6.1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理
➢ 熔铸法 熔、炼、铸 铸件 机加工零件 铸坯塑性成形热处理 机加工零件
➢ 粉末冶金法 制粉(powder making)压型 (pressing)烧结(sintering)
6.1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理
6.1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理
1.概述
➢金属材料 冶炼→铸造
仍然连通，形如隧道。
6.2 粉体的成形方法及设备
6. 2.5烧结 烧结过程
烧结后期： 传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密
度达到95%以上，制品强度提高。
6.2 粉体的成形方法及设备
6. 2.5烧结 烧结过程
❖按照烧结过程有无明显的液相出现进行分类，可 分为固相烧结和液相烧结两类。
固相烧结：指烧结温度下基本上无液相出现的烧结， 如高纯氧化物之间的烧结过程。
❖采用热等静压法获 得的制品，性能优 良、均匀、强度高， 但成本较高。
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6.2 粉体的成形方法及设备
浇注成形
❖浇注成形是陶瓷坯体成形中的一个基本成 形工艺，在粉末冶金中有时也用来成形一 些形状比较复杂的零件。
6.2 粉体的成形方法及设备
6. 2.5烧结
烧结的基本原理
烧结过程
❖ 烧结是将成形的坯体在低于其主要成分熔点的温 度下加热，粉体相互结合并发生收缩与致密化， 形成具有一定强度和性能的固体材料的过程。
许多雾化法部是采用双液流：一为液态金属流，—为液 体或气体流。后者冲击液态金属流，将之破碎成金属液 滴，随后凝固成粉末颗粒。对于制取铁、钢粉末，一般 用水或油作为冲击流体；对于某些特殊金属和／或应用， 则采用空气、水蒸气或惰件气体作为冲击流体；对 于其他金属，用惰性气体氮、氩或氮作为雾化介质；在 某些场合．采用水蒸气。
（4）造粒 造粒是在细的粉体中加入一定的塑 化剂制成粒度较粗，具有一定假粒度级配、 流动性好的粒子。
6.2 粉体的成形方法及设备
6.2.4 粉体的成形
❖通过一定的方法，将粉体原料制成具有一 定形状、尺寸、密度和强度坯体的过程称 为成形
（1）压制成形 ——粉末冶金、陶瓷 （2）塑性成形 ——陶瓷 （3）浇注成形 ——陶瓷、粉末冶金
常用的颗粒形状有球形、片形、针形、柱形等。
6.2 粉体的成形方法及设备
流动性 流动性指粉体的流动能力，粉体的流动性主要取决 于颗粒之间的摩擦系数。 形状 粒度 粒度分布 。。。
填充特性 填充特性是粉体成形的基础。由于粉体的形状不 规则、表面粗糙，使堆积起来的粉体颗粒间存在大量空隙。 形状 粒度 表面性质
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。
6.2 粉体的成形方法及设备
6. 2.5烧结 烧结过程
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），固-气总表面积没有变化。
6.2 粉体的成形方法及设备
6. 2.5烧结 烧结过程
烧结中期： 传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但
液相烧结：指有液相参与下的烧结，如多组分物系在 烧结温度下常有液相出现。
6.2 粉体的成形方法及设备
6.2.6后处理
❖ 粉末冶金和陶瓷制品在烧结中通常产生收缩、 变形以及一些表面缺陷，烧结后的表面粗糙 度差，一般情况下，不能作为最终产品直接 使用。
❖ 浸渍：用油、石蜡、树脂填充烧结制品的空 隙。
❖ 精整：烧结后再模具中再压一次以获得所需 的尺寸精度和表面粗糙度。
6.2 粉体的成形方法及设备
6.2.2粉体的制备
物理化学法液体金属雾化法
雾化法是一种典型的物理 制粉方法，是通过高压雾化介 质，如气体或水强烈冲击液流， 或通过离心力使之破碎、冷却 凝固来实现的。
雾化 聚 并
凝固
6.2 粉体的成形方法及设备
6.2.2粉体的制备
还原铁粉
6.2 粉体的成形方法及设备
二、等静压成形
1. 冷等静压
❖冷等静压成形是在模压基础上发展起来的， 它是利用液体（如油、水或甘油）作为传递 介质获得均匀静压力施加到材料上的一种方 法。
❖ 等静压成形具有以下特点：坯体密度高、均匀、缺 陷少、模具制作方便、成本低，可生产形状复杂、 大件以及细长的制品。
2. 热等静压
❖热等静压中用金属 箔代替冷等静压中 的橡皮模具，用气 体代替液体，使金 属箔内的粉料均匀 受压。
铸造优势： ① 形状不受限制；（粉末冶 金注射成形形状也不受限制 ，但只能生产小制件） ② 适于制造大型零件； ③ 零件生产批量小时，经济 ； ④ 一般说来，工、模具费用 低。
6.1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理
和热模锻技术比较 粉末冶金优势： ① 粉末冶金制件精度比精锻高； ② 粉末锻造节省材料、重量控制精确 、可无非边锻造，也能制造形状较复 杂制件； ③ 粉末锻造只需一副成形模具和一副 锻模；热锻需两副以上锻模、一副修 边模。
影响填充的因素 （2）颗粒形状和凝聚的影响
在填充中，若颗粒的形状越偏离球体，填充越困难，填充结构 越疏松，空隙率变得越大。
颗粒表面粗糙，பைடு நூலகம்由于填充时摩擦阻力大，就难以达到紧密填 充， 这种颗粒形状的影响，一般当颗粒越小，颗粒间相互作用力越 强时，表现得更明显。
6.2 粉体的成形方法及设备
填充特性 填充特性是粉体成形的基础。由于粉体的形状不 规则、表面粗糙，使堆积起来的粉体颗粒间存在大量空隙。 影响填充的因素
6.2 粉体的成形方法及设备
6.2.2.粉体的制备
6.2 粉体的成形方法及设备
6.2.2.粉体的制备
球磨法
❖球磨法 制备粉 体的生 产量大、 成本较 低，在 工程中 应用较 为普遍。
6.2 粉体的成形方法及设备
6.2.2粉体的制备
气流研磨法
通过气体传输粉 料的一种研磨方法。 研磨腔内是粉末与气 体的两相混合物。
➢1909年出现一种电灯钨丝的铸造方法，将钨粉 压制成形并将其在高温下进行烧结，然后再经 过锻造和拉丝而制成钨丝，这种不用熔炼和铸 造，而用压制、烧结金属粉末来制造零件的工 艺称为“粉末冶金法”
6.1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理
与其他成型工艺比较（制造金属结构件）
1．和熔铸技术比较 粉末冶金优势： ① 粉末冶金制件表面光洁度高； ② 制造的尺寸公差很窄，尺寸精确； ③ 合金化与制取复合材料的可能性大 ④ 组织均一（无偏聚、砂眼、缩孔） 、力学性能可靠； ⑤ 在经济上，粉末冶金工艺能耗小。
由于不使用研磨球及 研磨介质，所以气流 研磨粉的化学纯度一 般比机械研磨法的要 高。
6.2 粉体的成形方法及设备
6.2.2粉体的制备
用机械粉碎法生产粉末，通常只能用于脆性金属，也可用 于将脆性的金属的金属间化合物或经脆件处理的金属制成 粉末。一般不易获得粒径在1 mm以下的微细颗粒。
物理化学法 液体金属雾化法
6.1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理
陶瓷成形 ❖ 陶瓷材料的成形过程与粉末冶金相似，所不同的是两者采
用不同的原材料。 ❖ 一般情况下，陶瓷材料的组织结构包括晶相、玻璃相和气
相三个部分，其中的晶相是陶瓷材料的主要组成相。
6.2 粉体的成形方法及设备
6.2.1.粉体的基本性能
❖ 粒度： 颗粒大小：通常用直径表示。不规则颗粒用等效半径。 粒度分布：不同大小颗粒占的百分比。 ❖颗粒形状： 颗粒形状表示粉体颗粒的几何形状，
热模锻优势： ① 可制造大型零件； ② 锻件力学性能比烧结粉 末冶金零件高，但与粉末锻 造件相当； ③ 可制造形状复杂程度较 高的制品。
6.1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理
2.粉末冶金一般工艺 （1）制粉 （2）物料准备 （3）成形 （4）烧结
（5）烧结后处理
6.1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理
❖ 精压：获得特定的表面形状和适当改善密度 的工艺。
❖ 复压：提高制品密度、提高强度的工艺。
6.2 粉体的成形方法及设备
❖陶瓷制品实例
6.3 粉末冶金制品的结构工艺性
模压法是常用的成形方法，因此，采用 压制成形的零件应考虑其结构工艺性。 1. 尽量采用简单、对称的形状，避免尖 角。
6.3 粉末冶金制品的结构工艺性
sintering, SLS）将金属粉末和陶瓷粉末在 激光照射下直接烧结，实现成形与烧结一体 化，适合于粉体的快速成形。
2. 三维打印法
❖三维打印法（three
dimensional printing， 3DP） 采用喷墨打印原理，将熔融的材 料有序喷出，一个层面又一个层 面地堆积而最终形成三维实体。
（2）当密度达到一定 程度后，密度不随压 力的增大而明显增加。
（3）继续增大成形压 力，使颗粒之间的结 合进一步增强，坯体 的密度增大。
6.2 粉体的成形方法及设备
塑性成形
❖ 塑性成形利用各种外力，对具有可塑性的坯料进行成形 加工，迫使坯料在外力作用下产生塑性变形，并保持其 形状，从而制成坯体。主要用于陶瓷成形。
6.2.3 粉体的预处理
（1）分级 分级是指将粉体按粒度分成若干等 级的过程，通过分级可以在配料时控制粉体 的粒度及粒度分布，以满足成形及烧结工艺 的要求，通常采用标准筛网进行筛分。
（2）去杂质 去杂质的目的是降低粉体中的杂 质含量，常用的有退火处理、酸洗处理等。
（3）混合 将两种以上不同成分的粉体均匀混 合的过程称为混合，球磨是常用的混合方法。
6.2 粉体的成形方法及设备
填充特性 填充特性是粉体成形的基础。由于粉体的形状不 规则、表面粗糙，使堆积起来的粉体颗粒间存在大量空隙。
影响填充的因素 （1）颗粒大小的影响:
临界粒径DC—— <DC时，粒径越小填充越疏松。
6.2 粉体的成形方法及设备
填充特性 填充特性是粉体成形的基础。由于粉体的形状不 规则、表面粗糙，使堆积起来的粉体颗粒间存在大量空隙。