粉末冶金的烧结技术(正式版)
粉末冶金 第十讲 粉末烧结
液相烧结
液相烧结条件： ➢ 润湿性 ➢ 溶解度 ➢ 液相数量
液相烧结
液相烧结过程： ➢ 液相流动与颗粒重排 ➢ 固相溶解和再析出 ➢ 固相烧结
熔浸烧结
➢ 原理：将粉末坯体与液体金属接触或浸在液体 金属中，让坯体内孔隙为金属液填充，冷却后 得到致密材料或零件。
粉末冶金技术 第十讲
粉末烧结
烧结的概念
➢ 粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度和适当 气氛下借助于原子迁移实现颗粒间联结和一定 性能的现象和过程
✓ 固相烧结：烧结温度低于所有组分的熔点
✓ 液相烧结：烧结温度低于主要组分的熔点但高
于次要组分的熔点
WC-Co合金， W-Cu-Ni合金
烧结的概念
烧成与烧结 ➢ 烧成包括多种物理和化学变化，如脱水、
✓精整 ✓机加工 ✓热处理 ✓浸油 ✓电镀 ✓蒸汽处理
工艺参数
气孔率（1）、密度（2）、电阻（3）、强度（4）、晶粒尺寸（5）
工艺参数
烧结温度： ➢ 最低的起始烧结温度，即烧结体的某种物理或
力学性质出现明显变化的温度 ➢ 最低塔曼温度指数
烧结绝对温度 α 材料熔点
Au-0.3， Cu-0.35， Ni-0.4， Fe-0.4， Mn-0.45， W-0.4
烧结方式
➢ 无压烧结 ➢ 加压烧结 （1）热压（Hot-Pressing----HP） （2）热等静压（Hot Isostatic Pressing----HIP） （3）烧结—热等静压（Sintering-HIP）
➢自蔓延烧结 ➢微波烧结 ➢爆炸烧结 ➢电火花烧结 ➢放电等离子烧结
烧结设备
➢ 电炉：电阻炉、感应电炉 ➢ 燃料炉：固体、液体和气体燃料炉
粉末冶金原理-烧结技术详解
铁制品烧结用转化气体标准成分及应用
气体
标准成分
应用举例
吸热型 放热型
40H2，20％CO，1％CH4，Fe-C，Fe-Cu-C等高强度零件；
39％N2
爆炸性极强
8％H2，6％CO，6％CO2，纯铁，Fe-Cu烧结零件；有爆
80％N2
炸性
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一、烧结前的准备
（一）压坯的检查 ● 目的：去除尺寸、单重不合格或有掉边、掉角、分
层、裂纹等缺陷的压坯，减少烧结废品。
● 方法：抽检、肉眼观察、仪器检测。
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(二) 装炉（装舟及摆料） 推杆式烧结炉—装舟；网带式烧结炉—-摆料
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2. 无脱碳烧结控制原理
在CH4/H2和CO/CO2气氛中：
1） 图中两线分别为在CO2/CO气氛
2
和CH4/H2气氛中Fe与C反应平衡时
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气相平衡组成与温度关系
1: Fe + 2CO = （Fe，C） + CO2
③
①
②
④
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● 要无氧化烧结 ，应在①区；
● ＞800℃ H2还原区域更大；
● 随温度升高，欲保持CO/CO2 气氛的还原性，需降低CO2%
粉末冶金新技术-烧结
用SPS制取块状纳米晶Fe90Zr7B3软磁的过程是: 先将由非 晶薄带经球磨制成的50～150μｍ非晶粉末装入WC/Co合金 模具内,并在SPS烧结机上烧结(真空度1×10-2Pa以下、升温 速度0.09~1.7K/s、温度673～873Ｋ、压力590MPa), 再把所 得的烧结体在1×10-2Pa真空下、以3 7K/s速度加热到923Ｋ、 保温后而制成。材料显示较好的磁性能：最大磁导率29800、 100Ｈｚ下的动态磁导率3430, 矫顽力12Ａ/ｍ。
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双频微波烧结炉 生产用大型微波烧结炉 已烧结成多种材料：如陶瓷和铁氧体等材料。另 外，在日本又开发出相似的毫米波烧结技术，并成功 地在2023K下保温1h烧结成全致密的AlN材料。
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2.爆炸压制技术 爆炸压制又称冲击波压制是一种有前途的工艺
方法,它在粉末冶金中发挥了很重要的作用, 爆炸压 制时,只是在颗粒的表面产生瞬时的高温,作用时间 短,升温和降温速度极快。适当控制爆炸参数,使得 压制的材料密度可以达到理论密度的90%以上,甚至 达到99%。
3）快速脉冲电流的加入, 无论是粉末内的放电部位还是焦耳 发热部位, 都会快速移动, 使粉末的烧结能够均匀化。
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与传统的粉末冶金工艺相比，SPS工艺的特点是：
• 粉末原料广泛：各种金属、非金届、合金粉末，特别是 活性大的各种粒度粉末都可以用作SPS 烧结原科。
• 成形压力低：SPS烛结时经充分微放电处理，烧结粉末表 面处于向度活性化状态．为此，其成形压力只需要冷压烧 结的l/10~1/20。
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SPS制备软磁材料 通常用急冷或喷射方法可得到FeMe(Nb、Zr、Hf)Ｂ的非 晶合金,在稍高于晶化温度处理后, 可得到晶粒数10ｎｍ，具有 体心立方结构，高Bs 、磁损小的纳米晶材料。但非晶合金目 前只能是带材或粉末, 制作成品还需要将带材重叠和用树脂固 结, 这使得成品的密度和Bs均变低。近年, 日本采用SPS工艺研 究FeMeＢ块材的成形条件及磁性能。
(完整版)烧结技术
三、烧结缺陷分析
1. 形状与尺寸缺陷： ● 变形与翘曲
● 尺寸超差
2. 分层与开裂 3. 鼓泡与麻点
● 鼓泡：圆滑凸起
● 麻点：黑麻点、白亮麻点
4. 过烧与欠烧 ● 过烧：粘接、局部熔化
● 欠烧：未烧好
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℃温Biblioteka 度加热1050-1200oC 烧结保温 空冷 水冷
时间，hr
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铁基制品烧结温度范围
一、概述 1. 烧结气氛的作用
控制烧结体与环境之间的化学反应 …… 1）保护作用：减少环境对制品的影响，如防氧化、脱碳 2）净化作用：及时带走烧结坯体中润滑剂和成形剂的分解产
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焙烘的目的（常用于Cu、青铜）：
● 充分挥发并烧除硬脂酸锌润滑剂； ● 使粉末颗粒表面氧化，得到薄层氧化物，实现活化烧
结，温度380-500℃，氧化物层厚＜500A。
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合金元素），或复压复烧工艺中的高温烧结
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粉末烧结技术
加压烧结—加压和加热同时并用，以达到消除孔
隙的目的，从而大幅度提高粉末制品的性能。常用
的加压烧结工艺有热压、热等静压及烧结-热等静压。
热压—将粉末装在压模内，在加压的同时把粉末加热到熔
点以下，使之加速烧结成比较均匀致密的制品。
热等静压—把粉末压坯或把装入特制容器内的粉末置于热
等静压机高压容器内，使其烧结成致密的材料或零件的过 程。
烧结-热等静压—把压坯放入烧结-热等静压设备的高压容
器内，先进行脱蜡、烧结，再充入高压气体进行热等静压。
反应烧结—先将原材料（如制备Si3N4时使用Si粉）
粉末以适当方式成形后，在一定气氛中（如氮气）
加热发生原位反应合成所需的材料并同时发生烧结。
微波烧结—材料内部整体地吸收微波能并被加热，
使得在微波场中试样内部的热梯度和热流方向与常规 烧结的试样相反。
电火花等离子烧结—也叫等离子活化烧结或电火
花等离子烧结，是利用粉末间火花放电多产生的等
离子活化颗粒，同时在外力作用下进行的一种特殊
烧结方法。
真空热压烧结炉图
微波生物陶瓷烧结炉图
微波烧结炉图
热等静压烧结炉图
放电等离子烧结炉图
物理 化学变化
烧结后期还可能出现二次再结还可能发生固相的溶解与析出。
烧结驱动力
烧结的驱动力----一般为体系的表面能和缺陷能。烧
结实际上是体系表面能和缺陷能降低的过程。通常体
系能量的降低靠的是高温热能激活下的物质传递过程。
烧结原动力----烧结颈部与粉末颗粒其它部位之间存 在化学位差。
扩散机制将发生孔隙的孤立、球化及收缩。
氧化铝陶瓷典 型的不同烧结 阶段显微结构
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,第五章,烧结
(二）烧结过程的三个阶段 Ⅰ开始阶段——粘结阶段
颗粒间的原始接触点或接触面转变成晶粒结合，即通过形核、 长大等原子迁移过程形成烧结颈。主要发生吸附气体和水分的 挥发，成形剂的分解和排出。 Ⅱ中间阶段——烧结颈长大阶段
● 低于主要组分熔点的温度
* 固相烧结 — 烧结温度低于所有组分的熔点 * 液相烧结 — 烧结温度低于主要组分的熔点，
但可能高于次要组分的熔点： WC-Co合金， W-Cu-Ni合金
烧结过程坯块变化：用低于熔点的温度加热坯块时，坯块收缩 而致密化，结果强度增加，物理化学性能提高。烧结温度达到 一定值时，水分或有机物蒸发或挥发，吸附气体排出，应力消 除，粉末颗粒表面氧化物还原，接着是原子的相互扩散，粘性 流动和塑性流动，颗粒间接触面增大，再结晶，晶粒长大等， 有时还会出现液相，此时可能有固相的溶解和重结晶。这些过 程并无明显界限，而是穿插进行，互相重叠。
（五）晶界扩散机构 晶界是结构相同而取向不同晶粒之间的界面，即晶粒
与晶粒之间的接触界面叫做晶界。在晶界面上，原子排列 从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过 渡状态。
晶界扩散指烧结过程中，由于界面自由能的作用，使质 点沿着颗粒界面和相际界面的扩散迁移。
面两边的晶粒结构排列各不相同，而界面上的结构排列又必 然要和相邻的两个晶粒的结构状况相适应，因此界面易出现 一个无序排列的过渡层，在这一过渡层缺陷过多，空位浓度 差较大，杂质浓度差也较大，使界面扩散比体积扩散快得多 。界面扩散往往成为物质传递和空位迁移的通道和出口，由 体积扩散产生的气孔最后往往通过界面扩散而消除。
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！。
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粉末冶金的烧结技术(正
式版)
粉末冶金的烧结技术(正式版)
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1.烧结的方法
不同的产品、不同的性能烧结方法不一样。
⑴按原料组成不同分类。
可以将烧结分为单元
系烧结、多元系固相烧结及多元系液相烧结。
单元系烧结是纯金属（如难熔金属和纯铁软磁材
料）或化合物(Al2O3、B4C、BeO、MoSi2等)熔点以
下的温度进行固相烧结。
多元系固相烧结是由两种或
两种以上的组元构成的烧结体系，在其中低熔成分的
熔点温度以下进行的固相烧结。
粉末烧结合金多属于
这一类。
如Cu-Ni、Fe-Ni、Cu-Au、W-Mo、Ag-Au、Fe-Cu、W-Ni、Fe-C、Cu-C、Cu-W、Ag-W等。
多元系液相烧结以超过系统中低熔成分熔点的温度进行的烧结。
如W-Cu-Ni、W-Cu、WC-Co、TiC-Ni、Fe-
Cu(Cu>10%、Fe-Ni-Al、Cu-Pb、Cu-Sn、Fe-
Cu(Cu<10%)等
⑵按进料方式不同分类。
分为为连续烧结和间歇烧结。
连续烧结
烧结炉具有脱蜡、预烧、烧结、制冷各功能区段，烧结时烧结材料连续地或平稳、分段地完成各阶段的烧结。
连续烧结生产效率高，适用于大批量生产。
常用的进料方式有推杆式、辊道式和网带传送式
等。
间歇烧结
零件置于炉内静止不动，通过控温设备，对烧结炉进行需要的预热、加热及冷却循环操作，完成烧结材料的烧结过程。
间歇烧结可依据炉内烧结材料的性能确定合适的烧结制度，但生产效率低，适用于单件、小批量生产，常用的烧结炉有钟罩式炉、箱式炉等。
除上述分类方法外。
按烧结温度下是否有液相分为固相烧结和液相烧结；按烧结温度分为中温烧结和高温烧结（1100～1700℃），按烧结气氛的不同分为空气烧结，氢气保护烧结（如钼丝炉、不锈钢管和氢气炉等）和真空烧结。
另外还有超高压烧结、活化热压烧结等新的烧结技术。
2.影响粉末制品烧结质量的因素
影响烧结体性能的因素很多，主要是粉末体的性状、成形条件和烧结的条件。
烧结条件的因素包括加热速度、烧结温度和时间、冷却速度、烧结气氛及烧结加压状况等。
⑴烧结温度和时间
烧结温度的高低和时间的长短影响到烧结体的孔隙率、致密度、强度和硬度等。
烧结温度过高和时间过长，将降低产品性能，甚至出现制品过烧缺陷；烧结温度过低或时间过短，制品会因欠烧而引起性能下降。
⑵烧结气氛
粉末冶金常用的烧结气氛有还原气氛、真空、氢气氛等。
烧结气氛也直接影响到烧结体的性能。
在还原气氛下烧结防止压坯烧损并可使表面氧化物还原。
如铁基、铜基制品常采用发生炉煤气或分解氨，硬质
合金、不锈钢常采用纯氢。
活性金属或难熔金属（如铍、钛、锆、钽）、含TiC的硬质合金及不锈钢等可采用真空烧结。
真空烧结能避免气氛中的有害成分（H2O、O2、H2）等的不利影响，还可降低烧结温度（一般可降低100～150℃）。
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