粉末冶金及陶瓷成型技术

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1、第六章粉末冶金及陶瓷成型技术6.1粉末冶金及陶瓷成型的基本6.2粉体的成形方法及设备6.3粉末冶金制品的结构工艺性6.4粉末冶金及陶瓷成型新技术6.5工程实例—铜基含油轴承的制造粉末冶金及陶瓷成型技术粉末冶金和陶瓷材料以粉体（粉末）为原材料，经过成形和烧结工艺制备而成。6.1粉末冶金及陶瓷成形的基本原理概述粉体的基本性能粉体成形的原理烧结的基本原理一、概述粉末冶金(Powdermetallurgy）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铸造方法，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

2、制、烧结金属粉末来制造零件的工艺称为“粉末冶金法”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。图6-2为几种粉末冶金制品。粉末冶金法常用的金属有：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。

3、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

4、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(particleshape)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

5、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）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

6、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。按照烧结过程有无明显的液相出现进行分类，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。6.2粉体的成形方法及设备1.粉体制备2.粉体成形3.烧结

7、4.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，而且采用粉碎法一般不易获得粒径在1mm以下的微细颗粒。物理化学法通过物理或化学作用，改变材料的化学成分或聚集状态而获取粉体。这种方