粉体成形与烧结(精选)
粉体特性PPT课件
2021
3
一、 粉体的基本物理特性
• 粉体（powder）：大量固体颗粒的集合体 – 具有原固体（bulk）的特性，如物质结构、密度等； – 粉体自身的特性：流动性、变形、高活性等
• 粉体颗粒（particle）：物质本质结构不发生变化，分散的 固体最小单元。一次颗粒
• 团聚体（Agglomerate）：在范德华力、毛细管力等作用下 团聚在一起的颗粒，粉体颗粒通常的存在形式。二次颗粒
• 平均粒径（mean diameter）
n
D f di di i1
• 标准差： f(di)(di d50)2
• 分布宽度： SPAN d90 d50
d10
2021
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粉体粒度测试方法
• 沉降法 • 激光散射法 • 比表面积法 • X射线衍射线宽法（<500nm） • 小角X射线散射法（ <100nm ） • 电镜观察统计 • 筛分
• 加热真空脱气后，通入吸附气体氮气，试样管置于液氮瓶 中，测试吸附曲线；
• 然后去掉液氮，测试脱附曲线； • 注入已知量的氮气，获得定标曲线； • 一般采用脱附曲线计算单分子层吸附量Vm
SM
NAVm Am Vmol M s
NA：阿伏伽德罗常数；Am：一个吸附分子所 占面积（16.2*10-20m2for N2)；Vmol：气体摩尔 体积；Ms试样质量
• 固体ห้องสมุดไป่ตู้子运动时吸附层会随之一起 运动，而扩散层不然。两层的界面
叫做剪切面。该界面处的电位叫作 ξ电位。
• 电位分布： 0 exp x / 1
1/ 2
1
r 0kBT
F2
N
i
Z
2 i
κ-1：双电层厚度
第六章烧结(1)详解
2. 烧结过程的模型示意图 根据烧结性质随温度的变化，我们可以把
烧结过程用图2的模型来表示，以增强我们对 烧结过程的感性认识。
第六章 烧 结
第一节 概述 第二节 固相烧结 第三节 再结晶和晶粒长大 第四节 影响烧结的因素
1.1 概述
烧结过程是一门古老的工艺。现在，烧 结过程在许多工业部门得到广泛应用，如陶瓷、 耐火材料、粉末冶金、超高温材料等生产过程 中都含有烧结过程。
烧结的目的是把粉状材料转变为致密体。
材料的性能不仅与材料的组成有关，还与 材料的显微结构有密切关系，而烧结过程直接 影响材料的显微结构，如材料的晶粒尺寸和分 布，气孔尺寸及分布等。因此，了解粉末坯体 烧结过程的现象和机理，了解烧结动力学及其 影响因素对控制和改进材料的性能有着十分重 要的实际意义。
初期
中期
末期
图2 粉状成型体的烧结过程示意图
根据上面讨论，烧结过程可以分为三个阶段：烧结初 期、中期和后期。
烧结初期：
坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小 （即大气孔消失），气孔的总体积迅速减小，但颗粒 之间仍以点接触为主，固-气总表面积没有变化。 烧结中期：
传质开始，粒界增大(颗粒间由点接触逐渐扩大为面接 触)，空隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。 烧结后期：
模型中是两个等径球体，随之烧结的进 行，质点通过传质等过程，各接触点开始形 成颈部，并逐渐扩大，最后烧结成一个整体， 由于各颈部所处的环境和几何条件相同，所 以只需确定两个颗粒形成颈部的成长速率就 基本代表了整个烧结初期的动力学关系。
第一章粉末成型要点
第一章粉末成型要点课程名称：粉末冶金原理(二)授课专业：粉体材料科学与工程1 本课程的任务和意义粉末冶金材料加工的两个基本过程金属粉末小部分直接应用隐形涂料Fe,Ni粉末食品医药超细铁粉涂料汽车用Al粉, 变压器用超细铜粉自发热材料(取暖和野外食品自热) 超细Fe粉固体火箭发动机燃料超细Al, Mg粉等金刚石合成粉末触媒Fe-Ni合金粉末电子焊料(solder) Cu合金粉末焊料细铁粉……绝大多数作为应用于工程结构中部件的制造原料粉末冶金制品加工成块体材料或部件需经过成形和烧结操作成形和烧结过程控制粉末冶金材料及其部件的微观结构主宰着粉末材料及其部件的应用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粉末成形powder shaping or forming具体部件具有一定的几何形状和尺寸利用外力或粘结剂联结松散状态粉末体中的颗粒，将粉末体转变成具有足够强度的几何体的过程粉末颗粒间的结合力为机械啮合力或范德华力分类：刚性模（rigid die）压制成形普通模压、温压与模压流动成形非模压成形冷、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）粉末钝化使细粉末适度变粗，或形成氧化薄膜，防止粉末自燃退火温度高于回复-再结晶温度，（0.5-0.6）Tm退火气氛还原性气氛（CO,H2），惰性气氛，真空2 合批与混合blending and mixing混合将不同成分的粉末混合均匀的过程合批同类粉末或粉末混合物的混合消除因粉末在运输过程中产生的偏析或在粉末生产过程中不同批号粉末之间的性能差异获得性能均匀的粉末料混合方式干混法：铁基及其它粉末冶金零件的生产湿磨法：硬质合金或含易氧化组份合金的生产WC与Co粉之间除产生一般的混合均匀效果发生显著的细化效果一般采用工业酒精作为研磨介质湿磨的主要优点有利于环境保护无粉尘飞扬和减轻噪音提高破碎效率，有利于粉末颗粒的细化保护粉末不氧化混合均匀程度和效率取决于粉末颗粒的尺寸及其组成颗粒形状待处理粉末组元间比重差异混合设备的类型混合工艺装料量球料比转速研磨体的尺寸及其搭配对于给定的粉末和混合设备，最佳混合工艺一般采用实验加以确定混合方式机械法混合化学法混合混合较前者更为均匀,可以实现原子级混合W-Cu-Ni包覆粉末的制造工艺W粉+Ni(NO3)2溶液→混合→热解还原（700-750℃）→W-Ni包覆粉+ CuCl2溶液→混合→热解还原（400-450℃）→W-Cu-Ni包覆粉末无偏聚（segregation-free）粉末binder-treated mixture消除元素粉末组元（特别是轻重组元）间的偏析粉末混合与输运过程3 成形剂和润滑剂成形剂场合1)硬质粉末：如硬质合金,陶瓷等粉末变形抗力很高难以通过压制所产生的变形而赋予粉末坯体足够的强度添加成形剂的方法以提高生坯强度，利于成形2)流动性差的粉末细粉或轻质粉末粘结剂作用适当增大粉末粒度，减小颗粒间的摩擦力改善粉末流动性,提高压制性能橡胶、硬脂酸、石蜡、SBS 、PEG、PV A等选择准则能赋予待成形坯体以足够的强度易于排除成形剂及其分解产物不与粉末发生反应分解温度范围较宽分解产物不污染环境润滑剂↓粉末颗粒与模壁间的摩擦压坯密度分布不均匀影响被压制工件的表面质量降低模具的使用寿命粉末压制用的润滑剂硬脂酸硬脂酸锌工业润滑蜡(二硫化钼、石墨粉、硫磺粉也可起润滑作用)粉末内润滑润滑剂直接加入粉末中铁基粉末润滑剂含量提高0.1%坯件的无孔隙密度下降0.05g/cm3模壁润滑静电喷涂溶液涂敷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§2 压制现象1 颗粒的位移与变形1.1 粉末颗粒位移位移方式：滑动与转动颗粒重排列Particle rearrangement or repacking(restacking) 影响因素粉末颗粒间内摩擦表面粗糙度润滑条件颗粒的显微硬度颗粒形状颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙度）加压速度1.2 粉末的变形弹性变形颗粒间的接触应力≤材料弹性极限塑性变形颗粒接触应力≥金属的屈服强度点接触处局部→面接触处局部→整体断裂脆性粉末点接触应力>断裂强度→断裂塑性粉末点接触应力>屈服强度→加工硬化→脆化→断裂2 致密化现象2.1 致密化压力作用下松散状态→拱桥效应的破坏（位移→颗粒重排）+颗粒塑性变形→孔隙体积收缩→致密化拱桥效应bridge effect颗粒间由于摩擦力的作用而相互搭架形成拱桥孔洞的现象影响因素与粉末松装密度、流动性存在一定联系颗粒形状粒度及其组成颗粒表面粗糙度颗粒比重（含致密程度）颗粒表面粘附作用（颗粒的磁性、陶瓷颗粒的静电、液膜存在）颗粒滑动与转动阻力的影响因素颗粒形状粒度组成表面粗糙度颗粒间润滑状态塑性变形阻力的影响因素颗粒的显微硬度合金化酸不溶物氧化物颗粒本质原子间作用力加工硬化速度（晶体结构）颗粒形状粉末粒度压制速度2.2 弹性后效Spring back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Green strength表征压坯抵抗破坏的能力，即颗粒间的粘结强度影响因素本征因素颗粒间的结合强度（机械啮合mechanical interlocking）和接触面积颗粒间的结合强度颗粒表面的粗糙度颗粒形状颗粒表面洁净程度压制压力颗粒的塑性硬脂酸锌及成形剂添加与否高模量组份的含量颗粒间接触面积即颗粒间的邻接度contiguity颗粒的显微硬度粒度组成颗粒间的相互填充程度压制压力颗粒形状外在因素：残余应力大小压坯密度分布的均匀性粉末的填充均匀性粉末压坯的弹性后效模具设计的合理性过高的压制压力表征方法抗弯强度或转鼓试验的压坯重量损失§3 压坯密度与压制压力间的关系1 压制过程力的分析P施加在模腔中的粉末体→粉末向周围膨胀→侧压力Fn(Pn)粉末与模壁之间出现相对运动→摩擦力Ff( Pf)下冲头的压力PbPh =ν/(1-ν) P=ξPPf =μPn =μξPPb =P- Pf压力损失△P=P- Pb在距上冲为X处的有效外压PxPx=Poexp(-4ξμX/D)D为模腔内径模壁作用在粉末体上的侧压力和摩擦力也呈现相似的分布2 脱模压力（ejection force）静脱模力（striping force）滑动脱模力(sliding force)与坯件的弹性模量，残留应变量即弹性后效及其与模壁之间的摩擦系数直接相关压坯密度或压制压力粉末原料显微硬度、颗粒形状、粒度及其组成、润滑剂含量粉末颗粒与模壁之间的摩擦系数模具材料的硬度零件的侧面积2 密度与压力间的关系—压制方程压坯密度ρ是外压的函数ρ=k.f(P)2.1常用力学模型理想弹性体-虎克体（H体）σ=Mε理想流体-牛顿体（N体）σ=ηdε/dt线弹-塑性体-Maxwell体（M体）：H体与N体串联σT=σ1+σ2εT=ε1+ε2线弹性体-Kelvin体（K体）：H体与N体并联εT=ε1=ε2σ=M(ε+τ2dε/dt) τ2应变驰预时间标准线性固体（SLS体）M体与H体并联σT=σ1+σ2εT=ε1+ε2σ+τ1dσ/dt=M(ε+τ2dε/dt)标准非线性固体（SNLS体）(σ+τ1dσ/dt)n = M(ε+τ2dε/dt)n<1τ1、τ2分别为应力、应变驰豫时间恒应力σo作用并充分保压（dp/dt=0），经数学变换得σon =Mε或σo=(Mε)1/n2.2 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{[(ρm-ρo)ρ]/[(ρm-ρ)ρo]}2.3巴尔申方程基本假设将粉末体视为弹性体不考虑粉末的加工硬化忽略模壁摩擦任意一点的变形与压力间的变化率dσ/dε=k σ=P/Aε-对应于压缩量；A-颗粒间有效接触面积积分、变换并取对数后得lgPmax-lgP=L(β-1)L=压制因子β=压坯的相对体积适应性硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量描述在高压与低压情形下出现偏差的原因低压粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主粉末体的实际压缩模量高于计算值（即理论值），产生偏高现象高压粉末产生加工硬化现象和摩擦力的贡献大，导致实际值低于计算值2.4黄培云压制理论采用标准非线性固体模型ε=σon /Mlgln[ρ(ρm-ρo)/(ρm-ρ)ρo]=nlgP-lgM 最初形式n=硬化指数的倒数M=压制模量对原模型进行修正，并采用模型ε=（σo /M）1/mmlgln[ρ(ρm-ρo)/(ρm-ρ)ρo]=lgP-lgMm=粉末压制过程的非线性指数硬化趋势的大小晶体结构，粉末形状、合金化等相关适应性硬质或软质粉末均有效§4压制实践1 摩擦力在粉末压制过程中的作用外摩擦力粉末颗粒与模具（阴模内壁die wall、模冲puches、芯棒core rod）之间的因相对运动而出现的摩擦作用消耗有效外压造成压力降和在压制面上的压力再分布，导致粉末压坯密度分布不均匀影响因素颗粒与模具之间的摩擦系数粉末颗粒、模具零件表面表面粗糙度润滑剂添加量润滑方式：整体或模壁润滑润滑方式：整体或模壁润滑颗粒的显微硬度颗粒与模具间的冷焊内摩擦粉末颗粒之间的摩擦interparticle friction正面作用带动粉末颗粒位移传递压制压力负面作用降低粉末的流动性和填充性能摩擦功以热的形式损耗掉→有效致密化压力损失但发热可产生一定的金属粉末颗粒软化2 压坯密度分布均匀性的控制压坯密度分布不均匀的后果不能正常实现成形，如出现分层，断裂，掉边角等烧结收缩不均匀，导致变形因素高径比H/D↑H/D，ρ↓,dρ/dX ↑当H/D→∞，压坯的下部粉末无法成形模具的润滑状态模壁润滑优于整体润滑压制方式若被成形件为轴套类部件，可采用三种压制方式单向压制，双向压制和强制摩擦芯杆压制平均密度：ρ3>ρ2>ρ1密度分布均匀性(dρ/dX)1> (dρ/dX)2 >(dρ/dX)3强制摩擦芯杆压制获得的密度最高，分布也最均匀粉末颗粒平均粒度粒度较粗的粉末的压缩性较好，密度分布也较均匀模具设计的合理性使台阶间的粉末压缩比相同粉末的流动性填充均匀零件形状复杂程度粉末塑性颗粒的本征塑性，化学纯度（氧、碳及难溶物含量，合金化程度）和加工方法3 复杂形状部件的成形密度分布的控制多台阶零件：恒压缩比压坯强度：合适粒度组成和表面较粗糙的近球形粉末→高压坯强度脱模压力润滑和低的弹性后效，↓脱模压力压坯形状的合理设计4 压制缺陷的控制主要缺陷类型、成因分层沿坯件棱边向内部发展的裂纹，与压制面形成大约45度的界面弹性后效控制方法适当降低压制压力复杂件应提高密度分布均匀性第二章特殊及新型成形技术Chapter 2 Special and New Forming Techniques§1概述普通刚性模压制(rigid die compaction)技术的特点优点可实现连续自动化生产—生产效率高制造成本低部件几何尺寸一致性好特别是经固相烧结的粉末冶金部件不足密度分布不均匀部件形状复杂程度有限密度较低尺寸较小，即单重较轻后果1）压坯强度低坯体中存在残留应力2）烧结收缩不均匀高低密度区的收缩不一致对粉体材料技术优越性认识的深化各工业领域对新材料的需求发展新的粉末成形技术成形技术1 WP（Warm Pressing/Compaction）－温压技术高性能（高强度、高精度）的铁基粉末冶金零部件；是传统刚性模压制（模压）技术的发展2 PIM(Powder Injection Molding)－粉末注射成形技术形状复杂、薄壁、小尺寸件3 CIP(Cold Isostatic Pressing)－冷等静压高均匀性大型粉末冶金制品4 HIP(Hot Isostaic Pressing)-热等静压全致密、高性能、难烧结粉体材料或部件5 SC(Slip or Slurry Casting)－粉浆浇注形状复杂的粉末冶金零部件，特别是陶瓷制品6 PR(Powder Rolling) & PE(Powder Extruding)-粉末轧制与挤压一维尺寸很大而其它两维尺寸较小（棒、管）或一维尺寸相对较小（板材）的制品7 PF(Powder Forging)-粉末锻造技术高强度铁基粉末冶金零部件8 RPF(Rapid Prototype Forming)－无模成形技术借助于计算机模拟控制粉末物料有序沉积，形状极为复杂的大型粉末冶金制品成形技术的选择原则几何尺寸、形状复杂程度性能要求力学、物理性能及几何精度制造成本（结合批量、效率）最低§2 温压技术粉末与模具被加热到较低温度（一般为150℃）下的刚模压制方法除粉末与模具需加热以外，与常规模压几乎相同温压与粉末热压完全不同，温压的加热温度远低于热压（高于主要组分的再结晶温度）被压制的粉末冶金零部件的尺寸精度很高，表面光洁1 温压技术的发展背景与现状温压技术的开发的原动力汽车特别是轿车工业急需低成本、高性能的铁基P/M零部件，以提高汽车在市场上的竞争力材质调整和后处理对改善铁基P/M零部件力学性能的潜力已发挥到极限孔隙的消极贡献造成应力集中，降低零部件的强度和韧性孔隙降低材料的热导性能，抑制热处理潜力对力学性能改善的贡献提高铁基P/M零部件密度的技术途径复压-复烧工艺密度达92%左右，形状复杂程度有限，成本较高浸铜密度大于95%，但表面较粗糙，形状、成分设计有限，成本高液相烧结密度可达93%，变形较大，零件精度低，尺寸控制困难，成分设计有限粉末锻造全致密，但尺寸精度低，形状受限，成本昂贵AncorbondeTM工艺（80年代后期）温压技术的前身扩散粘结铁合金粉末第１项美国专利（１９９１年）１９９４年披露，AncordenseTM全球共有100余条温压生产线150多种温压件2 温压工艺粉末原料（扩散粘结铁粉+新型润滑剂）↓粉末加热（130℃）↓阴模装粉（130-150℃）↓温压↓温压压坯↓烧结↓温压零部件3 温压的技术特点1)低成本制造高性能P/M零部件若WP=1.0，则1P1S=0.8 2P2S=1.3 CI（浸铜）=1.5 PF=1.8源于加工工序少，模具寿命长，零件形状复杂程度提高2)压坯密度高相对密度提高0.02-0.06，即孔隙度降低2-6%3)便于制造形状复杂的零部件低的脱模压力，↓30%高的压坯强度，↑25-100%弹性后效小，↓50%密度分布均匀，密度差↓0.1-0.2g/cm34)零件强度高(同质、同密度)极限抗拉强度↑10%，烧结态达1200MPa疲劳强度↑10%若经适度复压，与粉末锻件相当5)零件表面质量高精度提高2个IT级模具寿命长(模具磨损少)6)压制压力降低同压坯密度时，压力降低140Mpa提高压机容量温压保持了传统模压的高效、高精度优势提高了铁基零部件的性能和服役可靠性拓宽了部件的应用范围被誉为“导致铁基粉末冶金技术革命的新技术”4 温压加热系统阴模的加热：电阻加热粉末加热方式热油循环温控稳定性好，不易过热微波加热速度快，但存在过热和微波外泄（安全）问题感应：与微波相似电阻加热加热速度较快，也存在过热问题5 温压过程的实质塑性变形得以充分进行加工硬化速度和程度降低有效地减小粉末与模壁间的摩擦和降低粉末颗粒间的内摩擦便于颗粒间的相互填充颗粒重排为主导机理颗粒的塑性变形为前者提高协调性变形成为后期的主导致密化机理塑性变形与颗粒重排对温压致密化的相对贡献颗粒重排贡献C1/(C1+C2)压力（MPa）C1/(C1+C2)100 0.8783200 0.7841600 0.6972676 0.69180.6%New Lub.+100℃/120℃润滑剂的作用降低粉末颗粒的内外摩擦，↑有效外压→密度↑↑温度，摩擦系数μ↓，利于塑性变形和粉末颗粒间的相互填充，弹性后效↓，脱模压力↓§3 注射成形1 技术背景IM是塑料制品的一种通用成形技术原理是利用熔融塑料的流动行为借助于外压经注射嘴注入特定的形腔由于单纯的塑料的强度和耐磨性低，应用范围受到很大限制在熔融塑料中加入诸如金属或陶瓷粒子作填充剂能否最大限度地提高塑料中填充剂的体积分数，而又可以保持塑料的良好流动性能呢？PIM用以制造形状复杂程度很高的P/M小型零部件开发PIM的先驱美国AMAX Met. Injet. Moulding 和德国BASF公司八十年代初，PIM就实现了产业化2 PIM工艺概述Metallic or ceramic powders + Binder↓Premixing↓Compounding(mixing and pelletizing)↓Feedstock↓Injection moulding↓Debinding(solvent and or thermal debinding/Presintering) ↓Sintering↓PIM parts3 PIM(MIM)工艺的过程控制因素粉末原料1 particle size一般小于30μm，常用2-8μm提高粉末烧结驱动力脱脂后坯体的强度便于混练和注射2 particle shape球形颗粒有利于脱脂后获得最大的颗粒填充密度和混练均匀的喂料颗粒外形比（particle aspect ratio）λ最好在1-1.5之间脱脂后能获得最佳的坯件形状保持性（shape retention）相互间钩连3 particle size distribution相当宽或窄的粒度分布易于获得稳定流变性能的喂料，便于混练和注射成形Wider↑packing density,↓binder content→提高注射坯件在烧结过程中的尺寸稳定性利于烧结致密化粘结剂必须满足较低的粘度<0.1Pa.s，但过低易引起两相分离现象与粉末颗粒润湿性好加入表面活性剂，阻止在混练和注射过程中发生两相分离粉末聚集现象冷却后粘结剂具有足够的强度和韧性脱脂过程中易于排除，且不易形成脱脂缺陷为满足混练、注射和脱脂的要求一般采用多组元体系的粘结剂混练借助于温度和剪切应力的联合作用，使PIM喂料均匀且高度一致性混练温度过高导致粘结剂分解因粘度太低而发生两相分离现象过低粉末聚集，喂料不均匀性剪切力由旋转速度决定太高混练设备磨损和引入机械夹杂太低粉末聚集喂料的不一致性导致注射坯件单重变化和造成烧结坯收缩不一致注射成形注射压力和温度是关键工艺参数注射缺陷及成因void: shrinkage,entrapped gassink marks: shrinkage,segregationweld lines: jetting,flow around coressurface patterns: cold flow,segregationdeformation: residual stress,ejection of weak green partsinconsistent shot weight: inconsistent feedstock,machine control缺陷大多数在脱脂或烧结后才发现，属于不可挽回的废品脱脂脱脂类型热脱脂(thermal debinding )和溶剂脱脂(solvent debinding)热脱脂：在一定温度和气氛条件，多元组份中的低熔点组份形成液相借毛细作用溢出注射坯体或蒸发。
粉体成型工艺课件
整、尺寸精确的成型件。
烧成与冷却
烧成
化，形成所需的结构和性能。
冷却
烧成后对成型件进行快速冷却，以获得良好的组 织和性能。
烧成制度
制定合理的烧成制度，包括烧成温度、时间、气 氛等参数，以确保烧成过程顺利进行。
04
粉体成型工艺参数
Chapter
资源循环利用
对废弃粉体材料进行回 收再利用，实现资源循 环利用。
未来市场前景与挑战
市场前景广阔
随着科技的发展和产业升级，粉体成型工艺在新能源、新 材料、高端制造等领域有广泛应用。
技术创新是关键
持续推动粉体成型工艺的技术创新，以满足不断变化的市 场需求。
跨领域合作与协同创新
加强与相关领域的合作与交流，共同推动粉体成型工艺的 发展。
成型过程中的驱动力包括粉体颗 粒间的黏结力、外部施加的压力 等，驱动力的大小和作用方式决
定了制品的结构和性能。
填充与致密化
粉体颗粒在模具内通过流动、重排 、压缩等方式达到填充完全和致密 化。
冷却与脱模
成型后的制品需要经过冷却定型， 然后从模具中脱出。
03
粉体成型工艺流程
Chapter
原料准备与处理
THANKS
感谢观看
粉体成型工艺的应用领域
粉体成型工艺广泛应用于汽车、航空航天、电子、能源等领域。
在汽车领域，粉体成型工艺主要用于生产发动机零件、变速器零件等；在航空航天领域，粉体成型工 艺主要用于制造高性能的轻质材料和结构件；在电子领域，粉体成型工艺主要用于制造电子元件和传 感器等；在能源领域，粉体成型工艺主要用于生产电池电极和燃料电池等。
原料性质的影响
原料的粒度
原料的粒度大小直接影响粉体的流动性、填充性以及成型时的致密度。较细的粒度可以提高粉体的流动性，但过细的 粒度可能导致成型时开裂。
7-陶瓷烧结-2
12
第12页，共95页。
新型烧结方法
微波烧结 放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering） 自蔓延高温合成
13 第13页，共95页。
1.3 烧结与固相反应的区别
晶界能取代了表面能，这是烧结后多晶材料稳定存在的原因。
粉体颗粒尺寸很小－－比表面积大－－表面能高 烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是
推动烧结进行的基本动力。
23 第23页，共95页。
对于N个半径为a的球形颗粒的lmol粉体，
式中：M为分子重量，ρ为颗粒比重，Vm是摩尔体积。而颗粒系 统的总表面积SA为
能。 v烧结的应用领域：
陶瓷、耐火材料、粉末冶金、超高温材料等
烧结体特征： 烧结体一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。
烧结直接影响显微结构中晶粒尺寸和分布、气孔大小形状和分布及 晶界的体积分数等。 v烧结依赖因素：
扩散、相变、固相反应等
4
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1 烧结概述
1.1 烧结理论研究的历史 烧结理论研究的过去、现在和未来。
16
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2.1.2 烧结过程的模型示意
¨ 一般烧结过程，总伴随有气孔率降低，颗粒总表 面积减少，表面自由能减少及与其相联系的晶粒 长大等变化，可根据其变化特点来划分烧结阶段， 包括初期阶段、烧结中期、烧结后期。
图3-4 粉状成型体的烧结过程示意
17
第17页，共95页。
（1）初期阶段（a～b）
2.2 烧结推动力
烧结过程伴随着体系自由能的降低。促使自 由能降低的驱动力具体可分为下述三类： 1 烧结颗粒表面能提供的驱动力 2外加压力（如热压烧结时）所作的功 3 烧结中化学反应提供的驱动力
大颗粒球形粉体材料的成型与压制工艺
大颗粒球形粉体材料的成型与压制工艺引言大颗粒球形粉体材料的成型与压制工艺广泛应用于各个领域。
这种工艺能够通过控制颗粒的形状和尺寸，使得材料具有更好的物理性能和机械性能。
本文将详细介绍大颗粒球形粉体材料的成型与压制工艺的原理、方法和优势。
一、工艺原理大颗粒球形粉体材料的成型与压制工艺的原理基于粉末冶金技术。
首先，粉末材料被制备成为球形颗粒。
然后，通过力的作用将这些颗粒聚集在一起形成所需的形状，最后通过适当的温度和压力进行烧结，使得颗粒之间结合成为固体材料。
二、工艺步骤1. 球形颗粒制备：首先，选取合适的原料，经过混合、球磨、筛分等步骤，使得原料粉末成为均匀的、具有一定粒径分布的粉末。
然后，将粉末投入球形颗粒制备设备中，通过旋转、喷雾、滚动等方式使得粉末逐渐形成球形颗粒。
2. 成型：将球形颗粒制备好的材料倒入成型模具中，施加足够的压力进行成型。
一般情况下，成型压力会根据原料的特性和所需的形状进行调整，以确保成型后的材料具有良好的致密性和机械性能。
3. 烧结：成型后的材料还需要进行烧结，以进一步增加其结晶度和力学性能。
烧结过程中，材料通常会经历高温处理，使得颗粒之间发生结合，形成固体材料。
烧结温度和时间的选择与原料的成分和特性相关，需要经过试验和实际操作来确定。
三、工艺优势大颗粒球形粉体材料的成型与压制工艺具有许多优势，使得它被广泛应用于各个领域。
1. 较好的致密性：通过粉末的成型与压制工艺，材料的颗粒之间实现了更好的贴合和结合，使得成型后的材料具有较高的致密性。
这样可以提高材料的强度和硬度，使其在应力和环境变化下更加稳定。
2. 良好的机械性能：大颗粒球形粉体材料的成型与压制工艺能够使材料的颗粒在成型过程中达到更好的排列和排布状态，从而提高了材料的力学性能。
材料在压缩、弯曲和拉伸等加载条件下表现出更好的弹性和韧性。
3. 粒径控制能力强：通过粉末制备和成型过程中的工艺调控，可以精确地控制颗粒的大小和分布。
第4章-粉末的成形
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4.2.3 压制过程
压制过程可分为四个阶段：
①粉末颗粒移动，孔隙减小，颗粒间相互挤紧； ②粉末挤紧，小颗粒填入大颗粒间隙中，颗粒开始
有变形； ③粉末颗粒表面的凹凸部分被压紧且啮合成牢固接
触状态； ④粉末颗粒加工硬化到了极限状态，进一步增高压
力，粉末颗粒被破坏和结晶细化。
讲解：XX
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1、压坯密度不均匀及危害
V压m 11 Vm d
⑤ 孔隙度系数（孔隙相对容比）
V 孔 V 压 V m 1 1 1 1 d
V m V m
d d d1
讲解：XX
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（二）巴尔申压制理论
在忽略加工硬化情况下，虎克定律也可用于塑性变形，对粉末 压制过程应用虎克定律，最终可得出
ln Pln P ma lx( 1 )
成形
无压成形
加压成形
松 装 烧 结
粉 浆 浇 注
模 压 成 形
热 压 成 形
等 静 压 成 形
轧 制 成 形
离 心 成 形
挤爆 压炸 成成 形形
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本章主要内容
• 粉末的预处理 • 普通模压法成形 • 压制理论 • 特殊成形方法
讲解：XX
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§4.1 粉末的预处理
• 预处理包括：退火、筛分、混合、制粒、 加润滑剂等。
② 巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果好，尤其在压制开 始阶段效果较好，但没普遍意义（未考虑加工硬化、摩擦及 固体的滞弹性）。
③川北方程在压制压力不太大时，是个较好的经验方程。 ④ 所有方程在导出过程中都没有考虑压坯的形状尺寸、模 壁摩擦力，在实际应用中存在一定偏差。
讲解：XX
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§4.7 特殊成形方法
烧结工艺流程
烧结工艺流程烧结工艺是一种常用的粉体冶金工艺，用于制备高密度和高强度的金属、陶瓷和复合材料。
下面是一个关于烧结工艺流程的详细说明，总计约2000字。
1. 原料准备烧结工艺的第一步是原料的准备。
原料可以是金属粉末、陶瓷粉末或者复合材料的混合物。
原料通过不同的方法确定粒度大小、化学组成和性质。
2. 粉末制备粉末制备是将原料转化为粉末的过程。
最常用的方法是粉碎和研磨。
粉碎是将原料通过机械力破碎成粉末，而研磨是用球磨机将原料研磨成更加细微的颗粒。
3. 混合和制粒将不同的原料按照一定的配比进行混合，并加入一定量的粘结剂。
混合的目的是使不同的原料均匀分布，粘结剂的目的是在烧结过程中提供足够的粘结力。
混合后的原料可以通过压制成型机进行制粒，形成颗粒状的原料。
4. 制备模具在烧结工艺中，通常使用模具将原料进行成型。
模具的形状和尺寸根据最终产品的要求确定。
常用的模具形状有圆柱形、方形、筒形等。
5. 压制成形将制粒后的原料放入模具中，在一定的压力下进行压制成形。
压制的目的是将原料粒子紧密地排列成一定形状，并消除空隙和孔隙，提高成品的密度和强度。
6. 除脱模剂处理在压制成形后，经过一定时间的固化，模具可以打开取出已成型的原料。
然而，由于模具表面和原料之间存在摩擦力，可能会损坏原料的表面。
为了防止这种情况发生，通常会在模具中涂上脱模剂，以减少摩擦力，使原料更容易从模具中取出。
7. 预烧处理在烧结工艺中，预烧是指在烧结之前对原料进行一定的热处理。
预烧的目的是去除粘结剂和其他有机物质，以及消除内部应力和小孔的产生。
预烧的温度和时间取决于原料的特性和所需的最终产品。
8. 烧结烧结是烧结工艺的核心步骤，通过高温下的加热和压力处理，使原料颗粒在接触面上结合成坚固的整体。
烧结温度和时间取决于原料的特性和所需的最终产品。
随着温度的升高，原料颗粒之间的结合力增强，形成致密的结构。
9. 冷却和清洁在烧结完成后，成品需要经过一定的冷却时间。