五邑大学粉末冶金及陶瓷成型技术

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1、第5章粉末冶金及陶瓷成型技术5.1粉末冶金及陶瓷成型的基本原理5.2粉体的成形方法及设备5.3粉末冶金制品的结构工艺性5.4粉末冶金及陶瓷成型新技术粉末冶金和陶瓷材料是以粉体（粉末）为原材料，经过成形和烧结工艺制备而成。史料：电灯钨丝与粉末冶金用钨丝(tungstenfilament)作为灯丝制作白炽灯，是照明发展史上的一座里程碑，同时也奠定了粉末冶金技术的基础。金属材料的生产和加工，一般需要经过熔炼和铸造两个过程。1909年出现一种电灯钨丝的制造方法，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

2、称为“粉末冶金法”5.1粉末冶金及陶瓷成形的基本原理一、概述二、粉体的基本性能三、粉体成形的原理四、烧结的基本原理一、概述粉末冶金(Powdermetallurgy）应用粉末冶金法可以制造一些具有特殊成分或具有特殊性能的制品。许多难熔材料如WC，TiC至今只能用粉末冶金方法来生产。互不熔合的金属或金属与非金属，如铜-钨，铜-石墨，也可以应用粉末冶金法制造。此外，应用粉末冶金法，制品可以达到或接近零件要求的形状、尺寸精度与表面粗糙度，不需要或需要很少的后续机械加工。因此，可以节省原材料，节省工时，节约能源等。粉末冶金用得最多、历史最久的是用来制造各种衬套和轴套。粉末冶金法常用的金属

3、有：Fe、Cu、Al、Sn、Ti、Ni、Zn以及难熔金属。表5-1列出粉末冶金的优点和缺点。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。陶瓷制品二、粉体的基本性能粉体（powder）是由大量固体粒子(particles)组成的集合体，它表示物质的一种存在状态。它既不同于气体、液体，也不完全同于固体。粉体的性能包含物理性能和工艺性能两方面。粒度(particlesize)指粉体颗粒的大小，通常以直径表示。对于非球形的颗粒用等效半径来表示，即把不规则的颗粒换算

4、成与之同体积的球体，以球体的等效直径作为颗粒的粒度，实际粉体所含颗粒的粒度并不是完全相等的，而是呈现出一个分布的范围，通常用粒度分布来表示各种不同大小颗粒所占的百分比。粒度分布越窄，说明颗粒的分散程度越小，集中度越高。筛分法是粉体粒度测试的常用方法之一，通过各种标准尺寸的筛网来确定粉体的粒度。除筛分法之外，还有显微法、沉降法等来测定粉体的粒度。图6-3为镍铬合金粉体的电子显微图片，从图中可以看出粉体的粒度范围为50~100mm之间。图6-4为测定粉体粒度的标准筛网。1.粒度2.颗粒形状颗粒形状表示粉体颗粒的几何形状，常用的颗粒形状有球形、片形、针形、柱形等。3.流动性流动性指粉体

5、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。4.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。三、粉体成形的原理通过一定的方法，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（2）塑性成形（3）浇注成形压制成形(compaction)是粉末冶金和陶瓷成形的常用方法之一。将松散的粉状原料放入模具中，并施加一定的压力后便获得块状坯体。1.压制成形（1）受到压力后，颗粒之间发生相对移动，“拱桥”被破坏，密度随压力的增加而迅速增加。（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

6、）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。粉体的压制过程如下：2.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。3.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。四、烧结的基本原理1.烧结(sintering)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。烧结是粉末冶金和陶瓷生产中的基本工序之一，对产品的性能起决定性作用。按照烧结过程有无明显的液

7、相出现进行分类，可分为固相烧结和液相烧结两类。2.烧结机理图6-7是固相烧结模型示意图。5.2粉体的成形方法及设备一.粉体制备二.粉体成形三.烧结四.后处理一、粉体制备1.制粉方法(methodsofpowderproduction)粉体是粉末冶金和陶瓷制品的原材料，粉体的质量显著影响后续的成形和烧结过程以及制品的最终性能。粉体制备方法一般可分为机械粉碎法和物理化学法两大类。粉碎法通过将粗粒的原材料粉碎而获得细粉，粉碎过程中基本不发生化学反应。但是在粉碎过程中会混入杂质，而且采用