【2017年整理】粉末烧结工艺

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1、1压力烧结粉末冶金压 力 烧 结 粉 末 冶 金 （ Press Sinter）在 高 温 下 ， 陶 瓷 生 坯 固 体 颗 粒 的 相 互 键 联 ， 晶 粒 长 大 ， 空 隙 (气 孔 )和 晶 界 渐 趋 减少 ， 通 过 物 质 的 传 递 ， 其 总 体 积 收 缩 ， 密 度 增 加 ， 最 后 成 为 具 有 某 种 显 微 结 构 的 致 密 多晶 烧 结 体 ， 这 种 现 象 称 为 烧 结 。 烧 结 的 术 语 ： 1、 烧 结 sintering 粉 末 或 压 坯 在 低 于 主 要 组 分 熔 点 的 温 度 下 的 热 处 理 ， 目 的 在 于 通 过 颗

2、 粒 间 的 冶 金 结合 以 提 高 其 强 度 。 2、 填 料 packing material 在 预 烧 或 烧 结 过 程 中 为 了 起 分 隔 和 保 护 作 用 而 将 压 坯 埋 入 其 中 的 一 种 材 料 。 3、 预 烧 presintering 在 低 于 最 终 烧 结 温 度 的 温 度 下 对 压 坯 的 加 热 处 理 。 4、 加 压 烧 结 pressure 在 烧 结 同 时 施 加 单 轴 向 压 力 的 烧 结 工 艺 。 5、 松 装 烧 结 loose-powder sintering,gravity sintering 粉 末 未 经 压

3、制 直 接 进 行 的 烧 结 。 6、 液 相 烧 结 liquid-phase sintering 至 少 具 有 两 种 组 分 的 粉 末 或 压 坯 在 形 成 一 种 液 相 的 状 态 下 烧 结 。 7、 过 烧 oversintering 烧 结 温 度 过 高 和 （ 或 ） 烧 结 时 间 过 长 致 使 产 品 最 终 性 能 恶 化 的 烧 结 。 8、 欠 烧 undersintering 烧 结 温 度 过 低 和 （ 或 ） 烧 结 时 间 过 短 致 使 产 品 未 达 到 所 需 性 能 的 烧 结 。 9、 熔 渗 infiltration 用 熔 点 比

4、 制 品 熔 点 低 的 金 属 或 合 金 在 熔 融 状 态 下 充 填 未 烧 结 的 或 烧 结 的 制 品 内 的 孔隙 的 工 艺 方 法 。 10、 脱 蜡 dewaxing,burn-off 用 加 热 排 出 压 坯 中 的 有 机 添 加 剂 （ 粘 结 剂 或 润 滑 剂 ） 。 11、 网 带 炉 mesh belt furnace 一 般 由 马 弗 保 护 的 网 带 将 零 件 实 现 炉 内 连 续 输 送 的 烧 结 炉 。 12、 步 进 梁 式 炉 walking-beam furnace 通 过 步 进 梁 系 统 将 放 置 于 烧 结 盘 中 的 零

5、 件 在 炉 内 进 行 传 送 的 烧 结 炉 。 13、 推 杆 式 炉 pusher furnace 将 零 件 装 入 烧 舟 中 ， 通 过 推 进 系 统 将 零 件 在 炉 内 进 行 传 送 的 烧 结 炉 。 14、 烧 结 颈 形 成 neck formation 烧 结 时 在 颗 粒 间 形 成 颈 状 的 联 结 。 15、 起 泡 blistering 由 于 气 体 剧 烈 排 出 ， 在 烧 结 件 表 面 形 成 鼓 泡 的 现 象 。 16、 发 汗 sweating 2压 坯 加 热 处 理 时 液 相 渗 出 的 现 象 。 17、 烧 结 壳 sint

6、er skin 烧 结 时 ， 烧 结 件 上 形 成 的 一 种 表 面 层 ， 其 性 能 不 同 于 产 品 内 部 。 18、 相 对 密 度 relative density 多 孔 体 的 密 度 与 无 孔 状 态 下 同 一 成 分 材 料 的 密 度 之 比 ， 以 百 分 率 表 示 。 19、 径 向 压 溃 密 度 radial crushing strength 通 过 施 加 径 向 压 力 测 定 的 烧 结 圆 筒 试 样 的 破 裂 强 度 。 20、 孔 隙 度 porosity 多 孔 体 中 所 有 孔 隙 的 体 积 与 总 体 积 之 比 。 21、

7、 扩 散 孔 隙 diffusion porosity 由 于 柯 肯 达 尔 效 应 导 致 的 一 种 组 元 物 质 扩 散 到 另 一 组 元 中 形 成 的 孔 隙 。 22、 孔 径 分 布 pore size distribution 材 料 中 存 在 的 各 级 孔 径 按 数 量 或 体 积 计 算 的 百 分 率 。 23、 表 观 硬 度 apparent hardness 在 规 定 条 件 下 测 定 的 烧 结 材 料 的 硬 度 ， 它 包 括 了 孔 隙 的 影 响 。 24、 实 体 硬 度 solid hardness 在 规 定 条 件 下 测 定 的

8、烧 结 材 料 的 某 一 相 或 颗 粒 或 某 一 区 域 的 硬 度 ， 它 排 除 了 孔 隙 的影 响 。 25、 起 泡 压 力 bubble-point pressure 迫 使 气 体 通 过 液 体 浸 渍 的 制 品 产 生 第 一 气 泡 所 需 的 最 小 的 压 力 。 26、 流 体 透 过 性 fluid permeability 在 规 定 条 件 下 测 定 的 在 单 位 时 间 内 液 体 或 气 体 通 过 多 孔 体 的 数 量 。粉末冶金烧结炉sintering furnace for powder metallurgyfenmo yel、n sha

9、o】lelu 粉末冶金烧结炉 (Sintering furnaee fo:pow- der metallurgy)用于粉末冶金材料或粉末冶金 制品烧结的冶金炉。 类型烧结炉主要是电炉。烧结电炉分为电阻烧 结炉和感应烧结炉两大类，电阻烧结炉使用较多。电阻 烧结炉是通过电热元件将电能转变为热能用来进行烧 结的电炉 ;感应烧结炉是利用电磁感应在金属内激励 出电流使其加热的电炉。 按炉内使用气氛和真空度，电阻烧结炉分为普通 气氛电阻烧结炉和真空电阻烧结炉，感应烧结炉亦可 分为普通气氛感应烧结炉和真空感应烧结炉;按炉子 结构型式，电阻烧结炉分为竖式电阻烧结炉和卧式电 阻烧结炉，感应烧结炉亦可分为竖式感应

10、烧结炉和卧 式感应烧结炉;按作业性质，电阻烧结炉分为间断式电 阻烧结炉和连续式电阻烧结炉，感3应烧结炉亦可分为 间断式感应烧结炉和连续式感应烧结炉。此外，感应烧 结炉按使用的频率，可分为中频感应烧结炉(sooHz 一 lokHZ)和高频感应烧结炉(70 一 ZookHz)。 按加热方式，电阻烧结炉又分为间接加热式电阻 烧结炉和直接加热式电阻烧结炉。间接加热式电阻烧 结炉是指电流通过电热元件发出热量，借辐射传热使 炉膛温度升高从而将制品加热;直接加热式电阻烧结 炉是指电流由电源通过接头直接流过被加热制品使其 加热，例如，用于钨、钥、担和锐等难熔金属高温烧结的 高温垂熔炉便是一种典型的直接加热式电

11、阻烧结炉。 烧结时需要使用压力而有加压烧结炉，这种炉子 主要用于薄层制品如粉末冶金摩擦片的烧结，钟罩炉 便是一种典型的加压烧结炉。 电热元件电阻烧结炉的电热元件分为金属电热 元件和非金属电热元件两大类。金属电热元件有纯金 属和合金两种。纯金属电热元件有:铂(最高使用温度 1400C)、钥(最高使用温度 1600C)、钨(最高使用温 度 2100 一2500C)、担(最高使用温度 2500C)等;合金 电热元件有: 镍铬系( 最高使用温度 105。一110。 C)、 铁铬铝系(最高使用温度 130。1400C)。非金属电热 元件有:碳化硅(最高使用温度 145oC)、硅化钥(最高 使用温度 17

12、00c)、石墨( 最高使用温度 3000c)等。有代表性的是钥丝炉，应用也较广泛。钥丝烧结炉的结 利用金属和合金作电热元件的电阻烧结炉，根据构示意图如图 1 所示，工作温度 1500C，常用来烧结 电热元件的材质和形状，可分为钥丝炉、钨丝炉、钨棒粉末冶金材料和制品，特别是烧结硬质合金。如果需要 炉、钥片炉、钮片炉、镍铬丝炉和铁铬铝丝炉等。其中最使用真空，便可制成真空铝丝炉、真空钨棒炉等。 性食 困 1 卧式连续相丝烧结护结构示意图 l 冷却水进口;2 一氢气进口;3 冷却水出口;4 铂丝;5 炉壳;6 一高温测温计;7 一热电偶;粉末冶金烧结理论theory of powder metallu

13、rgical sinteringfenmo yeiin Shaoiie IIlun 粉末冶金烧结理论(theory of powaer me- tallurgieal sintering)有关烧结驱动力、烧结过 程中物质迁移的方式和烧结致密化动力学的理论。 烧结可分为固相烧结和液相烧结两类。在固相烧 结中，主要的烧结机理有粘性流动、蒸发凝聚、表面扩 散、体积扩散、晶界扩散等几种。(1)粘性流动。烧结 早期粉末颗粒间的粘结 可视为在表面张力的作/尸 用下，颗粒发生类似粘 l、 性液体的流动。烧结的、 。剧 l 两球模型如图所示，其、试 l/ 烧结颈半径 x 和烧结时厂 一、 间 t 满足关系式:

14、扩 OCt。l 卜刊、 (2)蒸发一凝聚。粉末颖、 ， 粒球表面处的蒸气压高/ 于烧结颈凹面的蒸气 压，蒸气可在球表面产烧结的两球几何模型 生，重新在烧结颈上凝 聚，使烧结颈长大。此机构的特征方程为:扩4cct。此 机构对某些蒸气压在烧结温度下较高的物质有一定作 用。(3)体积扩散。烧结颈处空位浓度高于颗粒的其他 部位，空位将通过颗粒内部向球表面扩散，原子向烧结 颈方向扩散，使烧结颈长大。此机理的特征方程为:扩 o=t。(4)表面扩散:。物质通过表面扩散向烧结颈迁移， 特征方程为:了 cct。(5)晶界扩散。原子能通过晶界 向烧结颈扩散。晶界扩散系数较体积扩散系数大得多， 因此晶界对烧结有重要

15、意义。此机构的特征方程为: x6cct。 实际的烧结过程非常复杂，往往同时包括上述多 个机理。在较低温度时，表面扩散有较大作用;在较高 温度时，特别是烧结后期，即形成闭孔后，体积扩散和 晶界扩散对致密化起主要作用。表面扩散和蒸发一凝 聚过程只使闭孔球化。根据这些情况，已有学者提出了 多种烧结机理综合作用的烧结理论。 在液相烧至靛丈程中，烧结机理有以下 3 种。(1)颗 粒重排。液相的毛细管吸力使颗粒重新排列，以尽可能 密堆，密度迅速增加。此机理发生在液相大量产生的烧 结初期。(2)溶解一析出机理。固体顺粒中曲率大的部 位在液相中的溶解度大，溶质通过液相向低浓度部位， 即曲率小的部位迁移，并析出

16、。(3) 骨架形成，固相烧 结机构。当固体颗粒彼此接触后，烧结主要以固态扩散 的方式进行。前两种机理的特征方程分别为:(1)V/ V。3 天 r 一 It+之 ;(2)v/V。=sK，r 一tl/3。式中V/V。 为体积收缩率;r 为原始颗粒半径 ;t 为烧结时间。BuB 粉末冶金烧结工艺powder metallurgical sintering processfenmo yejin shaojie gongyi 粉末冶金烧结工艺 (powder metallurgieal sintering Process)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。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 变化粉末坯块顺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。 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