Q RT
)
• 其他因素
影响程度：温度－成分－结构－其它
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力 温度提高，能超过能垒的几率越大，同时晶体的平衡空位浓
(a)
(b)
空位从颗粒接触面向颗粒表面(a)或晶界；(b)扩散的模型
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力
500um
直径0.13mm的铜丝在1075℃氢气中烧结408 h后的断面形貌
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力 塑性流动机制
R x
θ
h
粉末冶金
使用教材
参考教材
参考教材
第五章 烧结
§5.1 概述
烧 结? 压坯或松装粉末体的强度和密度都是很低的。为了提高压 坯或松装粉末体的强度，需要在适当的条件下进行热处理。 这就是把压坯或松装粉末体加热到其基本组元熔点以下的 温度(约0.7-0.8Tm)，并在此温度下保温，从而使粉末颗粒 相互结合起来，改善其件能。这种热处理就叫做烧结。
MT=melting point
第五章 烧结
§5.1 概述
T
液相烧结
TmA 粘性流烧结 TmB
T3 瞬态液相烧结
T2
温度
T1
固相烧结
A
X1
B
组分
各种类型的烧结
各种类型的烧结
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
致密化参数Φ
s g t g
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
T2>T1
位错芯管扩散Dislocation pipe diffusion
晶界扩散 Grain boundary diffusion 表面扩散 Surface diffusion
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
塑性流动
x9 R4.5 Bt
5.2.3 烧结原动力
晶界扩散
x7 R5 Bt
表面扩散
x6 R3
5.2.3 烧结原动力 黏性流动
黏性流动 F
体积扩散
(a)
(b)
黏性流动
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力 颗粒表面蒸发
θ 2x
库钦斯基烧结模型
R 2ρ
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力
x/R
0.50 750 ℃
0.30
725 ℃
0.10 0.08
代入得： p 2
r
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之 间的关系式：
特殊式（对球面）：
p 2
r
一般式：
p ( 1 1 )
r1 r2
根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径 取负值。所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力 指向气体，即附加压力总是指向球面的球心。
0.05
1
2 46
10
20 40 60
t/min
图 玻璃球-平板烧结实验
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力 体积扩散
(a)
(b)
(c)
图 三种扩散机制
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力
(1) (3)
(5) (6)
空位与原子的扩散
第五章 烧结
30
1
20
铜球
2 1010 ℃ 氢气
10 0.1
1
10
100
1000
时间/h
1-70 μ m铜粉烧结时为表面扩散机构
2-1铜00 粉μ烧m铜结粉时烧的结表时面为减表少面扩散机构
第五章 烧结
塑性流动模型
第五章 烧结
§5.3 烧结中的物质迁移
5.2.3 烧结原动力
第五章 烧结
§5.2 烧结过程的热力学基础
5.2.3 烧结原动力 晶格扩散 lattice diffusion
体积扩散Volume diffusion 块体扩散Bulk diffusion
扩散的短回路 Short circuit path