粉末冶金及陶瓷成形课件.ppt

材料工艺基础材料工艺基础第五章 粉末冶金及陶瓷成形材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）26.1 粉末冶金概述粉末冶金概述粉末冶金是一种制取金属粉末以及用金属或合金（或金属粉末冶金是一种制取金属粉末以及用金属或合金（或金属粉末与非金属粉末的混合物）粉末作为原料，经过成形和粉末与非金属粉末的混合物）粉末作为原料，经过成形和烧结获得零件制品的工艺过程。烧结获得零件制品的工艺过程。u可生产出用普通熔炼法不能或很难生产的特殊材料；可生产出用普通熔炼法不能或很难生产的特殊材料；u粉末冶金制品的尺寸精度高；粉末冶金制品的尺寸精度高；u制品材料纯度高、成分配比准确而均匀；制品材料纯度高、成分配比准确而均匀；u适合生产批量大的产品，可实现自动化批量生产；适合生产批量大的产品，可实现自动化批量生产；u不足：粉末成本较高、制品大小和形状受限制、烧结零不足：粉末成本较高、制品大小和形状受限制、烧结零件韧性较差等件韧性较差等材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）3汽摩配件汽摩配件气门、导管类气门、导管类油泵齿轮转子油泵齿轮转子缝纫机部件缝纫机部件材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）4粉末冶金基本工艺粉末冶金基本工艺p粉末的制备与处理：粉末的制备与处理：机械法和物理化学法机械法和物理化学法p原料混合：原料混合：不同粒度粉末混合不同粒度粉末混合o粉末成形：粉末成形：加压成形和无压成形加压成形和无压成形o坯块烧结：坯块烧结：施加外力或不施加外力施加外力或不施加外力o产品的后处理：产品的后处理：精整、浸油、机加工、热处理和精整、浸油、机加工、热处理和表面处理等表面处理等材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）5粉末冶金制品在各工业部门的应用粉末冶金制品在各工业部门的应用应用部门应用部门金属粉末和粉末冶金材料与制品应用举例金属粉末和粉末冶金材料与制品应用举例采矿采矿机械加工机械加工汽车制造汽车制造造船造船电机制造电机制造精密仪器精密仪器电器电子工业电器电子工业计算机工业计算机工业石油化工石油化工国防工业国防工业航空工业航空工业航天与火箭航天与火箭原子能工业原子能工业硬质合金，金刚石硬质合金，金刚石-金属组合材料金属组合材料硬质合金，陶瓷刀具，粉末高速钢硬质合金，陶瓷刀具，粉末高速钢机械零件，摩擦材料，含油轴承，过滤器机械零件，摩擦材料，含油轴承，过滤器摩擦材料，油漆用铝粉摩擦材料，油漆用铝粉含油轴承，铜含油轴承，铜-石墨电刷石墨电刷仪表零件，软磁材料，硬磁材料仪表零件，软磁材料，硬磁材料电触头材料，电真空电极材料，磁性材料电触头材料，电真空电极材料，磁性材料记忆元件记忆元件过滤器，防腐零件，催化剂过滤器，防腐零件，催化剂穿甲弹头，炮弹箍，军械零件穿甲弹头，炮弹箍，军械零件刹车片，过滤器，防冻多孔材料，粉末超合金刹车片，过滤器，防冻多孔材料，粉末超合金发汗材料，难熔金属与合金，纤维强化材料发汗材料，难熔金属与合金，纤维强化材料核燃料元件，反应堆结构材料，控制材料核燃料元件，反应堆结构材料，控制材料材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）66.2 粉末的制备粉末的制备生产方法生产方法简要说明简要说明应用举例应用举例机机械械法法固体固体粉碎粉碎球磨球磨利用磨球的撞击、磨削使金属或合金利用磨球的撞击、磨削使金属或合金粉碎成粉末粉碎成粉末Sb,Cr,Mn,Fe-Cr合金合金研磨研磨利用气流或液流带动物料颗粒相互碰利用气流或液流带动物料颗粒相互碰撞，摩擦成粉末撞，摩擦成粉末Fe,Al,Fe-Ni合金合金液体液体粉碎粉碎雾化雾化法法利用高压气体、高压液体或高速旋转的叶利用高压气体、高压液体或高速旋转的叶片，将熔融的金属或合金打散成雾状液滴，片，将熔融的金属或合金打散成雾状液滴，冷却后成粉末冷却后成粉末Cu,Pb,Sn,Cu-Sn合金合金,Cu-Zn合金合金物物理理化化学学法法还原法还原法用还原剂还原金属氧化物或盐类用还原剂还原金属氧化物或盐类Fe,W,Mo,Nb,W-Re合金合金电解法电解法:同同电镀原理电镀原理在溶液或熔盐中控制通入直流电流密度，在溶液或熔盐中控制通入直流电流密度，使金属离子重获外层电子，形成粉末使金属离子重获外层电子，形成粉末Fe,Ni,Ta-Nb合金合金化学置换法化学置换法用活性大的金属置换活性小的金属用活性大的金属置换活性小的金属Cu,Ag,Au材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）7 粉末特性粉末特性o粉末颗粒形状与粒度粉末颗粒形状与粒度o粉末密度粉末密度:松装密度，振实密度松装密度，振实密度o粉末的流动性与压制性：粉末的流动性与压制性：种类、粒度及分布、形状有关种类、粒度及分布、形状有关颗粒形状颗粒形状粉末生产方法粉末生产方法颗粒形状颗粒形状粉末生产方法粉末生产方法球形球形近球形近球形多角形多角形片状片状气相沉积，液相沉积气相沉积，液相沉积气体雾化，置换气体雾化，置换(溶液溶液)机械粉碎机械粉碎塑性金属机械研磨塑性金属机械研磨树枝状树枝状不规则形不规则形多孔海绵状多孔海绵状碟形碟形水溶液电解水溶液电解水雾化，机械粉碎，化学沉积水雾化，机械粉碎，化学沉积金属氧化物还原金属氧化物还原金属漩涡研磨金属漩涡研磨粉末颗粒形状与生产方法的关系粉末颗粒形状与生产方法的关系材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）86.3 粉末成形粉末成形为了获得合格的粉末冶金制品，在粉末成形前要进行相为了获得合格的粉末冶金制品，在粉末成形前要进行相应的物料准备。包括粉末退火、筛分、混合、制粒、加应的物料准备。包括粉末退火、筛分、混合、制粒、加成形剂和润滑剂等。粉末成形方法主要有以下几种：成形剂和润滑剂等。粉末成形方法主要有以下几种：o 压制（模压）成形o 等静压成形o 注射成形o 粉末轧制成形o 爆炸成形o 粉浆浇注成形材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）96.3.1 粉末压制（模压）成形粉末压制（模压）成形粉末料在钢制模具中经单轴向压制而成为一定形状成形体（压坯）的过程2134在压制过程中，由于粉末与粉末之在压制过程中，由于粉末与粉末之间、粉末与模壁之间存在摩擦力，间、粉末与模壁之间存在摩擦力，使得粉末在压模内各个部位受到的使得粉末在压模内各个部位受到的压力是不均匀的，因此压坯各部分压力是不均匀的，因此压坯各部分的致密程度也是不一样的。的致密程度也是不一样的。压制成形的过程压制成形的过程1 1阴模；阴模；2 2上模冲；上模冲；3 3下模冲；下模冲；4-4-粉体粉体材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）10压制成形工艺压制成形工艺材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）11压制成形影响因素压制成形影响因素o粉体性能的影响o润滑剂和塑化剂的影响o工艺参数的影响加压速度的影响加压速度的影响保压时间和卸压速度保压时间和卸压速度o加压方式的影响振动压制振动压制磁场压制磁场压制材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）126.3.2 粉末等静压成形粉末等静压成形将待压试样置于高压容器中，利用将待压试样置于高压容器中，利用液体介质不可压缩的性质和均匀传液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压的一种成形方法。行均匀加压的一种成形方法。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）13粉末等静压成形工艺粉末等静压成形工艺材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）146.3.3 粉末注射成形粉末注射成形将固体粉末与有机黏结剂均匀混合并制成粒状喂料，将固体粉末与有机黏结剂均匀混合并制成粒状喂料，在加热状态下用注射成形机注入模腔内冷凝成形，在加热状态下用注射成形机注入模腔内冷凝成形，然后用化学溶解或热分解的方法将成形坯中的黏结然后用化学溶解或热分解的方法将成形坯中的黏结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。适用：Fe合金，Fe-Ni合金，不锈钢，W合金，Ti合金，Si-Fe合金，硬质合金，永磁合金等材料材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）156.3.4 粉末轧制成形粉末轧制成形金属粉末由供料装置不断送入金属粉末由供料装置不断送入转动方向相反且处于同一平面转动方向相反且处于同一平面的两个轧辊之间的缝隙，通过的两个轧辊之间的缝隙，通过轧辊的压力将其压实程连续的轧辊的压力将其压实程连续的坯材。坯材的截面形状由轧辊坯材。坯材的截面形状由轧辊决定，坯材再经过烧结和后续决定，坯材再经过烧结和后续轧制及热处理，以进一步提高轧制及热处理，以进一步提高密度并消除应力，从而获得足密度并消除应力，从而获得足够的强度和塑性。够的强度和塑性。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）16粉末轧制成形工艺粉末轧制成形工艺材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）17粉末轧制成形工艺粉末轧制成形工艺材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）18粉末轧制成形影响因素粉末轧制成形影响因素o粉末性能的影响粉末松装密度粉末松装密度粉末的流动性粉末的流动性粉末的压实性能和成形性能粉末的压实性能和成形性能o工艺参数和工艺条件的影响轧辊直径的影响轧辊直径的影响轧辊缝隙的影响轧辊缝隙的影响轧辊表面状态的影响轧辊表面状态的影响轧制速度的影响轧制速度的影响供料厚度的影响供料厚度的影响带坯宽度的影响带坯宽度的影响材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）196.4 烧结烧结高温烧结是粉末坯块高温烧结是粉末坯块强化强化和和致密化致密化的过程。的过程。可分为三个过程：可分为三个过程：1 1）粘结阶段粘结阶段：颗粒间的原始接触点或面转变为晶体结合，即经：颗粒间的原始接触点或面转变为晶体结合，即经过生核，长大过程形成烧结颈。该阶段粉末颗粒内部的晶粒不发过生核，长大过程形成烧结颈。该阶段粉末颗粒内部的晶粒不发生变化，外形也不变化，整个烧结体不发生收缩，密度微变化。生变化，外形也不变化，整个烧结体不发生收缩，密度微变化。2 2）烧结颈长大阶段烧结颈长大阶段：原子向颗粒结合面大量迁移，使烧结颈扩：原子向颗粒结合面大量迁移，使烧结颈扩大，颗粒间距离缩小，同时晶粒长大，晶界越过孔隙移动，使孔大，颗粒间距离缩小，同时晶粒长大，晶界越过孔隙移动，使孔隙大量消失。该阶段烧结体收缩，密度和强度增加。隙大量消失。该阶段烧结体收缩，密度和强度增加。3 3）闭孔隙球化和缩小阶段闭孔隙球化和缩小阶段：闭孔数量增加，孔隙形状逐渐球化。：闭孔数量增加，孔隙形状逐渐球化。该阶段烧结体缓慢收缩，但主要是小孔消失和孔隙数量减少。该该阶段烧结体缓慢收缩，但主要是小孔消失和孔隙数量减少。该阶段连续很长时间，可能残留少量孔隙。阶段连续很长时间，可能残留少量孔隙。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）20烧结原理烧结原理发生上述过程的根本原因是粉末烧结过程系统自由能的降低发生上述过程的根本原因是粉末烧结过程系统自由能的降低。包括以下几个方面包括以下几个方面:1 1）颗粒结合面的增大和颗粒的平直化，粉末体的总面积和）颗粒结合面的增大和颗粒的平直化，粉末体的总面积和总的表面自由能减少。总的表面自由能减少。2 2）在粉末坯块高温烧结过程中，烧结体内会发生孔隙总体）在粉末坯块高温烧结过程中，烧结体内会发生孔隙总体积和总面积的减少。积和总面积的减少。3 3）粉末颗粒内晶格畸变的消除。）粉末颗粒内晶格畸变的消除。粉末烧结过程必须在真空或保护气氛的烧结炉内进行。粉末烧结过程必须在真空或保护气氛的烧结炉内进行。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）21作业作业:简述粉末烧结的致密化过程，分析烧结过程的推简述粉末烧结的致密化过程，分析烧结过程的推动力。动力。双号双号材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）22粉末烧结过程粉末烧结过程单相烧结单相烧结单相烧结是指纯金属或化合物在其熔点以下烧结，在烧结单相烧结是指纯金属或化合物在其熔点以下烧结，在烧结过程中不发生相变，不产生新的组元或新相，因此在各种过程中不发生相变，不产生新的组元或新相，因此在各种烧结过程中，单相烧结是最简单和最基本的烧结过程。烧结过程中，单相烧结是最简单和最基本的烧结过程。1.1.烧结温度与烧结时间对烧结过程的影响烧结温度与烧结时间对烧结过程的影响 单相烧结的物质迁移方式主要是扩散和流动，所以烧单相烧结的物质迁移方式主要是扩散和流动，所以烧结过程与烧结温度和时间的关系极为密切。无论是扩散还结过程与烧结温度和时间的关系极为密切。无论是扩散还是流动，当温度升高后烧结过程都加速进行。实际生产中是流动，当温度升高后烧结过程都加速进行。实际生产中烧结温度一般为组元熔点（绝对温度）的烧结温度一般为组元熔点（绝对温度）的0.8左右。左右。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）23粉末烧结过程粉末烧结过程通常把单相烧结划分为三个温度阶段（通常把单相烧结划分为三个温度阶段（Tm绝对温度熔点）：绝对温度熔点）：1)低温烧结阶段（低温烧结阶段（T 0.25Tm)该阶段主要是变形粉末颗粒的恢复，吸附的气体和水分的挥发，该阶段主要是变形粉末颗粒的恢复，吸附的气体和水分的挥发，坯块中成形剂和润滑剂的分解和排除。由于恢复过程中消除了压制时坯块中成形剂和润滑剂的分解和排除。由于恢复过程中消除了压制时的残余弹性应力，粉末颗粒间的接触相对减少，加之挥发物的排除，的残余弹性应力，粉末颗粒间的接触相对减少，加之挥发物的排除，所以在这个阶段压坯的体积收缩不明显，坯块的密度基本不变。所以在这个阶段压坯的体积收缩不明显，坯块的密度基本不变。2)中温烧结阶段中温烧结阶段(0.4Tm-0.55Tm）在这个阶段开始出现再结晶。在颗粒内，变形的晶粒得以恢复，在这个阶段开始出现再结晶。在颗粒内，变形的晶粒得以恢复，改组为新晶粒。颗粒表面形成烧结颈。改组为新晶粒。颗粒表面形成烧结颈。3)高温烧结阶段高温烧结阶段(0.5Tm-0.85Tm)该阶段是烧结过程的最终阶段。在这个阶段扩散和流动充分进行，该阶段是烧结过程的最终阶段。在这个阶段扩散和流动充分进行，形成大量闭孔，并不断缩小，使得孔隙尺寸和孔隙均有所减少。烧结形成大量闭孔，并不断缩小，使得孔隙尺寸和孔隙均有所减少。烧结体的密度明显增加。体的密度明显增加。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）24粉末烧结过程粉末烧结过程烧结温度和时间对烧结体性能的影响烧结温度和时间对烧结体性能的影响材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）25粉末烧结过程粉末烧结过程2.烧结密度与尺寸的变化烧结密度与尺寸的变化 在烧结过程中，多数情况下压制的烧结件尺寸是收在烧结过程中，多数情况下压制的烧结件尺寸是收缩的，但由于某些原因有时也会膨胀。比如压制压坯时缩的，但由于某些原因有时也会膨胀。比如压制压坯时压力过大、升温速度过快等。所以为了有效地控制烧结压力过大、升温速度过快等。所以为了有效地控制烧结体的尺寸，要从压制压力、粉末的选择、压模设计和烧体的尺寸，要从压制压力、粉末的选择、压模设计和烧结参数的选择等多方面考虑。结参数的选择等多方面考虑。3.烧结过程中的再结晶与晶粒长大烧结过程中的再结晶与晶粒长大 粉末经过压制成形后，粉末颗粒经受了变形加工，粉末经过压制成形后，粉末颗粒经受了变形加工，在烧结时会产生再结晶与晶粒长大现象。在烧结时会产生再结晶与晶粒长大现象。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）26粉末烧结过程粉末烧结过程液相烧结液相烧结 当烧结体系由两个以上熔点不同的组分构成时，如果当烧结体系由两个以上熔点不同的组分构成时，如果烧结温度超过低熔点组分的熔点，则在烧结过程中会有液烧结温度超过低熔点组分的熔点，则在烧结过程中会有液相出现，这种在有液相存在的状态下的烧结被称为液相烧相出现，这种在有液相存在的状态下的烧结被称为液相烧结。液相可以提供快速的物质迁移，而且最终液相将充满结。液相可以提供快速的物质迁移，而且最终液相将充满烧结体内的空隙，由此可以获得密度高、性能好的产品。烧结体内的空隙，由此可以获得密度高、性能好的产品。这是在不加压的情况下，能使粉末压坯达到完全致密，这是在不加压的情况下，能使粉末压坯达到完全致密，最具吸引力的最具吸引力的强化烧结方法强化烧结方法。液相烧结广泛应用于各种烧。液相烧结广泛应用于各种烧结合金零件、电触头材料、硬质合金及金属陶瓷等。结合金零件、电触头材料、硬质合金及金属陶瓷等。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）27粉末烧结过程粉末烧结过程 1.1.液相烧结过程液相烧结过程 液相烧结过程大致可以分为三个界线不十分明显的阶段。液相烧结过程大致可以分为三个界线不十分明显的阶段。1)1)液相流动与颗粒重排阶段液相流动与颗粒重排阶段 因烧结体系中有液相存在，由颗粒间空隙中的液相形成的毛细管力及因烧结体系中有液相存在，由颗粒间空隙中的液相形成的毛细管力及液相本身的粘性流动，使在液相中近乎悬浮状态的固相颗粒发生滑动、旋转、液相本身的粘性流动，使在液相中近乎悬浮状态的固相颗粒发生滑动、旋转、重排，烧结体迅速致密化。重排，烧结体迅速致密化。2)2)固相溶解与再析出固相溶解与再析出 如果固相在液相中可以溶解，细小的粉末和粗大颗粒的凸起及棱角部如果固相在液相中可以溶解，细小的粉末和粗大颗粒的凸起及棱角部分会优先在液相中溶解。由于细小粉末颗粒的溶解度要比粗颗粒大，因此在分会优先在液相中溶解。由于细小粉末颗粒的溶解度要比粗颗粒大，因此在细小颗粒溶解的同时，在粗颗粒表面上有析出，使粗颗粒长大和球形化。细小颗粒溶解的同时，在粗颗粒表面上有析出，使粗颗粒长大和球形化。3)3)固相烧结固相烧结 经过固相颗粒的重排和再析出过程，在固体颗粒表面发生接触时产生经过固相颗粒的重排和再析出过程，在固体颗粒表面发生接触时产生固相烧结。剩余液相则填充于骨架间隙中。固相烧结。剩余液相则填充于骨架间隙中。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）28液相烧结过程液相烧结过程粉末烧结过程粉末烧结过程材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）29粉末烧结过程粉末烧结过程2.液相烧结的条件液相烧结的条件 为使液相烧结能顺利完成，要具备以下条件：为使液相烧结能顺利完成，要具备以下条件：1)液相必须对固相有良好的润湿性液相必须对固相有良好的润湿性2)固相在液相中有一定的溶解度固相在液相中有一定的溶解度 因为固相在液相中有限溶解可以改善润湿性，可以相对增加液因为固相在液相中有限溶解可以改善润湿性，可以相对增加液相数量，还可以借助液相进行物质迁移。溶于液相中的固相部分，相数量，还可以借助液相进行物质迁移。溶于液相中的固相部分，冷却时如能析出，则可填补固相颗粒表面的缺陷和颗粒间隙，增大冷却时如能析出，则可填补固相颗粒表面的缺陷和颗粒间隙，增大固相颗粒分布的均匀性。固相颗粒分布的均匀性。3)合适的液相数量合适的液相数量 液相烧结需要有合适的液相数量，一般是以液相填满颗粒的间液相烧结需要有合适的液相数量，一般是以液相填满颗粒的间隙为限。通常以液相数量占烧结体体积的隙为限。通常以液相数量占烧结体体积的20-50为宜。为保证烧为宜。为保证烧结时的液相数量，希望液相在固相中不溶解或溶解度有限。结时的液相数量，希望液相在固相中不溶解或溶解度有限。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）30粉末烧结过程粉末烧结过程液相烧结举例：液相烧结举例：WC-Co硬质合金硬质合金 材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）31粉末烧结过程粉末烧结过程WC-Co硬质合金中硬质合金中含含Co量根据需要通常为质量分数量根据需要通常为质量分数3-25。WC-Co硬质合金能够进行液相烧结基于硬质合金能够进行液相烧结基于满足以下三个条件：满足以下三个条件：(1)液态液态Co对对WC完全浸润。在完全浸润。在1500和氢气氛下，液态和氢气氛下，液态Co与与WC的润湿角为的润湿角为0，即完全浸润。，即完全浸润。(2)WC在在Co部分溶解。部分溶解。W-Co-C三元相图的三元相图的WC-Co纵截面纵截面(WC含含C质量分数为质量分数为6.1）。）。Co基固溶体中基固溶体中WC的溶解度随温的溶解度随温度提高而增大，在度提高而增大，在1340时达到最大值。在硬质合金中时达到最大值。在硬质合金中WC是过是过量的，所以在温度超过量的，所以在温度超过1340后会出现液相，并且随温度的升后会出现液相，并且随温度的升高，高，WC在液相中的溶解度增加。在液相中的溶解度增加。(3)烧结温度烧结温度(1350-1480）下有液相）下有液相Co存在，而液相存在，而液相Co在在WC中不溶解，使得在保温阶段液相始终存在。中不溶解，使得在保温阶段液相始终存在。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）32粉末烧结过程粉末烧结过程WC-Co硬质合金烧结过程如下：硬质合金烧结过程如下：(1)预热及升温阶段预热及升温阶段 在烧结炉内随炉温的不断升高，压坯也随在烧结炉内随炉温的不断升高，压坯也随之变化。但加热温度大于之变化。但加热温度大于500时，在时，在Co颗粒之间以及颗粒之间以及Co与与W的颗粒之间开始产生烧结现象。随温度进一步升高，烧结加剧。的颗粒之间开始产生烧结现象。随温度进一步升高，烧结加剧。当温度达到当温度达到1000左右，左右，WC开始向开始向Co中迅速扩散，随温度升中迅速扩散，随温度升高高WC的溶解量加大。在达到的溶解量加大。在达到a以前，尚无液相出现。以前，尚无液相出现。(2)达到共晶温度达到共晶温度 在达到共晶温度并少许过热后在达到共晶温度并少许过热后相与相与WC开始开始发生共晶反应，液相开始生成。在充分保温后，固溶体发生共晶反应，液相开始生成。在充分保温后，固溶体可完全可完全进入液相。但因进入液相。但因WC是过量的，因此烧结体内仍有大量的是过量的，因此烧结体内仍有大量的WC固固相存在。相存在。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）33粉末烧结过程粉末烧结过程(3)升温至烧结温度升温至烧结温度 达到共晶温度后继续升温，将有更多的达到共晶温度后继续升温，将有更多的WC溶入到液相中。溶入到液相中。(4)烧结保温烧结保温 在温度刚达到烧结温度的时候，只有保温一定时在温度刚达到烧结温度的时候，只有保温一定时间后，液相成分才达到真正的平衡。继续保温，只发生间后，液相成分才达到真正的平衡。继续保温，只发生WC通通过液相产生溶解与再析出过程，两相的成分与比例维持不变。过液相产生溶解与再析出过程，两相的成分与比例维持不变。(5)冷却冷却 随烧结体温度的下降，随烧结体温度的下降，WC开始由液相中析出，液相开始由液相中析出，液相数量不断减少。降到共晶温度时，液相成分又回到了数量不断减少。降到共晶温度时，液相成分又回到了E点，并点，并开始进行共晶反应，同时析出固溶体开始进行共晶反应，同时析出固溶体与与WC。共晶反应结束后，。共晶反应结束后，固溶体固溶体不断析出二次不断析出二次WC。烧结体的收缩主要产生在液相出现以后，由于液相的流动所引烧结体的收缩主要产生在液相出现以后，由于液相的流动所引起起WC颗粒的重排与溶解和吸收造成烧结体的收缩与致密化。颗粒的重排与溶解和吸收造成烧结体的收缩与致密化。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）34烧结方式烧结方式简要说明简要说明适用范围适用范围按防按防氧化氧化条件条件分类分类填料保护烧结填料保护烧结用碳、氧化铝、石英砂等作用碳、氧化铝、石英砂等作填料，工件埋入烧结填料，工件埋入烧结烧结铁、铜基等制品烧结铁、铜基等制品气氛保护烧结气氛保护烧结工件在用还原性的氢、工件在用还原性的氢、CO、分解氨及高纯氩气等气体保分解氨及高纯氩气等气体保护条件下烧结护条件下烧结铁、铜、不锈钢、硬铁、铜、不锈钢、硬质合金等制品质合金等制品真空烧结真空烧结真空条件下烧结，防止工件真空条件下烧结，防止工件氧化氧化硬质合金、不锈钢、硬质合金、不锈钢、铝、钛等易氧化制品铝、钛等易氧化制品按烧按烧结方结方式分式分类类连续烧结连续烧结依次连续通过加热炉的预热、依次连续通过加热炉的预热、保温带及冷却带，完成烧结保温带及冷却带，完成烧结过程，热利用率及生产率高过程，热利用率及生产率高大批量生产大批量生产间隙烧结间隙烧结随炉升温、保温和降温，完随炉升温、保温和降温，完成烧结过程成烧结过程小批量生产小批量生产半连续烧结半连续烧结工件装入容器中，在热炉中工件装入容器中，在热炉中升温、保温，炉外冷却升温、保温，炉外冷却摩擦片生产摩擦片生产材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）356.5 后处理后处理（I）处理方法处理方法简要说明简要说明适用范围适用范围压压力力加加工工精整精整工件在精整模中受压，校正烧结变形，工件在精整模中受压，校正烧结变形，提高产品精度，减小表面粗糙度提高产品精度，减小表面粗糙度铁、铜基制品铁、铜基制品复压复压工件在复压模中受压，提高精度工件在复压模中受压，提高精度5 20 铁、铜、不锈钢等制铁、铜、不锈钢等制品品精整（整形）精整（整形）工件在精整模中受压，改变工件形状并工件在精整模中受压，改变工件形状并提高密度提高密度需改变形状的塑性零需改变形状的塑性零件件滚挤压滚挤压工件受滚轮或标准齿轮对滚挤压，提高工件受滚轮或标准齿轮对滚挤压，提高齿轮或工件的尺寸精度、密度齿轮或工件的尺寸精度、密度齿轮，球面轴承。钨齿轮，球面轴承。钨钼管钼管热热处处理理整体淬火整体淬火需在保护气氛下加热，因孔隙的存在可需在保护气氛下加热，因孔隙的存在可减小内应力，一般可不回火减小内应力，一般可不回火不受冲击而要求耐磨不受冲击而要求耐磨的铁基零件的铁基零件表面淬火表面淬火通常用感应加热通常用感应加热要求外硬内韧的铁基要求外硬内韧的铁基零件零件渗碳淬火或渗碳淬火或碳氮共渗碳氮共渗碳易由孔隙渗透，应根据孔隙度大小，碳易由孔隙渗透，应根据孔隙度大小，适当减少渗碳时间，或硫化封孔后再渗适当减少渗碳时间，或硫化封孔后再渗碳。碳氮共渗可实现更高硬度要求碳。碳氮共渗可实现更高硬度要求要求外硬内韧的低碳要求外硬内韧的低碳铁基零件铁基零件材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）36 6.5 后处理后处理（II）处理方法处理方法简要说明简要说明适用范围适用范围浸浸渗渗浸油浸油多孔零件的孔隙吸入润滑油，改善多孔零件的孔隙吸入润滑油，改善自润滑性能并防锈自润滑性能并防锈铁、铜基减摩零件铁、铜基减摩零件浸塑料浸塑料多孔零件的孔隙内吸入聚四氟乙烯多孔零件的孔隙内吸入聚四氟乙烯分散液，经固化后实现无油润滑分散液，经固化后实现无油润滑金属塑料减摩零件金属塑料减摩零件浸硫浸硫多孔零件的孔隙吸入熔融硫，起润多孔零件的孔隙吸入熔融硫，起润滑及封孔作用滑及封孔作用减摩件，需封孔的结构件减摩件，需封孔的结构件浸熔融金属浸熔融金属多孔零件的孔隙吸入熔融金属，提多孔零件的孔隙吸入熔融金属，提高强度及耐磨性高强度及耐磨性铁基零件浸铜或铅铁基零件浸铜或铅表表面面处处理理蒸汽处理蒸汽处理铁基零件在铁基零件在550550600600下，通入过下，通入过热蒸汽，使工件及孔隙表面生成坚热蒸汽，使工件及孔隙表面生成坚固的氧化膜固的氧化膜要求防锈、耐磨及封孔后要求防锈、耐磨及封孔后以防高压渗漏的铁基零件以防高压渗漏的铁基零件电镀电镀经封孔和表面净化后的工件，按传经封孔和表面净化后的工件，按传统工艺电镀统工艺电镀表面防锈、美观及耐磨的表面防锈、美观及耐磨的零件零件机械加工机械加工除硬质合金等超硬材料外，大多可除硬质合金等超硬材料外，大多可进行切削加工进行切削加工铁、铜、镍、铝、钨、钼铁、铜、镍、铝、钨、钼等制品等制品材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）37作业作业:分析分析WC-Co硬质合金可以进行液相烧结的原因，简述硬质合金可以进行液相烧结的原因，简述其烧结过程。其烧结过程。单号单号材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）386.6 粉末冶金制品的常见缺陷粉末冶金制品的常见缺陷（I）o局部密度超差局部密度超差中间密度过低中间密度过低 侧面积过大；模壁粗糙；模壁润滑差；粉末压制性差；侧面积过大；模壁粗糙；模壁润滑差；粉末压制性差；一端密度过低一端密度过低 长细比或长厚比过大；模壁粗糙；模壁润滑差；粉料压制性长细比或长厚比过大；模壁粗糙；模壁润滑差；粉料压制性差；差；密度高或低密度高或低 补偿装粉不恰当补偿装粉不恰当薄壁处密度低薄壁处密度低 局部长厚比过大；单向压不适用局部长厚比过大；单向压不适用材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）39 粉末冶金制品的常见缺陷粉末冶金制品的常见缺陷（II）o裂纹裂纹拐角处裂纹拐角处裂纹 补偿粉不恰当；粉料压制性能差；脱模方式不对补偿粉不恰当；粉料压制性能差；脱模方式不对侧面龟裂侧面龟裂 凹模内孔沿脱模方向尺寸变小；粉料中石墨粉偏析分层；凹模内孔沿脱模方向尺寸变小；粉料中石墨粉偏析分层；压制机上下面不平；粉末压制性差压制机上下面不平；粉末压制性差对角裂纹对角裂纹 模具刚性差；压制压力过大；粉末压制性差模具刚性差；压制压力过大；粉末压制性差材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）40粉末冶金制品的常见缺陷粉末冶金制品的常见缺陷（III）o皱纹皱纹内台拐角皱纹内台拐角皱纹 大孔芯棒过早压下，端台已先成形，薄壁套继续压制时，粉大孔芯棒过早压下，端台已先成形，薄壁套继续压制时，粉末流动冲破已成形部位，又重新成形，现皱纹末流动冲破已成形部位，又重新成形，现皱纹外球面皱纹外球面皱纹 压制过程中，已成形的球面，不断地被流动粉末冲破，又不压制过程中，已成形的球面，不断地被流动粉末冲破，又不断重新成形的结果断重新成形的结果过压皱纹过压皱纹 局部压力过大，已成形处表面被压碎，失去塑性，进一步压局部压力过大，已成形处表面被压碎，失去塑性，进一步压制时不能重新成形制时不能重新成形材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）41 粉末冶金制品的常见缺陷粉末冶金制品的常见缺陷（IV）o缺角掉边缺角掉边掉棱角：掉棱角：密度不均；脱模不当；存放搬动碰伤；密度不均；脱模不当；存放搬动碰伤；侧面局部剥落：侧面局部剥落：球径大于柱径，或球与柱不同心球径大于柱径，或球与柱不同心o表面划伤表面划伤 模腔表面粗糙度大，或硬度低；模壁产生模瘤；模腔表面局模腔表面粗糙度大，或硬度低；模壁产生模瘤；模腔表面局部被划伤部被划伤o尺寸超差尺寸超差 模具磨损过大；工艺参数选择不合理模具磨损过大；工艺参数选择不合理o不同心度超差不同心度超差 模具安装调中差；装粉不均；模具间隙过大；模具导向段短模具安装调中差；装粉不均；模具间隙过大；模具导向段短材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）426.7 陶瓷陶瓷陶陶 瓷瓷普通陶瓷普通陶瓷特种陶瓷特种陶瓷以粘土（含水的铝、镁硅酸盐）、长石以粘土（含水的铝、镁硅酸盐）、长石（铝硅酸盐）和硅石等为原料，经粉碎、（铝硅酸盐）和硅石等为原料，经粉碎、成形及烧结而成，主要用来制造日用品，成形及烧结而成，主要用来制造日用品，建筑用品及电器，耐酸器皿等建筑用品及电器，耐酸器皿等以人工化合物为原料（如氧化物、氮化以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷，具有特殊的性能，如高强度、的陶瓷，具有特殊的性能，如高强度、硬度，耐蚀性、导电性、绝缘性、磁性、硬度，耐蚀性、导电性、绝缘性、磁性、透光性及压电、铁电、光电、电光、声透光性及压电、铁电、光电、电光、声光、磁光、超导、生物相容性等，主要光、磁光、超导、生物相容性等，主要用于机械、航空航天、医学工程等用于机械、航空航天、医学工程等材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）43电电子子陶陶瓷瓷器器件件温温控控陶陶瓷瓷耐磨耐磨陶瓷陶瓷陶瓷金属化陶瓷金属化水暖水暖 阀片阀片材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）446.8 粉末冶金与陶瓷成形比较粉末冶金与陶瓷成形比较o采用粉末作为原材料；采用粉末作为原材料；o通过一定的成型工艺，将原先处于松散状态的粉通过一定的成型工艺，将原先处于松散状态的粉末聚集成具有特定形状和确定尺寸的坯体；末聚集成具有特定形状和确定尺寸的坯体；o通过烧结工艺，将坯体烧结成内部结合更牢固、通过烧结工艺，将坯体烧结成内部结合更牢固、外部形状更稳定的制品外部形状更稳定的制品。基本工序：粉末加工与处理、成型和烧结材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）456.9 陶瓷成形方法陶瓷成形方法o干压成形法干压成形法直接将不含水分或含少量水的直接将不含水分或含少量水的粉体加压成形粉体加压成形o可塑成形法可塑成形法将粉体加入适量的水，做成可将粉体加入适量的水，做成可塑泥团，通过塑性变形形成坯体塑泥团，通过塑性变形形成坯体o注浆成形法注浆成形法 粉体中加入足够多的水，做成粉体中加入足够多的水，做成流体型的泥浆，并将注浆形成坯体流体型的泥浆，并将注浆形成坯体材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）466.9.1 日用陶瓷加工成形日用陶瓷加工成形o注浆成形（1 1）基本注浆方法）基本注浆方法注浆成形方法是将粉料注入多孔质石膏模型或注浆成形方法是将粉料注入多孔质石膏模型或多孔树脂模型内水通过接触面渗入模型体内，多孔树脂模型内水通过接触面渗入模型体内，粉料脱水、形成硬层。注浆成形又分为双面吃粉料脱水、形成硬层。注浆成形又分为双面吃浆法（实心注浆法）与单面吃浆法（空心注浆浆法（实心注浆法）与单面吃浆法（空心注浆法）。这是很早的陶瓷器制作方法。注浆成形法）。这是很早的陶瓷器制作方法。注浆成形法可制造形状复杂、大型薄壁的制品法可制造形状复杂、大型薄壁的制品。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）47材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）48日用陶瓷加工成形日用陶瓷加工成形（2）强化注浆方法强化注浆方法u真空注浆真空注浆在模型外边抽取真空，或将紧固的模型在模型外边抽取真空，或将紧固的模型处于负压的真空中处于负压的真空中u离心注浆离心注浆向旋转的型腔中注入泥浆，在离心力作向旋转的型腔中注入泥浆，在离心力作用下泥浆紧靠型腔脱水形成坯体用下泥浆紧靠型腔脱水形成坯体u压力注浆压力注浆通过提高泥浆压力来增大注浆过程推动通过提高泥浆压力来增大注浆过程推动力，加速水分的扩散力，加速水分的扩散材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）49日用陶瓷加工成形日用陶瓷加工成形o可塑成形（1）滚压成形滚压成形成形时，盛放着泥坯的石膏成形时，盛放着泥坯的石膏模型和滚压头分别绕着自己模型和滚压头分别绕着自己的轴线以一定的速度同方向的轴线以一定的速度同方向旋转。滚压头在转动的同时，旋转。滚压头在转动的同时，逐渐靠近石膏模型，并对泥逐渐靠近石膏模型，并对泥坯进行滚压成形。坯进行滚压成形。刀压成形示意图刀压成形示意图材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）50日用陶瓷加工成形日用陶瓷加工成形（2）塑压成形塑压成形将可塑泥坯放在模型内在常温下压制将可塑泥坯放在模型内在常温下压制成坯的方法成坯的方法材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）51日用陶瓷加工成形日用陶瓷加工成形o压制成形 将含有一定水分的颗粒粉料填充到模型中，施将含有一定水分的颗粒粉料填充到模型中，施加压力，使之成为具有一定形状和强度的陶瓷加压力，使之成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体坯体。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）526.9.2 高技术陶瓷加工成形高技术陶瓷加工成形o注浆成形（1 1）注浆成形）注浆成形一些非黏土类型的瘠性料需要靠塑化一些非黏土类型的瘠性料需要靠塑化剂及温度的作用才能调制成具有一定流动性和悬浮性的剂及温度的作用才能调制成具有一定流动性和悬浮性的浆料。浆料。（2 2）热压铸成形）热压铸成形利用石蜡的热流性特点，与坯料利用石蜡的热流性特点，与坯料配合，使用金属型模具在压力下进行成形，冷凝后坯体配合，使用金属型模具在压力下进行成形，冷凝后坯体能保持其形状。能保持其形状。（3 3）流延成形）流延成形材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）53高技术陶瓷加工成形高技术陶瓷加工成形将准备好的粉料内加粘结剂、增塑剂、分散剂、溶剂，然后进行将准备好的粉料内加粘结剂、增塑剂、分散剂、溶剂，然后进行混合使其均匀。再把浆料放入流延机的料斗中，料浆从料斗下部混合使其均匀。再把浆料放入流延机的料斗中，料浆从料斗下部流至流延机的薄膜载体上。控制厚度，再经加热烘干，得到膜坯，流至流延机的薄膜载体上。控制厚度，再经加热烘干，得到膜坯，连同载体一起卷轴待用，最后按所需形状切割或开孔。连同载体一起卷轴待用，最后按所需形状切割或开孔。适合厚度小于适合厚度小于0.2mm、表面粗糙度低、超薄型的制品、表面粗糙度低、超薄型的制品材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）54 高技术陶瓷加工成形高技术陶瓷加工成形o可塑成形法（1 1）挤压成形）挤压成形将具有可塑性的泥料，将具有可塑性的泥料，通过挤机嘴成形通过挤机嘴成形。材料工艺基础（粉末冶金及陶瓷成形）55高技术陶瓷加工成形高技术陶