粉末材料的制备、成形与固结
材料工程基础-第六章 粉末材料的成形与固结
P0—初始接触应力 ρ—相对密度
θ0—(1-ρ) a=[ρ2(ρ-ρ0)]/θ0
成形方法
压力成形
增塑成形
浆料成形
模压成形 三轴压制 等静压成形 高能成形 挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
注浆成形 热压铸成形 流延法成形 压力渗滤 凝胶铸模成形 直接凝固成形
二、压力成形 1、 模压成形
压力成形
增塑成形
挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
浆料成形
二、增塑成形
1、挤压（挤出）成形： 利用压力把具有塑性的粉料通
过模具挤出来成形的，模具的形状就是成形坯体的形状。
单螺杆挤出机示意图
通心粉
➢ 2、轧膜成形（滚压或辊压成形）
将粉体和粘结剂、溶剂等置于置于轧辊上混 炼，使之混合均匀，伴随吹风，溶剂逐步挥发， 形成一层厚膜； 调整轧辊间距， 反复轧制，可制 得薄片坯料。
２、 粉末在压力下的运动行为
成形工艺主要有： 刚性模具中粉末的压制（模压） 弹性封套中粉末的等静压 粉末的板条滚压 粉末的挤压
受力过程的三个阶段
第一阶段：首先粉末颗粒发生重排； 第二阶段：颗粒发生弹塑性变形； 第三阶段：颗粒断裂。
压坯密度与压制压力的关系
在压制过程中，随着压力的增加，粉 体的密度增加、气孔率降低。人们对压 力与密度或气孔率的关系进行了大量的 研究，试图在压力与相对密度之间推导 出定量的数学公式。目前已经提出的压 制压力与压坯密度的定量公式（包括理 论公式和经验公式）有几十种之多，表 中所示为其中一部分。
成形的理论基础 粉末的工艺性能 粉末在压力下的运动行为 成形方法
一、成形的理论基础
１、粉体的堆积与排列
晶胞 BCC
粉末成形与烧结 ppt课件
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一、金属粉末的压坯强度
压坯强度是指压坯反抗外力作用保持其几何形状和尺寸不变的能 力，是反映粉末质量优劣的重要标志之一。粉末颗粒之间的联结 力大致可分为两种：
(1)粉末颗粒之间的机械啮合力 粉末的外表面呈凹凸不平的不规则形状，通过压制，粉末颗粒之 间由于位移和变形可以互相楔住和钩住，从而形成粉末颗粒之间 的机械啮合，这是使压坯具有强度的主要原因之一 。
制粒： 制粒是将小颗粒颗粒粉末制成大颗粒或团粒的工序，常用来改善粉末 的流动性。在硬质合金生产中，为了便于自动成形，使粉末能顺利充 填模腔必须先制粒。
混合： 混合一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。有 时候，为了需要也将成分相同而粒度不同的粉末进行混合，这种过程 称为合批。
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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
粉末退火
提纯，软化粉末，稳定粉末结构，粉末钝化；
粉末混合
混粉、合批，使成分均匀；物理法与化学法；
成型剂
润滑剂、粘接剂、造孔剂；
制粒
小颗粒制成大颗粒，改善流动性；
加压与脱模
压制力、压制速度；保压时间；脱模力；
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压制前粉末要经过预处理，预处理包括：粉末退火、筛分、混合、 制粒、加润滑利等 。 退火： 目的：除杂、消除加工硬化、钝化。 退火温度根据金属粉末的种类而不同，通常为该金属熔点的 0.5~0.6Tm。
金属粉制备的工艺
金属粉制备的工艺金属粉制备是一种常见的金属制备工艺，它通过粉末冶金技术将金属材料转化为粉末状态，以便进行后续的加工和使用。
金属粉制备工艺包括粉末制备、粉末处理、粉末成形和粉末烧结等步骤。
金属粉制备的第一步是粉末制备，常见的方法有物理法和化学法。
物理法包括研磨法、机械合金化法、高能球磨法等，通过对金属块、片、粒等原料进行破碎、磨碎和混合等处理，得到所需的金属粉末。
化学法则是通过溶液化学反应或气相沉积的方法，将金属盐溶解于溶剂中，再通过还原、析出或沉积等方式，得到金属粉末。
物理法制备的金属粉末一般粒径较大，而化学法制备的金属粉末粒径较小。
粉末制备后，还需要对金属粉末进行处理，以提高其品质和性能。
处理方法包括粉末分类、表面处理和粉末成分调整等。
粉末分类是将制备好的金属粉末按照粒径和形状进行分级，以得到符合要求的粉末。
表面处理则是对金属粉末表面进行化学或物理的处理，以改变其表面性质和活性，提高粉末的适应性。
粉末成分调整则是对金属粉末的组成进行调整，以满足特定的要求。
粉末处理完成后，金属粉末可进行成形，成形方法包括压制成型和注射成型等。
压制成型是将金属粉末放入模具中，经过压制使其成形。
注射成型则是将金属粉末与有机物混合，通过压力将其注射到模具中，再通过加热或化学反应等方式，从而使其成形。
成形后的金属粉末形状多样，可根据需求进行调整。
最后一步是粉末烧结，烧结是将金属粉末经过高温和压力的作用，使其发生相互结合并形成致密的块状。
烧结温度和时间的选择要根据金属粉末的成分和要求来确定。
烧结后的金属粉末具有较高的强度和密度，且具备良好的机械性能和导电性能，可用于制备各种金属制品和零部件。
综上所述，金属粉制备的工艺可分为粉末制备、粉末处理、粉末成形和粉末烧结等步骤。
这些步骤的选择和操作对于金属粉制备的质量和性能均有重要影响，需要根据具体的金属材料和要求来确定。
金属粉制备工艺的发展和应用，不仅可以满足各种金属制品的需求，还有助于推动金属材料的研究和应用。
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法包括：
1. 烧结成型：将粉末材料加压成形后，在高温下进行烧结，使粉末颗粒粘结和合并，形成坚固的固体。
2. 注射成型：将粉末和粘结剂混合后注射到模具中，然后通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。
3. 挤出成型：将粉末和粘结剂混合后挤出成型，通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。
4. 粉末冶金成型：通过压制、烧结或热压等方式，将粉末材料制成金属产品或零件。
5. 粘结剂成型：将粉末材料与粘结剂混合后进行成型，其中粘结剂的作用是使粉末颗粒粘结在一起。
6. 激光烧结成型：利用激光束将粉末颗粒局部加热，使其熔化和熔接成形。
7. 真空烧结成型：在真空环境中进行烧结成型，可以减少氧化反应和杂质的产生，提高成品质量。
8. 喷雾成型：将粉末材料喷雾成细小颗粒，在加热或加压条件下使其固化成形。
粉末冶金工艺的基本工序模版
粉末冶金工艺的基本工序模版粉末冶金是一种通过将金属粉末经过压制和加热来制备金属制品的工艺。
它与传统的熔融冶金不同，不需要将金属完全熔化。
粉末冶金工艺具有高效、精确的特点，被广泛应用于汽车、航空航天、电子、能源等领域。
粉末冶金工艺的基本工序包括粉末制备、成型、烧结和后续处理，下面将对每个工序进行详细介绍。
一、粉末制备粉末制备是粉末冶金工艺的第一步，它的质量直接影响到最终制品的性能。
常见的粉末制备方法有机械法、化学法、电化学法和热分解法等。
其中，机械法是最常用的方法。
它包括机械合金化和机械研磨两个步骤。
1. 机械合金化机械合金化是将两种或多种金属粉末混合并进行球磨或挤压等加工，以实现金属间的原子扩散。
这种方法可以提高金属的强度和韧性。
机械合金化的关键是选择适当的合金化时间和合金化温度。
2. 机械研磨机械研磨是将金属块研磨成粉末的过程。
常见的机械研磨设备有球磨机、研磨机、超细研磨机等。
机械研磨的关键是选择合适的研磨介质和研磨时间，以获得均匀细小的金属粉末。
二、成型成型是将金属粉末按照设计要求进行形状加工的过程。
常见的成型方法有压制成型、注射成型和挤压成型等。
1. 压制成型压制成型是将金属粉末置于模具中，通过压力使其成形的方法。
压制成型可以分为干压和湿压两种。
干压是在没有任何添加剂的情况下进行的压制，而湿压则需要添加有机粘结剂或金属浆料。
2. 注射成型注射成型是将金属粉末与有机粘结剂混合，并通过注射机将混合物注入模具中，然后通过加热和固化使其成形的方法。
注射成型广泛应用于制备复杂形状的金属制品。
3. 挤压成型挤压成型是将金属粉末放置在挤压模中，并通过挤压机施加压力，使其通过模具的孔型流动并成形的方法。
挤压成型适用于制备长材料和管状材料等。
三、烧结烧结是将成型后的金属粉末在高温下进行加热，使其颗粒之间形成结合的过程。
烧结可以分为热压烧结和等静压烧结两种。
1. 热压烧结热压烧结是将金属粉末置于模具中，在高温和高压条件下进行形变和烧结的方法。
粉末成型原理
粉末成型原理粉末成型是一种常见的制造工艺，广泛应用于金属、陶瓷、塑料等材料的制造过程中。
通过将细小的粉末材料按照一定的形状、结构进行成型，最终获得具有所需性能的产品。
粉末成型的原理主要包括粉末制备、装料、成形和烧结等关键步骤。
首先，在粉末成型过程中，最为关键的一步是粉末的制备。
通常情况下，粉末材料需要经过粉碎、球磨等处理，以保证粉末颗粒的细小、均匀。
粉末材料的质量和性能直接影响最终成型产品的质量。
因此，粉末的制备工艺对于粉末成型工艺至关重要。
其次，装料是粉末成型的另一个重要环节。
在装料过程中，需要将制备好的粉末材料按照一定的配方比例填充到模具中。
粉末的装料方式多样，可以采用振实、压实或注射等方法，以确保粉末充分填充模具，并保证产品的成型精度和密实度。
在成形阶段，装载好粉末材料的模具经过压制和振实等工艺，使粉末材料在模具中获得所需的形状和结构。
通过施加力量，粉末颗粒之间发生变形和结合，最终形成具有一定强度和几何形状的初级产品。
最后，烧结是粉末成型的关键环节之一。
在烧结过程中，经过成形的粉末产品在高温条件下进行加热处理，使粉末颗粒发生熔融、扩散和结合，最终形成致密的成品。
烧结过程中需要控制温度、气氛等参数，以确保产品的致密性、结构稳定性及力学性能的稳定。
总的来说，粉末成型技术是一种高效、精密的制造方法，能够制备出具有复杂形状、优异性能的产品。
通过控制粉末制备、装料、成形和烧结等关键环节，可以实现粉末材料的精密加工和制造，满足不同行业对产品质量和性能的需求。
粉末成型技术在汽车、航空航天、医疗器械等领域具有广泛应用前景，为现代制造业的发展提供了重要支撑。
1。
粉末材料的合成与加工
常用的烧结设备包括电炉、燃气炉、微波烧结炉和热压烧结炉等， 选择合适的设备可以提高烧结效率和材料质量。
03 粉末材料的应用
粉末冶金
粉末冶金是一种通过将金属粉末或金属粉末与非金属粉末混合，经过压制和烧结， 制成金属材料或复合材料的技术。
粉末冶金可以生产出具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀等优异性能的金属材料， 广泛应用于汽车、航空航天、能源、电子等领域。
电池材料是电池制造的关键，直接影 响电池的性能和安全性。
04 粉末材料的未来发展
新材料的研究与开发
高性能复合材料
01
利用粉末冶金技术制备具有优异性能的复合材料，如碳纤维增
强金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
新型功能材料
02
研究开发具有特殊功能的新型粉末材料，如超导材料、磁性材
料、光学材料等，以满足高新技术领域的需求。
混合设备
常用的混合设备包括球磨机、搅拌 机、捏合机和气流混合机等，选择 合适的设备可以提高混合效率和均 匀性。
粉末的造粒
造粒原理
粉末的造粒是通过物理或化学方 法将粉末颗粒聚集成具有一定形 状和大小的颗粒，以提高其流动
性和可加工性。
造粒方法
常用的造粒方法包括喷雾干燥、 喷雾凝结、滚筒造粒和挤出造粒 等，选择合适的造粒方法取决于 粉末的性质和所需的颗粒形状与
化学法Leabharlann 沉淀法通过化学反应使溶液中的 离子或分子形成沉淀，然 后经过滤、洗涤、干燥等 步骤得到粉末。
气相法
将气态原材料在一定条件 下进行化学反应，生成固 态粉末。
水热法
在高温高压的水环境中进 行化学反应，生成粉末材 料。
机械法
球磨
将原材料放入球磨机中，通过球磨球 之间的碰撞和摩擦将原材料破碎成粉 末。
粉末冶金工艺的基本工序范文（二篇）
粉末冶金工艺的基本工序范文粉末冶金是一种利用粉末材料制备金属零件的工艺方法。
它通过将金属粉末加以压制成形，然后进行烧结或者热处理，最终得到具有一定形状和性能的金属制品。
粉末冶金工艺包括了多个基本工序，下面将对这些工序进行详细介绍。
第一个基本工序是粉末的制备。
粉末的制备是整个粉末冶金工艺的基础，它直接影响到最终制品的质量和性能。
粉末制备的方法有很多种，常见的方法包括机械研磨、化学还原和物理气相沉积等。
机械研磨是将金属块材料通过研磨机械进行破碎和粉碎，得到所需的粉末。
化学还原是利用化学反应将金属化合物还原成金属粉末。
物理气相沉积是利用高温高压条件下，将金属气体在反应室中沉积成粉末。
第二个基本工序是粉末的预处理。
粉末的预处理是为了改善粉末的流动性和可压性，提高成形的质量和效率。
常见的粉末预处理方法包括干燥、筛分和混合。
干燥是将粉末中的水分去除，以防止烧结过程中出现气孔和缩孔。
筛分是将粉末按照颗粒大小进行分类，以消除颗粒分布不均匀的现象。
混合是将不同颗粒大小和成分的粉末进行混合，以获得更加均匀的成分和颗粒分布。
第三个基本工序是粉末的成形。
粉末的成形是将经过预处理的粉末按照一定的形状和尺寸进行压制。
常见的成形方法包括冷压成形和热压成形。
冷压成形是将粉末放入模具中，利用机械或液压设备进行压制，得到初级的成形品。
冷压成形具有工艺简单、成本低的优点，但它所得到的成品密度较低，还需要通过烧结或者热处理来提高密度。
热压成形是在高温高压条件下进行的成形方法，其目的是通过热塑性变形使粉末颗粒之间发生扩散、变形和结合，得到高密度的成品。
第四个基本工序是粉末的烧结。
烧结是将成型的粉末置于高温下进行加热处理，使之发生扩散和结合，从而得到高密度的金属制品。
烧结的过程包括加热、保温和冷却。
加热是将成型的粉末放入烧结炉中进行加热，使粉末颗粒之间发生扩散和结合。
保温是在一定的温度下进行一段时间，以保证烧结的完全进行。
冷却是将烧结后的制品自然冷却到室温。
第六章 粉末材料的成形与固结 第一节 粉末的成形与干燥
况以及润滑条件等一系列因素的影响。 2．等静压成形 （1）定义：借助高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体
密封容器内，高压流体的等静压力直接作用于弹性模套内的粉末上，使粉体各个 方向同时均衡受压，而获得密度分布均匀以及强度较高的压坯。
（2）工艺流程： （3）特点：
A）优点：收缩小（干燥收缩为 1%～4%，烧结收缩为 16%～17%），生坯强 度高，有机粘结剂用量低（2%～5%），并且可以成形形状复杂及大截面尺寸的 部件。
B）缺点：坯体干燥缓慢，颗粒分散不易均匀。 6．直接凝固成形 （1）定义：利用胶体颗粒的静电效应制备出固相体积分数高、分散性好的悬 浮体或料浆，再加入催化剂。料浆注入模具后，通过酶在料浆中的催化反应使泥 浆聚沉成形的方法称为直接凝固成形。 （2）工艺流程： （3）特点：
成形等。 (3) 按粉料成形状态分为三大类，即压力成形、增塑成形和料浆成形。
二、粉末成形的基本理论 1. 粉体的堆积与排列 (1) 堆积密度与排列方式关系 (2) 堆积密度与成形性能关系 (a). 小颗粒加入大颗粒间，使堆积密度增大，从而使成形性能变好。 (b). 颗粒尺寸小，松散密度小，成形性能差。 (c). 颗粒形状不规则，流动性差，松散密度小，不利于成形工艺的控制。 2. 粉末在压力下的运动行为 （1）粉末在压力下成形的工艺类型 a. 钢性模具中粉末的压制 b. 弹性封套中粉末的等静压 c. 粉末的板条静压以及粉末的挤压 （2）粉末在压力下的运动行为（分为三个阶段） a. 颗粒重排，颗粒间的架桥现象被部分消除，且颗粒间的接触程度增加。 b. 颗粒发生弹塑性变形。 c. 颗粒断裂。 （3）压制理论：压力 P=f（密度，气孔率）
粉末冶金工艺的基本工序
粉末冶金工艺的基本工序粉末冶金是通过将金属或非金属原料制备成粉末，然后再在合适的条件下进行成型和烧结的一种工艺。
它在制造零部件、材料和复合材料等方面具有独特的优势，被广泛应用于各个领域。
粉末冶金工艺的基本工序包括粉末制备、成型和烧结三个环节。
一、粉末制备粉末制备是粉末冶金工艺的第一环节，也是整个工艺的关键环节。
粉末制备的质量直接影响着后续工序的成型和烧结性能。
常见的粉末制备方法主要有物理方法、化学方法和机械方法。
1.物理方法物理方法是指通过物理手段将块状原料制备成粉末。
常用的物理方法包括原子沉积、物理雾化、机械粉碎和气相反应等。
其中，原子沉积和物理雾化是制备高纯度粉末的主要手段，机械粉碎则适用于制备一些常规金属粉末。
2.化学方法化学方法是通过化学反应将液态原料转化为粉末。
常用的化学方法有溶胶-凝胶、气相沉积和气相反应等。
其中，溶胶-凝胶法适用于制备陶瓷粉末，气相沉积和气相反应适用于制备金属和合金粉末。
3.机械方法机械方法是通过机械冲击或切削等力的作用将原料制备成粉末。
常用的机械方法有球磨、机械合金化和高能球磨等。
这些机械方法适用于制备一些高性能合金粉末。
二、成型成型是将制备好的粉末按照一定的形状进行组织和排列的过程，目的是使粉末颗粒紧密结合，并得到所需的几何形状。
常见的成型方法有压制成型、挤压成型、注塑成型和3D打印等。
1.压制成型压制成型是将粉末填入模具中，然后施加压力将其压制成所需形状的方法。
常用的压制成型方法有冷压成型、热压成型和等静压成型等。
这些方法适用于制备各种形状的零件和材料。
2.挤压成型挤压成型是将粉末放在长形的模具中，然后通过挤压力将其挤压成所需形状的方法。
常用的挤压成型方法有直接挤压、间接挤压和旋转挤压等。
挤压成型适用于制备长形、管状和异形零部件。
3.注塑成型注塑成型是将粉末与有机或无机黏结剂混合后，在高温条件下进行注塑成型的方法。
注塑成型适用于制备复杂形状和小尺寸的零部件。
4.3D打印3D打印是一种通过逐层累积粉末来制造复杂形状的方法。
15粉末成形
润滑剂对脱模力的影响
润滑剂加入量对压坯性能的影响
（5）加压与脱模
压坯密度与压力关系
单向压制压坯的密度的不均匀性
单向压制不均匀性的克服 1单向压制，2添加润滑剂，3双向压制
轴套双向自动压制
影响压坯质量的主要因素 1.粉末性能(硬度、纯度、粒度、形状) 2.成型剂(润滑剂,粘结剂) 3.压制方式 4.保压时间,震动加压
塑性变形与颗粒重排对温压致密化的相对贡献
c(p)
0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00
0
Particle rearrangement, C (P) 1
Plastic deformation, C (P) 2
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
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
4)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
第六章 粉末材料的成形与固结
2.1.4 脱模
脱模时需要施加一定的压力。
弹性后效。
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2.2 等静压成形
借助高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入 耐高压的钢体密封容器内，高压流体的等静压力直接 作用于弹性模套内的粉末上，使粉体各个方向同时均 衡受压，而获得密度分布均匀以及强度较高的压坯的 方法。
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2.3 三轴压制
除了对粉末施加等静压外（周压），还要施加一个 轴向负荷（轴压）。
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2.4 高能成形
利用炸药爆炸时产生的瞬间高冲击波压力，作用于 粉体进行成形的工艺。
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3 增塑成形
对于传统陶瓷，通常含有一定量的可塑性粘土，只 要加入适量的水分，经过一定的工艺处理，就会具有 良好的成形性能。
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4.2 热压铸成形
先将粉料与蜡或有机高分子粘结剂混合、加热，使 混合料具有一定流动性，然后将混合料加压注入模具， 冷却后即可得到致密的、较硬实的坯体的方法。
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4.3 流延法成形
在超细粉中混入粘结剂制成浆料，然后通过固定的 流延嘴及依靠浆料本身的自重，将浆料刮成薄片状， 经过烘干后得到所需的薄膜坯体的方法 。
对于特种陶瓷，一般采用有机塑化剂进行塑化，塑 化剂包含粘结剂、增塑剂和溶剂。
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3.1 挤压成形
又称为挤制或挤出成形，是利用压力把具有塑性的 粉料通过模具挤出来成形的，模具的形状就是成形坯 体的形状。
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3.2 轧膜成形
将粉料加入反向滚动的轧辊之间，使物料不断受到 挤压，从而得到薄膜状坯体的成形方法。
粉末冶金工艺的基本工序(二篇)
粉末冶金工艺的基本工序1、原料粉末的制备。
现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。
而机械法可分为：机械粉碎及雾化法;物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。
其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。
2、粉末成型为所需形状的坯块。
成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。
成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。
加压成型中应用最多的是模压成型。
3、坯块的烧结。
烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。
成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。
烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。
对于单元系和多元系的固相烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低;对于多元系的液相烧结，烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低，而高于易熔成分的熔点。
除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。
4、产品的后序处理。
烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。
如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。
此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。
粉末冶金工艺的基本工序（二）粉末冶金是一种利用粉末作为原料，通过压制、成型、烧结等工艺制备制品的工艺方法。
它具有高效率、高精度和可靠性好等特点，广泛应用于各个领域，包括汽车、航空航天、电子等。
粉末冶金工艺的基本工序包括粉末选料、混合、成型、烧结等。
首先是粉末选料。
粉末冶金工艺中所用的粉末要求颗粒细小、纯度高、形状均匀。
常见的粉末材料包括金属、陶瓷和合金等。
粉末选料的过程中需要考虑到材料的物理化学性质，并进行相应的测试和分析。
接下来是粉末的混合。
混合是将不同种类的粉末按一定比例混合在一起，以获得所需的材料性能。
混合可以通过机械混合、化学方法和物理方法等进行。
在混合过程中，需要控制混合时间和混合速度，以保证混合的均匀性。
然后是成型。
成型是将混合好的粉末放入模具中进行压制或注塑成型。
粉末压制及烧结方法
粉末压制及烧结方法一、成形技术1、金属粉末注射成形技术( MIM)粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法，首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(约150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。
被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
由于在流动状态下，均匀填充模腔成形，模腔内各点压力一致，密度一致，消除了传统粉末冶金压制成形不可避免的沿压制方向的密度梯度，可以获得组织结构均匀、力学性能优异的近净成形零部件，并且产品的制造成本可以降低到传统工艺的20％～30％。
适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的金属零件。
缺点：去除粘结剂可能会产生气孔问题。
2、激光成型技术激光成型原理是用CAD生成的三维实体模型，通过分层软件分层、每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束，扫射液体、粉末或薄片材料，加工出要求形状的薄层，逐层积累形成实体模型。
同传统的制造方法相比较，激光成型显示出诸多的优点：（1）制造速度快、成本低、节省时间和节约成本，为传统制造方法注入新的活力，而且可实现自由制造，产品制造过程以及产品造价几乎与产品的批量和复杂性无关。
（2）采用非接触加工的方式，没有传统加工的残余应力的问题，没有工具更换和磨损之类的问题，无切割、噪音和振动等，有利于环保。
（3）可实现快速铸造、快速模具制造，特别适合于新产品开发和单间零件生产。
3、温压成形技术它是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和模具加热至150℃左右进行刚性模压制，最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压技术的发展与延伸。
该技术主要有以下几个方面的特点：能以较低的成本制造出高性能的铁基等粉末冶金零部件；提高零部件生坯密度；产品具有高强度；便于制造形状复杂以及要求精密的零部件；密度均匀等该技术目前主要用于生产铁基合金零件，同时人们正在研究用这种技术制备铜基合金、钛合金等其它材料零件。
粉末材料制备成形和固结
气相沉积制粉是通过某种形式 的能量输入，使气相物质发生气— 固相变或气相化学反应，生成金属 或陶瓷粉体。
物理气相沉积法 化学气相沉积法
粉末材料制备成形和固结
化学气相沉积法
一、化学气相沉积的反应类型
分解反应 a(气 A ) m(固 M ) n(气 N )
化合反应 a( 气 A ) b( 气 B ) m ( 固 ) M n( 气 N )
粉末材料制备成形和固结
➢ 双流雾化法
气雾化
水雾化
注：适合于金属粉末制备
粉末材料制备成形和固结
金属液由上方孔流出时与沿一定角度高速射击的气体或
水相遇，然后被击碎成小液滴，随着液滴与气体或水流的混 合流动，液滴的热量被雾化介质迅速带走，使液滴在很短的 时间内凝固成为粉末颗粒。
粉末材料制备成形和固结
雾化过程的四种情况
粉末材料制备成形和固结
3. 极大地降低了成分偏析，粉末成分均匀，某些有害相， 如高温合金中的相，可能因激冷而受到抑制，甚至消除。
4. 冷速提高，枝晶间距减小，晶粒细化，材料的晶体结构 向非稳态转变，可获得细晶、微晶、准晶直至非晶粉末。
粉末材料制备成形和固结
二、物理蒸发冷凝法
物理蒸发冷凝制粉是一种制备超微金属粉末的重要方法，采 用不同的能量输入方式，使金属气化，然后再在冷凝壁上沉积从 而获得金属粉末。由于粉末的粒度很小，比表面积很大，因而化 学活性很强。为防止金属粉末氧化，在冷凝室内一般都要通入惰 性气体。这样在金属蒸气脱离熔体的很短时间内，会被周围气体 迅速冷却，金属原子很快聚集成超微颗粒。同其他金属粉末制备 方法相比，物理蒸发冷凝法生产效率是较低的，但这种方法可获 得最小粒径达2 nm的纳米颗粒。
粉末的工艺流程
粉末的工艺流程粉末的工艺流程粉末加工是一种通过将固体材料研磨成粉末，并利用化学反应或物理过程将其固化成所需形状的工艺方法。
该工艺在金属、陶瓷、塑料等行业中广泛应用。
下面将介绍一种典型的粉末工艺流程。
首先，制备粉末原料。
选择适合的材料，例如金属合金、陶瓷颗粒等作为原料。
原料的制备包括破碎和磨细，通常使用破碎机和球磨机进行处理。
在破碎和磨细过程中，需要控制颗粒的大小和颗粒分布，以满足后续工艺需求。
其次，混合和制备预压坯体。
将磨细的原料进行混合，以确保原料的均匀性。
混合过程中通常使用搅拌器或其他混合设备。
混合完毕后，将混合物进行预压。
通过预压，可以获得更高的密度，并给后续的成型提供压力。
接下来，成型。
根据产品的需要，可以选择不同的成型方法，如压制成型、注射成型、挤压成型等。
压制成型是一种常见的方法，通过将预压坯体放入模具中，并施加压力，使其与模具形成所需形状。
注射成型适用于制造复杂形状的产品，通过将粉末与粘结剂混合后，注入模具中，经过固化后得到所需形状。
挤压成型通过将粉末放入挤压机中，并在高温高压下挤出所需形状。
然后，烧结。
烧结是粉末工艺中一个重要的步骤，通过加热原料，在一定的温度下使其粒子结合成块。
烧结过程中，原料中的粒子相互溶胀、扩散和结合形成致密的块体。
在烧结过程中，需要控制温度、时间和气氛，以确保产品的质量。
烧结后，产品将具有较高的密度和强度。
最后，后处理。
对于金属制品，可以进行后处理操作，如热处理和表面处理。
热处理可以通过改变温度和时间来改变产品的组织和性能。
表面处理可以通过电化学处理、电镀、喷涂等方法，使产品具有更好的表面性能。
总的来说，粉末的工艺流程包括原料制备、混合、制备预压坯体、成型、烧结和后处理等步骤。
这些步骤的操作需要严格控制，以确保产品的质量和性能。
粉末工艺的发展为制造业提供了更多的选择，可以制造出复杂形状和高性能的产品，同时还减少了材料的浪费和能源的消耗。
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流态化床气流磨
流态化床气流磨的特点：
•可获得超细粉体，并且粉末粒度均匀； •由于气体绝热膨胀造成温度下降，所以可研磨低熔点物料； •粉末不与研磨系统部件发生过度的磨损，因此粉末杂质含量
少；
•针对不同的性质的粉末，可使用空气、N2、Ar等惰性气体。
§7.2.2 物理制粉法
雾化法 蒸发凝聚法
陶瓷粉：空气； 金属粉末：惰性气体或还原性气体。 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。
气流研磨制粉的基本原则
1.动能准则：
提高粉末颗粒的动能 2.碰撞几率准则：
提高粉末颗粒的碰撞几率
由于粉末颗粒的运动是从流态气体中获得的，因此， 提高颗粒的动能必须要提高载流气体的速度。
在一个对应关系，即：吸收的能量越高则粒径越小。
过程二：液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间 相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液 体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表 面能降低，属于自发过程。
过程三：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。
提高雾化制粉效率基本准则
1、能量交换准则 提高单位时间、单位质量液体从系统中吸 收能量的效率，以克服表面自由能的增加。
还原化合
电化学法
§7.2.1 机械制粉法
机械研磨 气流研磨
一、 机械研磨法
机械制粉方法的实质就是利用动能来破坏材
料的内结合力，使材料分裂产生新的界面。
能够提供动能的方法可以设计出许多种，例如有锤捣、 研磨、辊轧等，其中除研磨外，其他几种粉碎方法主要是 用于物料破碎及粗粉制备的。
1、球磨制粉
绪
论
行
化 食 颜 能 电 建
业
工 品 料 源 子 材
用
途
涂料、油漆、催化剂、原料处理 粮食加工、调味料、保健食品、食品添加剂 偶氮颜料、氧化铁系列颜料、氧化铬系列 煤粉燃烧、固体火箭推进剂、水煤浆 电子浆料、集成电路基片、电子涂料、荧光粉 水泥、建筑陶瓷生产、复合材料、木粉 梯度材料、金属与陶瓷复合材料、颗粒表面改性 脱硫用超细碳酸钙、固体废弃物的再生利用、粉状污水处理剂 粒度砂、微粉磨料、超硬材料、固体润滑剂、铸造型砂
1.化学反应
对一个确定的化学反应，判断其能否进行的热力学判据为：
分解反应
P G G RT ln 0 P
o
化合反应Biblioteka P G G RT ln 0 P
o
n N a A n N b B
由上式可知，化学气相沉积反应的控制因素包括：
1）反应温度、2）气相反应物浓度、3）气相生成物浓度
雾化过程的四种情况
动能交换：雾化介质的动能转变为金属液滴的表面能；
热量交换：雾化介质带走大量的液固相变潜热；
流变特性变化：液态金属的粘度及表面张力随温度的降
低而不断发生变化；
化学反应：高比表面积颗粒（液滴或粉粒）的化学活性 很强，会发生一定程度的化学反应。
离心雾化法
离心雾化法是借助离心力的作用将液态 金属破碎为小液滴，然后凝固为固态粉 末颗粒的方法。 1974 年，首先由美国提
4.团 聚
颗粒之间由于存在着较弱的吸附力 作用，主要包括范德华力、静电引力等， 颗粒之间会发生聚集，颗粒越小，则聚 集效果越明显，这一现象被称为团聚。
三、化学气相沉积类型
热分解法
CH 4 气 C 固 2H 2 气
热分解法中最为典型的就是羰基物热分解，它是一 种由金属羰基化合物加热分解制取粉末的方法，整 个过程的关键环节就是制备金属羰基化合物 M e COn
TiCl4 气 C3 H8 气 2H 2 3TiC固 6HCl气
绪
论
粉体工程所涉及的行业
行 业
农 矿 冶 橡 塑 造 印 药 业 业 金 胶 料 纸 刷 物
用
途
粮食加工、化肥、粉剂农药、饲料、人工降雨催凝剂 金属矿石的粉碎研磨、非金属矿深加工、低品位矿物利用 粉末冶金、冶金原料处理、冶金废渣利用、硬质合金生产 固体填料、补强材料、废旧橡胶制品的再生利用 塑料原料制备、增强填料、粉末塑料制品、塑料喷涂 造纸填料、涂布造纸用超细浆料、纤维状增强填料 油墨生产、铜金粉、喷墨打印墨汁、激光打印和复印碳粉 粉剂、注射剂、中药精细化、定向药物载体、喷雾施药
2、雾化制粉是一种快速凝固技术，能够增加金属元素的
固溶度。
3. 极大地降低了成分偏析，粉末成分均匀，某些有害相，
如高温合金中的相，可能因激冷而受到抑制，甚至消除。
4. 冷速提高，枝晶间距减小，晶粒细化，材料的晶体结构 向非稳态转变，可获得细晶、微晶、准晶直至非晶粉末。
二、物理蒸发冷凝法
物理蒸发冷凝制粉是一种制备超微金属粉末的重要方法，采
第七章 粉体材料的制备、成形与固结
绪论 • 粉末的表征与测量 • 粉末制取 • 粉末成形 • 粉末固结
绪论
绪
论
颗粒
粉体
绪
论
一次颗粒（单个颗粒）：指内部没有空 隙的致密材料。 一次颗粒的粉化过程是内部原子的 断键过程，要求高能量输入。 二次颗粒（颗粒聚集体）：是单个颗粒 以弱结合力构成，包含一次颗粒与孔隙。 二次颗粒的粉化过程是界面的弱结合 力断开，由界面能转变为表面能，能量输 入相对较弱。
研磨时不存在象滚筒球磨那样有临界转速的
限制，因此，磨球的动能大大增加。
可以采用提高搅动转速、减小磨球直径的办
法来提高磨球的总撞击几率而不减小研磨球
的总动能，符合了提高机械球磨效率的两个 基本准则。
二、气流研磨法
通过气体传输粉料的一种研磨方法。
与机械研磨法不同，气流研磨不需要磨球及 其它辅助研磨介质。研磨腔内是粉末与气体的 两相混合物。
两种办法来实现
提高气体的入口压力
气体喷嘴的气体动力学设计
通过这两种办法使喷嘴出口端的气体流速达超音速
气流研磨三种类型：
旋涡研磨
冷流冲击 流态化床气流磨
旋涡研磨
粉末颗粒大多具有表面凹型特征，故称为蝶状粉末
冷流冲击
加速效应→加速后的气体可超过音速，颗粒撞击动能增大 冷却效应→气粉混合物的温度能降到零度以下，金属颗粒冷脆性提高 气压越大，粉末越细。
物理气相沉积法 化学气相沉积法
化学气相沉积法
一、化学气相沉积的反应类型
分解反应
aA(气) mM(固) nN(气)
化合反应 aA(气) bB(气) mM(固) nN(气)
二、化学气相沉积制粉原理
制粉过程包括四个步骤：
1. 化学反应
2. 均相形核
3. 晶粒生长
4. 团 聚
用不同的能量输入方式，使金属气化，然后再在冷凝壁上沉积从 而获得金属粉末。由于粉末的粒度很小，比表面积很大，因而化 学活性很强。为防止金属粉末氧化，在冷凝室内一般都要通入惰 性气体。这样在金属蒸气脱离熔体的很短时间内，会被周围气体
迅速冷却，金属原子很快聚集成超微颗粒。同其他金属粉末制备
方法相比，物理蒸发冷凝法生产效率是较低的，但这种方法可获 得最小粒径达2 nm的纳米颗粒。
一、 雾化制粉法
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。
雾化机理
雾化
聚并
凝固
过程一：大的液珠当受到外力冲击的瞬间，破碎成
数个小液滴，假设在破碎瞬间液体温度不变，则液
体的能量变化可近似为液体的表面能增加。
显然，雾化时液体吸收的能量与雾化液滴的粒径存
2、快速凝固准则
提高雾化液滴的冷却速度，防止液体微粒 的再次聚集。
雾化制粉分类
双流雾化 单流雾化
指被雾化的液体流和喷射的介质流；
直接通过离心力、压力差或机械冲击力实现雾化
双流雾化法
气雾化 水雾化
注：适合于金属粉末制备
金属液由上方孔流出时与沿一定角度高速射击的气体或 水相遇，然后被击碎成小液滴，随着液滴与气体或水流的混 合流动，液滴的热量被雾化介质迅速带走，使液滴在很短的 时间内凝固成为粉末颗粒。
颗粒大小和形状表征
粉体材料的组成单元——颗粒。
颗粒的大小和形状是粉体材料最重要的物
性特性表征量。
颗粒的大小
粒径
颗粒大小和形状表征 颗粒大小
直径D
直径D、高度H
？
第二节 粉末的制备
机械制粉
物理制粉 化学制粉
粉末的制备
机械制粉
物理制粉
化学制粉
机械研磨
气流研磨
液体雾化
蒸发凝聚
气相沉积
不论何种性质的研磨物料，提高球磨效率的基 本原则是一致的。
球磨制粉的基本原则
1.动能准则：
提高磨球的动能 2.碰撞几率准则：
提高磨球的有效碰撞几率
球磨制粉的基本方式
滚筒式
振动式
搅动式
滚筒式球磨
转速较低时，球料混合体与筒壁做相对滑动运动并 保持一定的斜度。随转速的增加，球料混合体斜度增 加，抬升高度加大，这时磨球并不脱离筒壁； 转速达一临界值 V 临 1 时，磨球开始抛落下来，形成 了球与筒及球与球间的碰撞； 转速增加到临界转速 V 临 2 时，磨球的离心力大于其 重力，这时磨球、粉料与磨筒处于相对静止状态，此 时研磨作用停止。
2.均匀形核
气相反应发生后的瞬间，在反应 区内形成了产物蒸气，当反应进行 到一定程度时，产物蒸气浓度达到 过饱和状态，这时产物晶核就会形 成。由于体系中无晶种或晶核生成 基底，因此反应产物晶核的形成是 个均匀形核过程。
3.晶粒生长
均相晶核形成之后，稳定存在 的晶核便开始晶粒生长过程。小晶 粒通过对气相产物分子的吸附或重 构，使自身不断长大。理论和实践 都表明：晶粒生长过程主要受产物 分子从反应体系中向晶粒表面的扩 散迁移速率所控制。