多元系固相烧结..优秀PPT.ppt

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1、 多数粉末冶金材料是由几种组分多数粉末冶金材料是由几种组分(元素或化合物元素或化合物)的粉末烧结的粉末烧结而成的。烧结过程不出现液相的称为多元系固相烧结，包括组分而成的。烧结过程不出现液相的称为多元系固相烧结，包括组分间不互溶和互溶的两类。间不互溶和互溶的两类。多元系固相烧结比单元系烧结困难得多，除了同组元或异组多元系固相烧结比单元系烧结困难得多，除了同组元或异组元颗粒间的粘结外，还发生异组元之间的反应、溶解和匀整化等元颗粒间的粘结外，还发生异组元之间的反应、溶解和匀整化等过程，而这些都是靠组元在固态下的相互扩散来实现的，所以，过程，而这些都是靠组元在固态下的相互扩散来实现的，所以，通过烧结不

2、仅要达到致密化，而且要获得所要求的相或组织组成通过烧结不仅要达到致密化，而且要获得所要求的相或组织组成物。物。多元系固相烧结多元系固相烧结一、互溶系固相饶结一、互溶系固相饶结 组分互溶的多元系固相烧结有三种状况：组分互溶的多元系固相烧结有三种状况：(1)(1)匀整匀整(单相单相)固溶体粉末的烧结；固溶体粉末的烧结；(2)(2)混合粉末的烧结；混合粉末的烧结；(3)(3)烧结过程固溶体分解。烧结过程固溶体分解。第一种状况属于单元系烧结，基本规律同前一节讲的相同。第三第一种状况属于单元系烧结，基本规律同前一节讲的相同。第三种状况不常有，仅在文献中报导过铜汞齐的烧结试验，发觉在种状况不常有，仅在文献

3、中报导过铜汞齐的烧结试验，发觉在750750一一900900时汞齐的分解对烧结有促进作用。下面只探讨混合粉末的烧结。时汞齐的分解对烧结有促进作用。下面只探讨混合粉末的烧结。1 1一般规律一般规律 混合粉末烧结时在不同组分的颗粒间发生的扩散与合金匀整化过程，混合粉末烧结时在不同组分的颗粒间发生的扩散与合金匀整化过程，取决于合金热力学和扩散动力学。假如组元间能生成合金，则烧结完成后，取决于合金热力学和扩散动力学。假如组元间能生成合金，则烧结完成后，其平衡相的成分和数量大致可依据相应的相图确定。但由于烧结组织不行其平衡相的成分和数量大致可依据相应的相图确定。但由于烧结组织不行能在志向的热力学平衡条件

4、下获得，要受固态下扩散动力学的限制，而且能在志向的热力学平衡条件下获得，要受固态下扩散动力学的限制，而且粉末烧结的合金化还取决于粉末的形态、粒度、接触状态以及晶体缺陷、粉末烧结的合金化还取决于粉末的形态、粒度、接触状态以及晶体缺陷、结晶取向等因素，所以比熔铸合金化过程更困难化，也难获得平衡组织。结晶取向等因素，所以比熔铸合金化过程更困难化，也难获得平衡组织。烧结合金化中最简洁的状况是二元系固溶体合金。当二元混合粉末烧结烧结合金化中最简洁的状况是二元系固溶体合金。当二元混合粉末烧结时，一个组元通过颗粒间的联结面扩散并溶解到另一组元的颗粒中（如时，一个组元通过颗粒间的联结面扩散并溶解到另一组元的颗

5、粒中（如FeCFeC材料中石墨溶于铁中），或者二组元相互溶解材料中石墨溶于铁中），或者二组元相互溶解(如铜与镍如铜与镍)，产生匀，产生匀整的固溶体颗粒。整的固溶体颗粒。假定有金属假定有金属A A和和B B的混合粉末，烧结时在两种粉末的颗粒接触面上，的混合粉末，烧结时在两种粉末的颗粒接触面上，按相图反应生成平衡相按相图反应生成平衡相AxByAxBy，以后的反应将取决于，以后的反应将取决于A A、B B组元通过反组元通过反应产物应产物AB(AB(形成包覆颗粒表面的壳层形成包覆颗粒表面的壳层)的互扩散。假如的互扩散。假如A A能通过能通过ABAB进行扩进行扩散，而散，而B B不能，那么不能，那么A

6、A原子将通过原子将通过ABAB相扩散到相扩散到A A与与B B的界面上再与的界面上再与B B反应，反应，这样这样ABAB相就在相就在B B颗粒内滋生。通常，颗粒内滋生。通常，A A与与B B均能通过均能通过ABAB相互扩散，那么反相互扩散，那么反应将在应将在ABAB相层内发生，并同时向相层内发生，并同时向A A与与B B的颗粒内扩展，直至全部颗粒成的颗粒内扩展，直至全部颗粒成为具有同一平均成分的匀整固溶体为止。为具有同一平均成分的匀整固溶体为止。假如反应产物假如反应产物ABAB是能溶解于组元是能溶解于组元A A或或B B的中间相的中间相(如电子化合物如电子化合物)，那么界面上的反应将困难化。例

7、如，那么界面上的反应将困难化。例如ABAB溶于溶于B B形成有限固溶体，只有当形成有限固溶体，只有当饱和后，饱和后，ABAB才能通过成核长大重新析出，同时，饱和固溶体的区域也才能通过成核长大重新析出，同时，饱和固溶体的区域也渐渐扩大。因此，合金化过程将取决于反应生成相的性质、生成次序渐渐扩大。因此，合金化过程将取决于反应生成相的性质、生成次序和分布，取决于组元通过中间相的扩散，取决于一系列反应层之间的和分布，取决于组元通过中间相的扩散，取决于一系列反应层之间的物质迁移和析出反应。但是，扩散总归是确定合金化的主要动力学因物质迁移和析出反应。但是，扩散总归是确定合金化的主要动力学因素，因而凡是促进

8、扩散的一切条件，均有利于烧结过程及获得最好的素，因而凡是促进扩散的一切条件，均有利于烧结过程及获得最好的性能。扩散合金化的规律可以概括为以下几点：性能。扩散合金化的规律可以概括为以下几点：(1)(1)金属扩散的一般规律是：原子半径相差越大，或在元素周期金属扩散的一般规律是：原子半径相差越大，或在元素周期表中相距越远的元素，互扩散速度也越大；间隙式固溶的原子，扩表中相距越远的元素，互扩散速度也越大；间隙式固溶的原子，扩散速度比替换式固溶的大得多；温度相同和浓度差别不大时，散速度比替换式固溶的大得多；温度相同和浓度差别不大时，在体在体心立方点阵相中，原子的扩散速度比在面心立方点阵相中快几个数心立方

9、点阵相中，原子的扩散速度比在面心立方点阵相中快几个数量级量级。在金属中溶解度最小的组元，往往具有最大的扩散速度。在金属中溶解度最小的组元，往往具有最大的扩散速度(表表54)。各种元素在铁中的扩散系数各种元素在铁中的扩散系数(表表55)55)和溶解度和溶解度(表表56)56)，对于烧，对于烧结铁基制品中合金元素的选择有确定参考价值。可以看到：在结铁基制品中合金元素的选择有确定参考价值。可以看到：在与与中溶解度大的元素，扩散系数反而小。中溶解度大的元素，扩散系数反而小。依据表依据表5555，在，在和和中扩散系数不同的元素可分为四种类型：中扩散系数不同的元素可分为四种类型：以及以及2)2)硼、碳和氮

10、在铁中也属于间隙扩散，但其扩散系数较小硼、碳和氮在铁中也属于间隙扩散，但其扩散系数较小(仅为氢仅为氢的六百分之一的六百分之一)；3)3)镍、钻、锰、钥在铁中形成替换式固溶体，扩散系数仅为形成间镍、钻、锰、钥在铁中形成替换式固溶体，扩散系数仅为形成间隙固溶体元素的万分之一到十万分之一；隙固溶体元素的万分之一到十万分之一；4)4)氧、硅、铝等元素介于形成间隙式和替换式固溶体之间，由于缺氧、硅、铝等元素介于形成间隙式和替换式固溶体之间，由于缺乏扩散系数的牢靠数据，尚不能作结论。乏扩散系数的牢靠数据，尚不能作结论。(2)(2)在多元系中，由于组元的互扩散系数不相等，产生柯肯德尔在多元系中，由于组元的互

11、扩散系数不相等，产生柯肯德尔(Kirkendall)(Kirkendall)效应，证明是空位扩散机构起作用。当效应，证明是空位扩散机构起作用。当A A与与B B元素互扩散元素互扩散时，只有当时，只有当A A原子与其邻近的空位发生换位的几率大于原子与其邻近的空位发生换位的几率大于B B原子自身的换原子自身的换位几率时，位几率时，A A原子的扩散才比原子的扩散才比B B原子快，因而通过原子快，因而通过ABAB相互扩散的相互扩散的A A和和B B原原子的互扩散系数不等，在具有较大互扩散系数原子的区域内形成过剩子的互扩散系数不等，在具有较大互扩散系数原子的区域内形成过剩空位，然后聚集成微孔隙，从而使烧

12、结合金出现膨胀。因此，一般说空位，然后聚集成微孔隙，从而使烧结合金出现膨胀。因此，一般说在这种合金系中，烧结的致密化速率要减慢。在这种合金系中，烧结的致密化速率要减慢。1)1)氢在氢在中扩散系数最大，属于间隙扩散；中扩散系数最大，属于间隙扩散；(3)(3)添加第三元素可显著变更元素添加第三元素可显著变更元素B B在在A A中的扩散速度。例如在烧结铁中的扩散速度。例如在烧结铁中添加中添加V V、SiSi、CrCr、MoMo、TiTi、W W等形成碳化物的元素会显著降低碳在铁中等形成碳化物的元素会显著降低碳在铁中的扩散速度和增大渗碳层中碳的浓度；添加的扩散速度和增大渗碳层中碳的浓度；添加4 4Co

13、Co使碳在使碳在7Fe(17Fe(1的碳的碳原子浓度原子浓度)中的扩散速度提高一倍；而添加中的扩散速度提高一倍；而添加3 3MoMo或或1 1W W时，减小一倍。时，减小一倍。添加第三元素对碳在铁中扩散速度的影响，取决于其在周期表中的位置：添加第三元素对碳在铁中扩散速度的影响，取决于其在周期表中的位置：靠铁左边属于形成碳化物的元素，降低扩散速度；而靠右边属非碳化物靠铁左边属于形成碳化物的元素，降低扩散速度；而靠右边属非碳化物形成元素，增大扩散速度。黄铜中添加形成元素，增大扩散速度。黄铜中添加2 2SnSn，使锌的扩散系数增大九，使锌的扩散系数增大九倍；添加倍；添加3 35 5PbPb时，增大十

14、四倍；加时，增大十四倍；加SiSi、A1A1、P P、S S均可增大扩散系数。均可增大扩散系数。(4)(4)二元合金中，依据组元、烧结条件和阶段的不同，烧结速度同两二元合金中，依据组元、烧结条件和阶段的不同，烧结速度同两组元单独烧结时相比，可能快也可能馒。例如铁粉表面包覆一层镍时，组元单独烧结时相比，可能快也可能馒。例如铁粉表面包覆一层镍时，由于柯肯德尔效应，烧结显著加快。由于柯肯德尔效应，烧结显著加快。很多探讨表明，添加过渡族元素很多探讨表明，添加过渡族元素(Fe(Fe，CoCo，Ni)Ni)，对很多氧化物和，对很多氧化物和钨粉的烧结均有明显促进作用，但是，钨粉的烧结均有明显促进作用，但是，

15、CuNiCuNi系烧结的速度反而减慢。系烧结的速度反而减慢。因此确定二元合金烧结过程的快慢不是由能否形成固溶体来推断，而取因此确定二元合金烧结过程的快慢不是由能否形成固溶体来推断，而取决于组元互扩散的差别。假如偏扩散所造成的空位能溶解在晶格中，就决于组元互扩散的差别。假如偏扩散所造成的空位能溶解在晶格中，就能增大扩散原子的活性，促进烧结进行；相反，如空位聚集成微孔，反能增大扩散原子的活性，促进烧结进行；相反，如空位聚集成微孔，反将阻碍烧结过程。将阻碍烧结过程。(5)(5)烧结工艺条件烧结工艺条件(温度、时间、粉末粒度及须合金粉末的运用温度、时间、粉末粒度及须合金粉末的运用)的影响将在下一段说明

16、。的影响将在下一段说明。2 2无限互溶系无限互溶系 属于这类的有属于这类的有CuNiCuNi、CoNiCoNi、CuAuCuAu、AgAuAgAu、WMoWMo、FeFeNiNi等。对其中的等。对其中的CuNiCuNi系探讨得最成熟，现探讨如下：系探讨得最成熟，现探讨如下：CuNi CuNi具有无限互溶的简洁相图。用混合粉烧结具有无限互溶的简洁相图。用混合粉烧结(等温等温)，在确，在确定阶段发生体积增大现象，烧结收缩随时间的变更，主要取决于合金定阶段发生体积增大现象，烧结收缩随时间的变更，主要取决于合金匀整化的程度。匀整化的程度。图图536536的烧结收缩曲线表明：纯的烧结收缩曲线表明：纯Cu

17、Cu粉或纯粉或纯NiNi粉单独烧结时，收粉单独烧结时，收缩在很短时间内就完成；而它们的混合粉末烧结时，未合金化之前，缩在很短时间内就完成；而它们的混合粉末烧结时，未合金化之前，也产生较大收缩，但是随着合金匀整化的进行，烧结反出现膨胀，也产生较大收缩，但是随着合金匀整化的进行，烧结反出现膨胀，而且膨胀与烧结时间的方根而且膨胀与烧结时间的方根()成正比，使曲线直线上升，到合金化完成后才又转为水平成正比，使曲线直线上升，到合金化完成后才又转为水平。因。因为柯肯达尔效应符合这种关系，所以，膨胀是由偏扩散引起的。为柯肯达尔效应符合这种关系，所以，膨胀是由偏扩散引起的。图图537为为CuNi混合粉烧结收缩

18、与合金化程度的关系曲线。混合粉烧结收缩与合金化程度的关系曲线。可以接受磁性测量、可以接受磁性测量、X X光光衍射和显微光谱分析等方衍射和显微光谱分析等方法来探讨粉末烧结的合金法来探讨粉末烧结的合金化过程。图化过程。图538538是用是用X X光光衍射法测定的衍射法测定的CuNiCuNi烧结烧结合金的衍射光强度分布图，合金的衍射光强度分布图，分布愈宽的曲线分布愈宽的曲线(1)(1)表明表明合金成分愈不匀整。依据合金成分愈不匀整。依据衍射光强度与衍射角的关衍射光强度与衍射角的关系，可以计算合金的浓度系，可以计算合金的浓度分布分布很多人通过测定激活能数据很多人通过测定激活能数据(43.1108.8k

19、J(43.1108.8kJmol)mol)证明，证明，CuCuNiNi合金烧结的匀整化机构是以晶界扩散和表面扩散为主。合金烧结的匀整化机构是以晶界扩散和表面扩散为主。FeNiFeNi合金烧结也是表面扩散的作用大于体积扩散。随着烧结温度上升合金烧结也是表面扩散的作用大于体积扩散。随着烧结温度上升和进入烧结的后期，激活能上升；但是有偏扩散存在和出现大量和进入烧结的后期，激活能上升；但是有偏扩散存在和出现大量扩散空位时，体积扩散的激活能也不行能太高。因此，匀整化也扩散空位时，体积扩散的激活能也不行能太高。因此，匀整化也同烧结过程的物质迁移那样，也应当看作是由几种扩散机构同时同烧结过程的物质迁移那样，

20、也应当看作是由几种扩散机构同时起作用。起作用。描述合金化程度，可接受所谓的匀整化程度因素：描述合金化程度，可接受所谓的匀整化程度因素：式中式中在时间在时间t内，通过界面的物质迁移量；内，通过界面的物质迁移量；当时间无限长时，通过界面的物质迁移量。当时间无限长时，通过界面的物质迁移量。F F值在值在0101之间变更，之间变更，F=1F=1相当于完全匀整化。相当于完全匀整化。表表57列举了列举了CuNi粉末烧结合金在不同工艺条件下测定的粉末烧结合金在不同工艺条件下测定的F值，从中可以看出影响值，从中可以看出影响CuCuNi混合粉压坯的合金化过程的因素有：混合粉压坯的合金化过程的因素有：(1)(1)

21、烧结温度烧结温度 是影响合金化最重要的因素。因为原子互扩散系数是随是影响合金化最重要的因素。因为原子互扩散系数是随温度的上升而显著增大的，如表中数据表明，烧结温度由温度的上升而显著增大的，如表中数据表明，烧结温度由950950升至升至10501050，即提高，即提高1010，F F值提高值提高2020一一4040。(2)(2)烧结时间烧结时间 在相同温度下，烧结时间越长，扩散越充分，合金在相同温度下，烧结时间越长，扩散越充分，合金化程度就越高，但时间的影响没有温度大。如表中数据表明，如化程度就越高，但时间的影响没有温度大。如表中数据表明，如F F由由0.50.5提高到提高到1 1，时间需增加，

22、时间需增加500500倍。倍。(3)(3)粉末粒度粉末粒度 合金化的速度随着粒度减小而增加。因为在其它条合金化的速度随着粒度减小而增加。因为在其它条件相同时，减小粉末粒度意味着增加颗粒间的扩散界面并且缩短扩散路件相同时，减小粉末粒度意味着增加颗粒间的扩散界面并且缩短扩散路程，从而增加单位时间内扩散原子的数量。程，从而增加单位时间内扩散原子的数量。(4)(4)压坯密度压坯密度 增大压制压力，将使粉末颗粒间接触面增大，扩散增大压制压力，将使粉末颗粒间接触面增大，扩散界面增大，加快合金化过程，但作用并不特别显著，如压力提高界面增大，加快合金化过程，但作用并不特别显著，如压力提高2020倍，倍，F F

23、值仅增加值仅增加4040。(5)(5)粉末原料粉末原料 接受确定数量的预合金粉或复合粉同完全运用混合接受确定数量的预合金粉或复合粉同完全运用混合粉比较，达到相同的匀整化程度所需的时间将缩短，因为这时扩散路程粉比较，达到相同的匀整化程度所需的时间将缩短，因为这时扩散路程缩短，并可削减要迁移的原子数量。缩短，并可削减要迁移的原子数量。(6)(6)杂质杂质 如表如表5757所示，所示，SiSi、MnMn等杂质阻碍合金化，因为存在于等杂质阻碍合金化，因为存在于粉末表面或在烧结过程形成的粉末表面或在烧结过程形成的MnOMnO、杂质阻碍颗粒间的扩散进行。杂质阻碍颗粒间的扩散进行。烧结烧结CuNiCuNi合

24、金的物理合金的物理机械性能随烧结时间的变更如图机械性能随烧结时间的变更如图540540所示。所示。烧结尺寸变更烧结尺寸变更的曲线表明，烧结体的密度，比其它性能更早地趋于稳定；硬度在烧结的曲线表明，烧结体的密度，比其它性能更早地趋于稳定；硬度在烧结一段时间内有所降低，以后又渐渐增高；强度、延长率与电阻的变更可一段时间内有所降低，以后又渐渐增高；强度、延长率与电阻的变更可以持续很长的时间。以持续很长的时间。3 3有限互溶系有限互溶系 有限互溶系的烧结合金有有限互溶系的烧结合金有FeC、FeCu等烧结钢，等烧结钢，WNi、AgNi等合金，它们与等合金，它们与CuNi无限互溶合金不同，烧结后得到无限互

25、溶合金不同，烧结后得到的是多相合金，其中有代表性的烧结钢。它是用铁粉与石墨粉混的是多相合金，其中有代表性的烧结钢。它是用铁粉与石墨粉混合，压制成零件，在烧结时，碳原子不断向铁粉中扩散，合，压制成零件，在烧结时，碳原子不断向铁粉中扩散，在高温在高温中形成中形成FeC有限固溶体有限固溶体()，冷却下来后，形成主要由，冷却下来后，形成主要由与与两种相成分的多相合金，它比烧结纯铁有更高的硬度和强度两种相成分的多相合金，它比烧结纯铁有更高的硬度和强度 中有相当大的溶解度，扩散系数也比其它合金元素大，中有相当大的溶解度，扩散系数也比其它合金元素大，的其次相的其次相()在在中的形态和分布，因而得到不同的组织

26、。通过烧结后的热处理还可进中的形态和分布，因而得到不同的组织。通过烧结后的热处理还可进一步调整烧结钢的组织，以得到好的综合性能一步调整烧结钢的组织，以得到好的综合性能。同时，其它合金元素。同时，其它合金元素(Mo、Ni、Cu、Mn、Si等等)也影响碳在铁中的扩散速度、溶解度与分布，也影响碳在铁中的扩散速度、溶解度与分布，因此，同时添加碳和其它合金元素，可以获得性能更好的烧结合金钢。因此，同时添加碳和其它合金元素，可以获得性能更好的烧结合金钢。碳在是烧结钢中运用得最广而又经济的合金元素。随冷却速度不同，将是烧结钢中运用得最广而又经济的合金元素。随冷却速度不同，将变更含碳变更含碳下面对下面对FeC

27、FeC混合粉末的烧结以及冷却后的组织与性能作概括性说混合粉末的烧结以及冷却后的组织与性能作概括性说明。明。(1)FeC (1)FeC混合粉末碳含量一般不超过混合粉末碳含量一般不超过1 1，故同纯铁粉的单元，故同纯铁粉的单元系一样，烧结时主要发生铁颗粒间的粘结和收缩。但随着碳在铁颗粒系一样，烧结时主要发生铁颗粒间的粘结和收缩。但随着碳在铁颗粒内溶解，两相区温度降低，烧结过程加快。内溶解，两相区温度降低，烧结过程加快。(2)(2)碳在铁中通过扩散形成奥氏体，扩散得很快，碳在铁中通过扩散形成奥氏体，扩散得很快，1010一一20min20min内内就溶解完全就溶解完全(图图541)541)。石墨粉的粒

28、度和粉末混合的匀整程度对这一。石墨粉的粒度和粉末混合的匀整程度对这一过程的影响很大。当石墨粉完全溶解后，留下孔隙；由于过程的影响很大。当石墨粉完全溶解后，留下孔隙；由于C C向向中接着溶解，使铁晶体点阵常数增大，铁粉颗粒胀大，使石墨留下的孔中接着溶解，使铁晶体点阵常数增大，铁粉颗粒胀大，使石墨留下的孔隙缩小。当铁粉全部转变为奥氏体后，碳在其中的浓度分布仍不匀整，隙缩小。当铁粉全部转变为奥氏体后，碳在其中的浓度分布仍不匀整，接着提高温度或延长烧结时间，发生接着提高温度或延长烧结时间，发生的匀整化，晶粒明显长大。的匀整化，晶粒明显长大。的相变进行得充分与否，温度低，烧结后将残留大量游离石墨，当低于

29、的相变进行得充分与否，温度低，烧结后将残留大量游离石墨，当低于850时，甚至不发生碳向奥氏体的溶解，如图时，甚至不发生碳向奥氏体的溶解，如图542所示。所示。烧结温度确定了烧结温度确定了(3)(3)烧结充分保温后冷却，奥氏体分解，形成以珠光体为主要组织组成物的多相结构。珠光体的数量和形态取决于冷却速度，冷却愈快，烧结充分保温后冷却，奥氏体分解，形成以珠光体为主要组织组成物的多相结构。珠光体的数量和形态取决于冷却速度，冷却愈快，珠光体弥散度愈大，硬度与强度也愈高。假如缓慢冷却，由于孔隙与残留石墨的作用，有可能加速石墨化过程。珠光体弥散度愈大，硬度与强度也愈高。假如缓慢冷却，由于孔隙与残留石墨的作

30、用，有可能加速石墨化过程。石墨化与两方面团素有关：石墨化与两方面团素有关：石墨的生长速度与分布形态将不取决于碳原子扩散，而取决于比较缓石墨的生长速度与分布形态将不取决于碳原子扩散，而取决于比较缓慢的铁原子扩散。所以在致密钢中，冷却阶段的石墨化是相当困难的；慢的铁原子扩散。所以在致密钢中，冷却阶段的石墨化是相当困难的；但在烧结钢中，由于在孔隙中石墨的生长与铁原子的扩散无关，因此石但在烧结钢中，由于在孔隙中石墨的生长与铁原子的扩散无关，因此石墨的生长加快。墨的生长加快。在烧结过共析钢中，为避开和消退二次网状渗碳体，一般可在在烧结过共析钢中，为避开和消退二次网状渗碳体，一般可在85085090090

31、0保温一段时间后快冷，即接受相当于正火的工艺，这样靠近共析成保温一段时间后快冷，即接受相当于正火的工艺，这样靠近共析成分的过共析钢快冷可得到伪共析钢组织。对于高碳分的过共析钢快冷可得到伪共析钢组织。对于高碳(2 2)的烧结铁碳合的烧结铁碳合金，可添加微量硫金，可添加微量硫(0.3(0.3一一0.60.6)以限制过共析钢中化合碳的含量和二以限制过共析钢中化合碳的含量和二次网状次网状的析出。的析出。由于基体中由于基体中内的碳原子扩散而转化为石墨，铁原子由石墨形核并长大的地方内的碳原子扩散而转化为石墨，铁原子由石墨形核并长大的地方(4)(4)烧结碳钢的机械性能与合金组织中化合碳的含量有关。一般说，当

32、接近共析钢烧结碳钢的机械性能与合金组织中化合碳的含量有关。一般说，当接近共析钢(0.8(0.8C)C)成分时，强度最高，而延长率总是随碳含量提高成分时，强度最高，而延长率总是随碳含量提高而降低，详见图而降低，详见图543543和图和图544544。但是，当化合碳含量接着增高，冷却后析出二次网状渗碳体，达到。但是，当化合碳含量接着增高，冷却后析出二次网状渗碳体，达到1.11.1化合碳时，渗碳体连成网络，使强化合碳时，渗碳体连成网络，使强度急剧降低。度急剧降低。二、互不溶系固相饶结二、互不溶系固相饶结 粉末烧结法能够制造熔铸法所不能得到的粉末烧结法能够制造熔铸法所不能得到的“假合金假合金”，即，即

33、组元间不组元间不互溶且无反应的合金互溶且无反应的合金。粉末固相烧结或液相烧结可以获得的假合金包括。粉末固相烧结或液相烧结可以获得的假合金包括金属金属金属、金属金属、金属非金属、金属非金属、金属氧化物、金属氧化物、金属化合物等，最典型化合物等，最典型的是电触头合金的是电触头合金(CuW、AgW、CuC、AgCdO等等)。1 1烧结热力学烧结热力学 互不溶的两种粉末能否烧结取决于系统的热力学条件，而且同单元互不溶的两种粉末能否烧结取决于系统的热力学条件，而且同单元系或互溶多元系烧结一样，也与表面自由能的减小有关。皮涅斯认为，系或互溶多元系烧结一样，也与表面自由能的减小有关。皮涅斯认为，互不溶系的烧

34、结听从不等式互不溶系的烧结听从不等式即即ABAB的比界面能必需小于的比界面能必需小于A A、B B单独存在的比表面能之和。假如单独存在的比表面能之和。假如虽然在虽然在AA或或BB之间可以烧结，但在之间可以烧结，但在AB之间却不能。之间却不能。在满足上式的前提下，假如在满足上式的前提下，假如那么在两组元的颗粒间形成烧结颈的那么在两组元的颗粒间形成烧结颈的，则起先时通过表面扩散，比表面能低的组元覆盖在另一组元的颗粒表，则起先时通过表面扩散，比表面能低的组元覆盖在另一组元的颗粒表面，然后同单元系烧结一样，在类似复合粉末的颗粒间形成烧结颈。只面，然后同单元系烧结一样，在类似复合粉末的颗粒间形成烧结颈。

35、只要烧结时间足够长，充分烧结是可能的，这时得到的合金组织是一种成要烧结时间足够长，充分烧结是可能的，这时得到的合金组织是一种成分匀整包袱在另一成分的颗粒表面。不论是上述状况中的哪一种，分匀整包袱在另一成分的颗粒表面。不论是上述状况中的哪一种，同时，它们可相互靠拢至某一临界值；假如同时，它们可相互靠拢至某一临界值；假如只有只有愈小，烧结的动力就愈大。愈小，烧结的动力就愈大。2 2性能性能成分的关系成分的关系 皮涅斯和古狄逊皮涅斯和古狄逊(Goodison)(Goodison)的探讨表明，互不溶系固相烧结合金的的探讨表明，互不溶系固相烧结合金的性能与组元体积含量之间存在着二次方函数关系；烧结体系内

36、、相同组元性能与组元体积含量之间存在着二次方函数关系；烧结体系内、相同组元颗粒间的接触颗粒间的接触(AA(AA，BB)BB)同同ABAB接触的相对大小确定了系统的性质。若接触的相对大小确定了系统的性质。若二组元的体积含量相等，而且颗粒大小与形态也相同，则匀整混合后按统二组元的体积含量相等，而且颗粒大小与形态也相同，则匀整混合后按统计分布规律，计分布规律，ABAB颗粒接触的机会是最多的，因而对烧结体性能的影响也颗粒接触的机会是最多的，因而对烧结体性能的影响也最大。止涅斯用下式表示烧结体的收缩值：最大。止涅斯用下式表示烧结体的收缩值：而而式中式中 、组元在相同条件下单独烧结时的收缩值，分别为组元在

37、相同条件下单独烧结时的收缩值，分别为与与平方的函数；平方的函数；全部为全部为AB接触时的收缩值；接触时的收缩值；、A、B的体积浓度。的体积浓度。假如假如 则烧结体的总收缩听从线性关系；假如则烧结体的总收缩听从线性关系；假如为凹向下抛物线关系，这时混合粉末烧结的收缩大；为凹向下抛物线关系，这时混合粉末烧结的收缩大；而假如而假如得到的是凹向上抛物线关系，这时烧结的收缩小。因此，满足得到的是凹向上抛物线关系，这时烧结的收缩小。因此，满足式条件的体系处于最志向的混合状态。式条件的体系处于最志向的混合状态。式所代表的二次函数关系也同样适用于烧结体式所代表的二次函数关系也同样适用于烧结体的强度性能，这已被

38、的强度性能，这已被CuWCuW、CMMoCMMo、CuFeCuFe等等系的烧结试验所证明。这种关系，甚至可以推系的烧结试验所证明。这种关系，甚至可以推广到三元系。广到三元系。假如系统中假如系统中B B为非活性组元，不与为非活性组元，不与A A起任何起任何反应，并且在烧结温度下本身几乎也不产生烧反应，并且在烧结温度下本身几乎也不产生烧结，那么结，那么和和将等于零。这时当该组元的含量增加时，用性将等于零。这时当该组元的含量增加时，用性能变更曲线外延至孔隙度为零的方法求强度，能变更曲线外延至孔隙度为零的方法求强度，发觉强度值降低。图于发觉强度值降低。图于545545为为CuW(CuW(或或Mo)Mo

39、)系系假合金的抗拉强度与成分、孔隙度的关系曲线。假合金的抗拉强度与成分、孔隙度的关系曲线。可以看到随着合金中非活性组元可以看到随着合金中非活性组元W(W(或或Mo)Mo)的含的含量增加量增加(从直线从直线1 1至至4)4)，强度值降低，并巳孔隙，强度值降低，并巳孔隙度愈低，强度降低的程度也愈大。度愈低，强度降低的程度也愈大。3 3烧结过程的特点烧结过程的特点(1)(1)互不溶系因相烧结几乎包括了用粉末冶金方法制造的一切典型的复合互不溶系因相烧结几乎包括了用粉末冶金方法制造的一切典型的复合材料一一基体强化材料一一基体强化(弥散强化或纤维强化弥散强化或纤维强化)材料和利用组合效果的金属陶材料和利用

40、组合效果的金属陶瓷材料瓷材料(电触头合金、金属电触头合金、金属塑料塑料)。它们是以熔点低、塑性。它们是以熔点低、塑性(韧性韧性)好、好、导热导热(电电)性强而烧结性好的成分性强而烧结性好的成分(纯金属或单相合金纯金属或单相合金)为粘结相，同熔点为粘结相，同熔点和硬度高、高温性能好的成分和硬度高、高温性能好的成分(难熔金属或化合物难熔金属或化合物)组成的一种机械混合组成的一种机械混合物，因而兼有两种不同成分的性质，常常具有良好的综合性能。物，因而兼有两种不同成分的性质，常常具有良好的综合性能。(2)(2)互不溶系的烧结温度由粘结相的熔点确定。假如是固相烧结，温互不溶系的烧结温度由粘结相的熔点确定

41、。假如是固相烧结，温度要低于其熔点；如该组分的体积不超过度要低于其熔点；如该组分的体积不超过5050，亦可接受液相侥结。例，亦可接受液相侥结。例如如AgW40AgW40可在低于可在低于AgAg熔点的熔点的860860一一880880烧结，而烧结，而CuW80CuW80则要接受特殊则要接受特殊的液相烧结的液相烧结(浸透浸透)法。法。(3)(3)复合材料及假合金通常要求在接近致密状态下运用，因此在固相烧结后，一般须要接受复压、热压、烧结锻造等补充致密化或热成形工艺，复合材料及假合金通常要求在接近致密状态下运用，因此在固相烧结后，一般须要接受复压、热压、烧结锻造等补充致密化或热成形工艺，或接受烧结或

42、接受烧结冷挤、烧结冷挤、烧结熔浸以及热等静压、热轧、热挤等复合工艺以进一步提高密度和性能。熔浸以及热等静压、热轧、热挤等复合工艺以进一步提高密度和性能。(4)(4)当复合材料接近完全致密时，有很多性能同组分的体积含量之间存在线性关系，称为当复合材料接近完全致密时，有很多性能同组分的体积含量之间存在线性关系，称为“加和加和”规律。图规律。图546546清晰地表明白这种加和性，即清晰地表明白这种加和性，即在相当宽的成分范围内，物理与机械性能随组分含量的变更成线性关系。依据加和规律可以由组分含量近似地确定合金的性能，或者由性能估在相当宽的成分范围内，物理与机械性能随组分含量的变更成线性关系。依据加和

43、规律可以由组分含量近似地确定合金的性能，或者由性能估计合金所需的组分含量。计合金所需的组分含量。(5)(5)当难熔组分含量很高，粉末混合匀整有当难熔组分含量很高，粉末混合匀整有 困难时，可接受复合粉或化学混料方法。制备复合粉的方法有共沉淀法、金属盐共还原法、置困难时，可接受复合粉或化学混料方法。制备复合粉的方法有共沉淀法、金属盐共还原法、置换法、电沉积法等，这些方法在制造电触头合金、硬质合金及高比重合金中已得到实际应用。换法、电沉积法等，这些方法在制造电触头合金、硬质合金及高比重合金中已得到实际应用。(6)(6)互不溶系内不同组分颗粒间的结合界面，对材料的烧结性以及强度影响很大。固相烧结时，颗

44、粒表面上微量的其它物质生成的液相，互不溶系内不同组分颗粒间的结合界面，对材料的烧结性以及强度影响很大。固相烧结时，颗粒表面上微量的其它物质生成的液相，或添加少量元素加速颗粒表面原子的扩散以及表面氧化膜对异类粉末的反应等都可能提高原子的活性和加速烧结过程。氧化物基金属陶瓷材料或添加少量元素加速颗粒表面原子的扩散以及表面氧化膜对异类粉末的反应等都可能提高原子的活性和加速烧结过程。氧化物基金属陶瓷材料的烧结性能，因组分间有相互作用的烧结性能，因组分间有相互作用(润湿、溶解、化学反应润湿、溶解、化学反应)而得到改善。有选择地加入所谓中间相而得到改善。有选择地加入所谓中间相(它与两种组分均起反应它与两种组分均起反应)可促进两相成分的可促进两相成分的相互作用。相互作用。