第二节 粉末压制成形
一、压制压力与压坯密度关系 （一）压制曲线
压坯密度与压力的关系，称 为压制曲线，也称为压制平衡 图。一定成分和性能的粉末只 有一条压制曲线，压制曲线对 合理选择压制压应力具有指导 作用。
每一条压制曲线一般可以分为三个区域。 ①Ⅰ区密度随压力急速增加。颗粒填入空隙， 同时破坏“拱桥”；颗粒作相对滑动和转动。 ②Ⅱ区密度随压力增加较慢。颗粒通过变形填 充进剩余空隙中，变形过程导致加工硬化，致 使密度随压力增加越来越慢。实际压应力一般 选在该区。 ③Ⅲ区密度几乎不随压力增加而变化。颗粒加 工硬化严重、接触面积很大，外压力被刚性面 支撑。颗粒表面和内部残存孔隙很难消除，只 有通过颗粒碎裂消除残余孔隙。
半坡
西周
商
德里铁柱
压敏
PTC
第一节 粉末成形与烧结概述
❖主要成形工艺分类 压力成形 （1）刚性模压制 （2）等静压成形 （3）爆炸成形 增塑成形 （1）粉末轧制（也可不用增塑剂） （2）粉末挤压 （3）粉末注射成形 （4）车坯、滚压
浆料成形 （1）注浆成形 （2）流延成形 （3）电泳成形 （4）直接凝固成形 （5）凝胶注模成形 其他成形 喷射成形等
第六章 粉末材料的成形与烧结
粉末成形与烧结概述 粉末压制成形 粉末特殊成形技术 粉末体烧结 胶凝固化(自学)
引言
粉末成形与烧结技术是将材料制成粉末(或采用经适当加工的天然 矿物)，经加压（或无压）成形后，再通过烧结（常压或加压）得到 接近理论密度的材料或孔隙可控的多孔材料的工艺方法，是粉末冶金、 陶瓷工程的基本工艺。 粉末成形与烧结实践可追溯到8000年前的新石器时代，那时原始人 类已开始用一些富含铁元素的粘土烧制一些陶器。 在3000多年前的商周时期，出现了原始瓷器。 约2500～3000年前，埃及人就制得海绵铁，并锻打成铁器;在同期 (春秋末期)我国也出现了同样的技术。
三个区域并没有严格的界限，同时，三 种致密化方式也并非各区独有。
（二）压制曲线的函数表示法 粉末压制曲线均可用下式表示：
bpa
将上式两边取对数，可得
ln ln b aln p
lnρ～lnp作图可得出常数a、b 。
(6.2.1) (6.2.2)
式中，ρ为压坯 密度（g/cm3）；p 压制压应力；a、b 为与粉末特性有关 的常数，对于一定 粉末其为一定值。
公元3～4世纪，印度人用海绵铁锻打的方法制造了“德里铁 柱”(高7.2m,重6.5t)和“达尔铁柱”(高12.5m,重7t) 。 19世纪出现Pt粉的冷压、烧结、热锻工艺。 1909年，W.D. Coolidge 发明电灯钨丝，标志着现代粉末冶金技 术的开始。 目前，粉末成形与烧结技术已在高温材料、结构陶瓷、日用和 建筑陶瓷、功能陶瓷、轴承材料、超硬耐磨材料、金属结构材料 及功能材料、复合材料等领域得到了广泛应用。
二、压制理论
压制压力与密度间的定量数学关系。
（一）基本定义
① 密度（density）：
ρ=质量/体积（g/cm3）
比容
v =1/ρ （cm3/g）
② 相对密度： ρm — 固体理论密度
d
m
(6.2.3) (6.2.4)
(6.2.5)
③ 孔隙度（porosity）
1 d m V孔 V压 Vm
[1]黄培云 主编.《粉末冶金原理》.冶金工业出版 社,1997,11
[2]吴成义 等编著. 《粉体成形力学原理》. 冶金工业出 版社,2003,9
[3] [英] 理查德 J. 布鲁克 主编. 清华大学新型陶瓷与精 细工艺国家重点实验室 译. 材料科学与技术丛书（第17A 卷、第17B卷）：《陶瓷工艺》. 科学出版社,1999,6
b的物理意义为： p =100MPa时，压坯的密度值，是表示粉末压缩性能好坏的参数
之一。
（三）压制曲线影响因素 实测的压制曲线受以下因素影响： ①压坯高径比H/D ：H/D越大，压坯平均密度越低，使曲线向下 偏移。一般取H/D=0.5～1 。 ②粉末粒度：单分散粉末粒度越小，压制曲线越偏下，反之偏上； 合适粒度组成的粉末比单一粒度粉末的压制曲线偏高。 ③粉末颗粒形状：形状越复杂，曲线位置越偏低。 ④粉末加工硬化：加工硬化粉末压制曲线偏低；退火软化粉末， 则偏高。 ⑤粉末氧化：金属粉末氧化后，压制曲线偏低。
❖主要烧结方法分类 无压烧结 固相烧结、液相烧结、反应烧结等。 (可在空气、保护气氛或真空中进行) 加压烧结 热压（固相、液相）、热等静压（固相、液相）、粉末锻造等。 可在空气、保护气氛或真空中进行。 活化烧结 物理活化烧结、化学活化烧结。
❖粉末成形和烧结基本过程
制粉、粉末 预处理、成形、 烧结、制品后 处理等。
提要
本章重点是粉末压制成形的基本理论、粉末特殊成形的 基本方法和特点，粉末体烧结的基本原理。
难点是粉末压制理论、粉末位移规律，粉末烧结热力学。 通过本章学习： ①要求掌握粉末成形与烧结的一般概念,粉末压制基本规律, 粉末烧结基本原理； ②了解粉末特殊成形技术； ③知道粉末胶凝固化概念和基本方法。
参考文献
压制过程应用虎克定律，最终可得出
ln P ln Pmax l( 1) (6.2.9)
该式称为巴尔申方程。式中，l 为压制因素， l 1/(hk k ) ，σk为 材料硬度，hk为压坯达到理论密度时的高度；Pmax为β=1时的压制 压力，称为最大极限压力。
巴尔申压制方程的局限性: 此方程仅在某些情况下正确,没有普遍意义。 （1）把粉末作为理想弹性体处理。实际粉末是弹塑性体。 （2）假定粉末无加工硬化。实际粉末存在加工硬化，且粉末越软、压制 压力越高，加工硬化现象越严重。 （3）未考虑摩擦力的影响。 （4）未考虑压制时间影响。 （5）只考虑粉末的弹性性质，未考虑粉末的流动性质。 （6）公式推导中，未将“变形”与“应变”严格区分开。
m
V压
V压
Vm — 致密固体体积 ④ 相对容比（相对体积或相对容积）
V压 m 1 1 Vm d
(6.2.6) (6.2.7)
⑤ 孔隙度系数（孔隙相对容比）
V孔 V压 Vm 1 1 1 1 d
Vm
Vm
d
d d 1
(6.2变形，对粉末