粉体成形与烧结
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3、向更高级的新材料、新工艺发展。四十年代，出现金 属陶瓷、弥散强化等材料，六十年代末至七十年代初，粉 末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及 热等静压已能制造高强度的零件
粉末冶金制品应用
1.汽车行业仍然是粉末冶金工业发展的最大动力
和最大用户。
2006年北美平均每辆汽车粉末冶金零件用量最高，为 19.5公斤，欧洲平均为9公斤，日本平均为8公斤，中国 3.97公斤。 粉末冶金铁基零件在汽车上主要应用于发动 机、传送系统、ABS系统、点火装置，汽车尾气过滤多孔 材料等。
液相
溶解-沉淀传质 C f
烧结
它们都是以表面张力作为动力的。
（一）蒸发-凝聚传质
1、概念
固体颗粒表面的曲率不同，高温时在系统 的不同部位有不同的蒸气压，质点通过蒸发， 再凝聚实现质点的迁移，促进烧结。
模型
2、颈部生长速率关系式
根据开尔文公式、朗格缪尔公式，可以推导出球形颗粒 接触面积颈部生长速率关系式：
故粉状物料间的粘附作用特别显著。
例2：水膜
因此，粘附作用是烧结初始阶段，导致粉体颗粒间产 生键合、靠拢和重排，并开始形成接触区的一个原因。
（二）、物质的传递——传质过程
气相传质 —— 蒸发-凝聚传质 P 固
扩散传质 C
相 烧
流动传质 塑性流动
f
dv
dx
结
粘性流动
F dv
S dx
雾化机理
雾化 聚并 凝固
超声波冲击
（2）物理蒸发凝聚法
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。
制备超微金属粉。 冷凝室内要通入惰性气体（冷却，防止氧化）。 缺点：效率低
优点：制备的粉体颗粒细小（2nm）
按照输入能量的方式，物理蒸发冷凝法可 以分为：
二.物理制粉法
雾化法和蒸发凝聚法
(1).雾化法
雾化法是一种典型的物理制粉方法 将熔化的金属液体通过小孔缓慢下流，用高压气
体（如压缩空气）或液体（如水）喷射，通过机 械力与急冷作用使金属熔液雾化。结果获得颗粒 大小不同的金属粉末。 根据雾化介质的不同： 水雾化和气雾化
增大气（液）体压力，能够增加气（液）体的喷 射速度，因而有利于金属液体雾化率的提高。
2.1. 温度对烧结体性能的影响
首先从烧结体的宏观性质随温度的变化上来认识烧结过程。
➢ 泰曼指出，烧结温度Ts与其熔点Tm之间关 系的一般规律：
金属粉末Ts≈（0.7—0.8）Tm 无机盐类Ts≈0.57Tm 硅酸盐类Ts≈（0.8—0.9）Tm
2.2. 烧结过程的模型示意图
粉状成型体的烧结过程示意图
在此阶段主要发生金属的
烧结初期
回复及吸附气体和水分的
烧
挥发，压坯内成形剂的分
结
解和排除等。
过
程
此阶段开始出现再结晶，在颗
的
烧结中期
粒内，变形的晶粒得以恢复， 改组为新晶粒，同时表面的氧
三
化物被还原，颗粒界面形成烧
个
结颈。
阶
段
传质继续进行，粒子长大，
烧结后期
气孔变成孤立闭气孔，密
度达到95%以上，制品强
x r
3 M 2 3P0
2R3 2T 3 2d 2
1
3
r
2
3
• t1 3
式中：
x/r —— 颈部生长速率；x —— 颈部半径； r —— 颗粒半径；γ —— 颗粒表面能； M —— 相对分子量；P0 —— 球形颗粒表面蒸气压； R —— 气体常数；T —— 温度； t —— 时间
3、影响因素 r、P0、t、T
T↑，P0↑↑， x/r↑↑。
4、蒸发-凝聚传质的特点
1）坯体不发生收缩。烧结时颈部区域扩大，球的形状改变 为椭圆，气孔形状改变，但球与球之间的中心矩不变。 2）坯体密度不变。气孔形状的变化对坯体一些宏观性质有 可观的影响，但不影响坯体密度。 3）物质需加热到可以产生足够蒸气压的温度。
（二）扩散传质
气流研磨的两个基本准则： 1.动能准则：
提高粉末颗粒的动能 2.碰撞几率准则：
提高粉末颗粒的有效碰撞几率 由于粉末颗粒的动能是从气流中获得的，因此
必须提高载流气体的速度。
夹带粉料的高 压气体通过拉 瓦尔型喷嘴后， 气体压力机具 下降。
高压气体压力下降后： 加速效应：气体可超过音速 冷却效应：气粉混和物的温度降到零度以下
系在烧结温度下常有液相出现，<45%。
2）非常规烧结（特种烧结） 反应烧结 等静压烧结 热压烧结 活化烧结 电火花烧结 微波烧结
三、烧结机理
(一) 颗粒的粘附作用（烧结中期） (二) 物质的传递（烧结中后期）
(一) 颗粒的粘附作用
例1：
把两根新拉制的玻璃纤维相互叠放在 一起，然后沿纤维长度方向轻轻地相互 拉过，即可发现其运动是粘滞的，两根 玻璃纤维会互相粘附一段时间，直到玻 璃纤维弯曲时才被拉开，这说明两根玻 璃粘附纤力维的在大小接直触接处取决产于生物了质的粘表附面作能用和接。触面积，
粉末冶金发展史
粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方 法实质上采用的就是粉末冶金方法。
现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志：
1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。1909年制造 电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬 质合金的出现被誉为机械加工中的革命。
2、三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基 机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削 的优点。
a.球形
b.钝角形
c.杆状或尖角形
d.不规则形
e.多边形或立方体
f.海绵形
b．粒度及粒度分布 粉末粒度是指颗粒的大小，可用当量直径 表示。对粉末体而言，粒度是指颗粒的平均大小。 粒度大小直接影响制品的性能，如硬质合金、陶瓷材料等，要 求粒度越细越好。 而对常用的粉末冶金制品生产，不仅要测定粉末体平均颗粒的 大小，更重要的是测定大小不同的颗粒的含量，简称为粒度分 布。 粉末的粒度分布对成形、烧结有一定的影响。如粉末粒度分布 得当，粉末颗粒间的孔隙就小，成形密度高，烧结容易进行。
用粉末冶金法制造机械零件与仪表零件的经济效益对比
第一节 粉末的制取
烧结制品基本工艺流程包括： 粉末制备、压制成形、烧结 粉末制备： 机械法
物理法 化学法
高质量的原料粉末，应该具备粒度分布范围合理、平均粒 径小、颗粒外形圆整、颗粒聚集和抱团倾向小，凝聚强度 低、化学纯度和化学组成均匀性易于控制等特性。
（3）化学成分 粉末的化学成分应包括主要金属 或合金组元的含量及杂质的含量。
粉末的杂质对后续工艺过程及最终制品质量都会 有较显著的影响。因而必须严格控制。如铁粉要 求酸不溶物在0.2%以下，氢还原减重在0.2%以下。
粉末混合
粉末混合是指将两种或两种以上组份的粉末混合 均匀的过程。混合的质量不仅影响成形过程和压 坯质量，而且会严重影响烧结过程的进行和最终 制品的质量。
烧结是是将坯体在适当的气氛条件下，加热到低于其 中基本成分的熔点的温度，保温适当时间，然后以一 定的方法和速度冷却到室温的过程。
烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度 增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从 而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。烧结体 强度大，密度大。
二.烧结过程
1）烧结时间t
x
t
1 3
r
例如：氯化钠球的烧结实验
对蒸发-凝聚传质，延长时间对烧结影响不大
2）压力影响 P0
对于硅酸盐材料蒸气压低，其影响一般较小 例如：Al2O3，在1200℃时，P ＝ 10-41Pa
3）颗粒半径 r 的影响
当 r↓↓，x/r↑↑.一般烧结 r ＝10μm左右。 4）温度 T 的影响
粉体成形与烧结
简介
粉体→成形→烧结→零件制品
制粉
粉末物料 在压模中 加压成形， 得到一定 形状和尺 寸的压坯
压坯在一 定的温度 下加热烧 结，使制 品获得最 终的物理 力学性能。
材料分类：
按化学组成（或基本组成）分类： 1. 金属材料—粉末冶金 2. 无机非金属材料
玻璃，陶瓷，水泥，耐火材料 3. 高分子材料（聚合物） 4. 复合材料
热力学认为，由于 表面张应力的存在， 使空位的生成能减 小。故在张应力区 存在着过剩的空位， 其数量与该微区的 曲率和表面张力成 正比。
2.3.烧结分类
1）常规烧结（是否出现液 相）固相烧结：在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 液相烧结：有液相参与下的烧结，如多组分物
2.工具材料是粉末冶金工业另一类重要产品，
其中特别重要的是硬质合金。
目前制造业的发展朝着3A方向，即敏捷性（Agility）、 适应性（Adaptivity）和可预测性（Anticipativity）。
3.信息行业的发展也为粉末冶金工业提供了 新的契机。
日本电子行业用的粉末冶金产品中热沉材料占 23%，发光与点极材料占30%。
三.化学沉积法
电化学法 化学还原法
化学还原法
典型还原制粉的类型：
电化学法
电化学反应
阳极反应：
Cu 2e Cu2
阴极反应：
Cu 2 2e Cu(粉末)
粉末性能
粉末的性能对其成形和烧结过程，及制品的性能都有重大 影响，因而对粉末的性能必须加以了解。粉末的性能可分 为物理性能、化学性能和工艺性能。
物理性能有颗粒形状、粒度及粒度组成、密度、硬度、加 工硬化性、塑性变形能力以及显微组织等；
化学性能有化学成分；工艺性能有粉末的松装密度、流动 性和压制性等。通常用下述几个主要性能来评价粉末的性 能。
1）颗粒形状、粒度及粒度组成
a．颗粒形状 颗粒形状是决定粉末工艺性能的主要因素。 用不同方法制造的粉末形状不同，
混合主要分为机械法和化学法两种。其中广泛应 用的是机械法。机械法又分为干混和湿混。
烧结
一.烧结概述 二.烧结过程 三.烧结机理 四.晶粒生长与二次再结晶 五.影响烧结的因素
一.烧结概述
烧结的目的：是把粉状材料转变为致密体。
6/1
12/2
a)烧结前
b)烧结后 铁粉烧结的SEM照片
烧结概念
球磨制粉的两个基本准则： 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 行星式 振动式 搅动式
球磨效率有限
球磨制粉的两个基 本准则： 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
b.气流研磨
气流研磨是通过气体传输粉料的一种研磨方法。 研磨腔内是气体与粉末的混合体。
一.机械法
机械法制取粉末是将原材料机械地粉碎，而化学 成分基本不发生变化的工艺过程。
机械法分为机械破碎法与气流研磨。
a.机械粉碎法
机械粉碎是靠压碎、击碎和磨削等作用，将块状金属、合 金或化合物机械地粉碎成粉末。依据物料粉碎的最终程度， 可以分为粗碎和细碎（研磨）两类。
球磨制粉
球磨制粉包括四个基本要素： 球磨桶 磨球 研磨物料 研磨介质
粉体工程涉及的领域：
矿物晶体
➢陶瓷材料：氧化铝、氧化锆陶瓷 ➢冶金工业：粉末冶金材料、耐火材料 ➢电子材料：集成电路基板 ➢机械工业：硬质刀具
氧化铝陶瓷 高导热性BeO陶瓷
航 天 飞 机
东风21洲际导弹－ 两级固体推进
铁基粉末冶金制品 双面孔Al2O3基板
高温电路基板
金属粉末和粉末冶金材料、制品的应用
1、颈部应力分析
应力分布： 无应力区：球体内部 压应力区：量球接触的中
心部位的σ2 张应力区：颈部的σρ
颈表面张应力区空位浓度大于晶体内部； 受压应力的颗粒接触中心空位浓度最低。
由晶界（接触点）向颈部扩散比晶体内部向颈部扩散能力强。
（2）松装密度、流动性和压制性
a．松装密度 松装密度亦称松装比，是指单位容 积自由松装粉末的质量，常用g/cm3表示。松装 密度用粉末流动仪进行测量。
b．流动性 粉末流动性是指单位质量的粉末自由 下落到流完的时间，常用s/50g表示。流动性也 用粉末流动仪进行测量。
c．压制性 粉末压制性包括压缩性和成形性。粉 末压缩性是指粉末在压制过程中的压缩能力。粉 末的成形性主要与颗粒形状、粒度及粒度组成等 物理性质有关。
度提高。
Fra Baidu bibliotek 2.3.烧结推动力
1.表面能的降低：烧结是一个自发 的不可逆过程，减小表面积，使系 统表面能降低是推动烧结进行的基 本动力。
作用于烧结颈的应力：
66//11
1122//22
2.破碎制粉过程中，颗粒内部产生了大量的各种 晶格缺陷，他们储藏的能量，也成为烧结的推动 力。
3.空位差：按照近代缺陷理论，物质扩散是由空 位浓度梯度造成化学位的差别引起的。
粉末冶金制品应用
1.汽车行业仍然是粉末冶金工业发展的最大动力
和最大用户。
2006年北美平均每辆汽车粉末冶金零件用量最高，为 19.5公斤，欧洲平均为9公斤，日本平均为8公斤，中国 3.97公斤。 粉末冶金铁基零件在汽车上主要应用于发动 机、传送系统、ABS系统、点火装置，汽车尾气过滤多孔 材料等。
液相
溶解-沉淀传质 C f
烧结
它们都是以表面张力作为动力的。
（一）蒸发-凝聚传质
1、概念
固体颗粒表面的曲率不同，高温时在系统 的不同部位有不同的蒸气压，质点通过蒸发， 再凝聚实现质点的迁移，促进烧结。
模型
2、颈部生长速率关系式
根据开尔文公式、朗格缪尔公式，可以推导出球形颗粒 接触面积颈部生长速率关系式：
故粉状物料间的粘附作用特别显著。
例2：水膜
因此，粘附作用是烧结初始阶段，导致粉体颗粒间产 生键合、靠拢和重排，并开始形成接触区的一个原因。
（二）、物质的传递——传质过程
气相传质 —— 蒸发-凝聚传质 P 固
扩散传质 C
相 烧
流动传质 塑性流动
f
dv
dx
结
粘性流动
F dv
S dx
雾化机理
雾化 聚并 凝固
超声波冲击
（2）物理蒸发凝聚法
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。
制备超微金属粉。 冷凝室内要通入惰性气体（冷却，防止氧化）。 缺点：效率低
优点：制备的粉体颗粒细小（2nm）
按照输入能量的方式，物理蒸发冷凝法可 以分为：
二.物理制粉法
雾化法和蒸发凝聚法
(1).雾化法
雾化法是一种典型的物理制粉方法 将熔化的金属液体通过小孔缓慢下流，用高压气
体（如压缩空气）或液体（如水）喷射，通过机 械力与急冷作用使金属熔液雾化。结果获得颗粒 大小不同的金属粉末。 根据雾化介质的不同： 水雾化和气雾化
增大气（液）体压力，能够增加气（液）体的喷 射速度，因而有利于金属液体雾化率的提高。
2.1. 温度对烧结体性能的影响
首先从烧结体的宏观性质随温度的变化上来认识烧结过程。
➢ 泰曼指出，烧结温度Ts与其熔点Tm之间关 系的一般规律：
金属粉末Ts≈（0.7—0.8）Tm 无机盐类Ts≈0.57Tm 硅酸盐类Ts≈（0.8—0.9）Tm
2.2. 烧结过程的模型示意图
粉状成型体的烧结过程示意图
在此阶段主要发生金属的
烧结初期
回复及吸附气体和水分的
烧
挥发，压坯内成形剂的分
结
解和排除等。
过
程
此阶段开始出现再结晶，在颗
的
烧结中期
粒内，变形的晶粒得以恢复， 改组为新晶粒，同时表面的氧
三
化物被还原，颗粒界面形成烧
个
结颈。
阶
段
传质继续进行，粒子长大，
烧结后期
气孔变成孤立闭气孔，密
度达到95%以上，制品强
x r
3 M 2 3P0
2R3 2T 3 2d 2
1
3
r
2
3
• t1 3
式中：
x/r —— 颈部生长速率；x —— 颈部半径； r —— 颗粒半径；γ —— 颗粒表面能； M —— 相对分子量；P0 —— 球形颗粒表面蒸气压； R —— 气体常数；T —— 温度； t —— 时间
3、影响因素 r、P0、t、T
T↑，P0↑↑， x/r↑↑。
4、蒸发-凝聚传质的特点
1）坯体不发生收缩。烧结时颈部区域扩大，球的形状改变 为椭圆，气孔形状改变，但球与球之间的中心矩不变。 2）坯体密度不变。气孔形状的变化对坯体一些宏观性质有 可观的影响，但不影响坯体密度。 3）物质需加热到可以产生足够蒸气压的温度。
（二）扩散传质
气流研磨的两个基本准则： 1.动能准则：
提高粉末颗粒的动能 2.碰撞几率准则：
提高粉末颗粒的有效碰撞几率 由于粉末颗粒的动能是从气流中获得的，因此
必须提高载流气体的速度。
夹带粉料的高 压气体通过拉 瓦尔型喷嘴后， 气体压力机具 下降。
高压气体压力下降后： 加速效应：气体可超过音速 冷却效应：气粉混和物的温度降到零度以下
系在烧结温度下常有液相出现，<45%。
2）非常规烧结（特种烧结） 反应烧结 等静压烧结 热压烧结 活化烧结 电火花烧结 微波烧结
三、烧结机理
(一) 颗粒的粘附作用（烧结中期） (二) 物质的传递（烧结中后期）
(一) 颗粒的粘附作用
例1：
把两根新拉制的玻璃纤维相互叠放在 一起，然后沿纤维长度方向轻轻地相互 拉过，即可发现其运动是粘滞的，两根 玻璃纤维会互相粘附一段时间，直到玻 璃纤维弯曲时才被拉开，这说明两根玻 璃粘附纤力维的在大小接直触接处取决产于生物了质的粘表附面作能用和接。触面积，
粉末冶金发展史
粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方 法实质上采用的就是粉末冶金方法。
现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志：
1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。1909年制造 电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬 质合金的出现被誉为机械加工中的革命。
2、三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基 机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削 的优点。
a.球形
b.钝角形
c.杆状或尖角形
d.不规则形
e.多边形或立方体
f.海绵形
b．粒度及粒度分布 粉末粒度是指颗粒的大小，可用当量直径 表示。对粉末体而言，粒度是指颗粒的平均大小。 粒度大小直接影响制品的性能，如硬质合金、陶瓷材料等，要 求粒度越细越好。 而对常用的粉末冶金制品生产，不仅要测定粉末体平均颗粒的 大小，更重要的是测定大小不同的颗粒的含量，简称为粒度分 布。 粉末的粒度分布对成形、烧结有一定的影响。如粉末粒度分布 得当，粉末颗粒间的孔隙就小，成形密度高，烧结容易进行。
用粉末冶金法制造机械零件与仪表零件的经济效益对比
第一节 粉末的制取
烧结制品基本工艺流程包括： 粉末制备、压制成形、烧结 粉末制备： 机械法
物理法 化学法
高质量的原料粉末，应该具备粒度分布范围合理、平均粒 径小、颗粒外形圆整、颗粒聚集和抱团倾向小，凝聚强度 低、化学纯度和化学组成均匀性易于控制等特性。
（3）化学成分 粉末的化学成分应包括主要金属 或合金组元的含量及杂质的含量。
粉末的杂质对后续工艺过程及最终制品质量都会 有较显著的影响。因而必须严格控制。如铁粉要 求酸不溶物在0.2%以下，氢还原减重在0.2%以下。
粉末混合
粉末混合是指将两种或两种以上组份的粉末混合 均匀的过程。混合的质量不仅影响成形过程和压 坯质量，而且会严重影响烧结过程的进行和最终 制品的质量。
烧结是是将坯体在适当的气氛条件下，加热到低于其 中基本成分的熔点的温度，保温适当时间，然后以一 定的方法和速度冷却到室温的过程。
烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度 增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从 而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。烧结体 强度大，密度大。
二.烧结过程
1）烧结时间t
x
t
1 3
r
例如：氯化钠球的烧结实验
对蒸发-凝聚传质，延长时间对烧结影响不大
2）压力影响 P0
对于硅酸盐材料蒸气压低，其影响一般较小 例如：Al2O3，在1200℃时，P ＝ 10-41Pa
3）颗粒半径 r 的影响
当 r↓↓，x/r↑↑.一般烧结 r ＝10μm左右。 4）温度 T 的影响
粉体成形与烧结
简介
粉体→成形→烧结→零件制品
制粉
粉末物料 在压模中 加压成形， 得到一定 形状和尺 寸的压坯
压坯在一 定的温度 下加热烧 结，使制 品获得最 终的物理 力学性能。
材料分类：
按化学组成（或基本组成）分类： 1. 金属材料—粉末冶金 2. 无机非金属材料
玻璃，陶瓷，水泥，耐火材料 3. 高分子材料（聚合物） 4. 复合材料
热力学认为，由于 表面张应力的存在， 使空位的生成能减 小。故在张应力区 存在着过剩的空位， 其数量与该微区的 曲率和表面张力成 正比。
2.3.烧结分类
1）常规烧结（是否出现液 相）固相烧结：在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 液相烧结：有液相参与下的烧结，如多组分物
2.工具材料是粉末冶金工业另一类重要产品，
其中特别重要的是硬质合金。
目前制造业的发展朝着3A方向，即敏捷性（Agility）、 适应性（Adaptivity）和可预测性（Anticipativity）。
3.信息行业的发展也为粉末冶金工业提供了 新的契机。
日本电子行业用的粉末冶金产品中热沉材料占 23%，发光与点极材料占30%。
三.化学沉积法
电化学法 化学还原法
化学还原法
典型还原制粉的类型：
电化学法
电化学反应
阳极反应：
Cu 2e Cu2
阴极反应：
Cu 2 2e Cu(粉末)
粉末性能
粉末的性能对其成形和烧结过程，及制品的性能都有重大 影响，因而对粉末的性能必须加以了解。粉末的性能可分 为物理性能、化学性能和工艺性能。
物理性能有颗粒形状、粒度及粒度组成、密度、硬度、加 工硬化性、塑性变形能力以及显微组织等；
化学性能有化学成分；工艺性能有粉末的松装密度、流动 性和压制性等。通常用下述几个主要性能来评价粉末的性 能。
1）颗粒形状、粒度及粒度组成
a．颗粒形状 颗粒形状是决定粉末工艺性能的主要因素。 用不同方法制造的粉末形状不同，
混合主要分为机械法和化学法两种。其中广泛应 用的是机械法。机械法又分为干混和湿混。
烧结
一.烧结概述 二.烧结过程 三.烧结机理 四.晶粒生长与二次再结晶 五.影响烧结的因素
一.烧结概述
烧结的目的：是把粉状材料转变为致密体。
6/1
12/2
a)烧结前
b)烧结后 铁粉烧结的SEM照片
烧结概念
球磨制粉的两个基本准则： 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 行星式 振动式 搅动式
球磨效率有限
球磨制粉的两个基 本准则： 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
b.气流研磨
气流研磨是通过气体传输粉料的一种研磨方法。 研磨腔内是气体与粉末的混合体。
一.机械法
机械法制取粉末是将原材料机械地粉碎，而化学 成分基本不发生变化的工艺过程。
机械法分为机械破碎法与气流研磨。
a.机械粉碎法
机械粉碎是靠压碎、击碎和磨削等作用，将块状金属、合 金或化合物机械地粉碎成粉末。依据物料粉碎的最终程度， 可以分为粗碎和细碎（研磨）两类。
球磨制粉
球磨制粉包括四个基本要素： 球磨桶 磨球 研磨物料 研磨介质
粉体工程涉及的领域：
矿物晶体
➢陶瓷材料：氧化铝、氧化锆陶瓷 ➢冶金工业：粉末冶金材料、耐火材料 ➢电子材料：集成电路基板 ➢机械工业：硬质刀具
氧化铝陶瓷 高导热性BeO陶瓷
航 天 飞 机
东风21洲际导弹－ 两级固体推进
铁基粉末冶金制品 双面孔Al2O3基板
高温电路基板
金属粉末和粉末冶金材料、制品的应用
1、颈部应力分析
应力分布： 无应力区：球体内部 压应力区：量球接触的中
心部位的σ2 张应力区：颈部的σρ
颈表面张应力区空位浓度大于晶体内部； 受压应力的颗粒接触中心空位浓度最低。
由晶界（接触点）向颈部扩散比晶体内部向颈部扩散能力强。
（2）松装密度、流动性和压制性
a．松装密度 松装密度亦称松装比，是指单位容 积自由松装粉末的质量，常用g/cm3表示。松装 密度用粉末流动仪进行测量。
b．流动性 粉末流动性是指单位质量的粉末自由 下落到流完的时间，常用s/50g表示。流动性也 用粉末流动仪进行测量。
c．压制性 粉末压制性包括压缩性和成形性。粉 末压缩性是指粉末在压制过程中的压缩能力。粉 末的成形性主要与颗粒形状、粒度及粒度组成等 物理性质有关。
度提高。
Fra Baidu bibliotek 2.3.烧结推动力
1.表面能的降低：烧结是一个自发 的不可逆过程，减小表面积，使系 统表面能降低是推动烧结进行的基 本动力。
作用于烧结颈的应力：
66//11
1122//22
2.破碎制粉过程中，颗粒内部产生了大量的各种 晶格缺陷，他们储藏的能量，也成为烧结的推动 力。
3.空位差：按照近代缺陷理论，物质扩散是由空 位浓度梯度造成化学位的差别引起的。