粉末冶金基本知识篇

粉末冶金基本知识篇

绪论

粉末冶金（也称金属陶瓷法）：制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。

粉末冶金工艺：1）、制取金属、合金、金属化合物粉末以及包覆粉末；

2）、将原料粉末通过成形、烧结以及烧结后的处理制得成品。 大概流程：物料准备（包括粉末预先处理（如加工，退火）、粉末分级、混合和

干燥等）→成形→烧结→烧结后处理（精整、浸油、机加工、热处理、 粉末冶金的特点：

1. 能生产用普通熔炼方法无法生产的具有特殊性能的材料：

① 能控制制品的孔隙度(多孔材料、多孔含油轴承等)；

② 能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材

料（钨-铜假合金型的电触头材料、金属和非金属组成的摩擦材料等）； ③ 能生产各种复合材料。

2.粉末冶金方法生产的某些材料，与普通熔炼法相比，性能优越：

① 高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法生产的好（粉末高速钢可避免成分

的偏析）；

② 生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末冶金法（钨、钼、铌等难熔

金属）。

粉末冶金技术的优越性和局限性：

优越性：1）、无切削、少切削，能够大量节约材料，节省能源，节省劳动。普通铸造合金切削量在30-50%，粉末冶金产品可少于5%。2）、能够大量能够制备其他方法不能制备的材料。3）、能够制备其他方法难以生产的零部件。

局限性：1、粉末成本高；2、制品的大小和形状受到一定限制；3、烧结零件的韧性较差。

常用粉末冶金材料：粉末冶金减摩、多孔、结构、工具模、高温和电磁材料。

第一章：粉末的制取

第一节：概述

制粉方法分类：

机械法：由机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。 物理法：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末。

化学法：依靠化学或电化学反应，生成新的粉态物质（气相沉积、还原化合、电化学发）。

在固态下制取粉末的方法包括：有机械粉碎法和电化腐蚀法；还原法；还原-化合法。

在气态制备粉末的方法包括:蒸气冷凝法；羟基物热离解法。

在液态制备粉末的方法有:雾化法；置换法、溶液氢还原法；；水溶液电解法；熔盐电解法。

从过程的实质看，现有制粉方法大体上可归纳为两大类，即机械法和物理化学法。 机械法是将原材料机械地粉碎，而化学成分基本上不发生变化；物理化学法是借助化学或物理的作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而活的粉末。

第二节：还原或还原-化合法

还原法：

定义:用还原气体(固体)或活泼金属将氧化物还原制备粉末的过程。

具体包括：气相还原法和碳还原法。前者分为气相氢还原（还原剂----氢气）和气相金属热还原（还原剂----低熔点、低沸点的金属如Mg、Ca、Na等）；后者举例：Fe2 O3 → Fe3 O 4→浮斯体(FeO• Fe 3O4 )→ Fe。当然，用固体碳还原还可以制取钨粉，用氢或分解氨还原可制取钨、钼、铁、铜等，用钠、钙、镁等金属还原剂可制取钛、锆、铀等。

影响碳还原铁氧化物过程和铁粉质量的因素：

1）原料

①原料中杂质:原料中杂质特别是SiO2的含量超过一定限度后，不仅还原时间延长，并且使还原不完全，铁粉中含铁量降低。因此，一般以铁磷或矿石作原料需要进行磁选。

② 原料粒度:多相反应与界面有关，原料粒度愈细，界面的面积愈大，因而促进反应的进行。所以，原料准备中一般要粉碎。

2）固体碳还原剂

① 固体碳还原剂类型：还原能力：木炭> 焦炭> 无烟煤

② 固体碳还原剂用量：一定还原条件下，其用量主要依据氧化铁的含氧量来定。适宜的还原剂加入量：86%-90%

3）还原工艺条件

① 还原温度和还原时间：随温度升高，还原时间缩短。

② 料层厚度：随着料层厚度的增加，还原时间随之增长。在料层0.6—3.6cm范围，还原时间增长与厚度增厚成直线关系，这是传热阻力增大的缘故。（装罐层装法→装罐环/柱装法）

③ 还原罐密封程度的影响：保证一定的气氛（为保证有足够CO，一般要密封还原罐）。

4）添加剂

① 加入一定的固体碳：碳加入方法：原料铁鳞或铁矿石与固体碳混合压团装入；原料与还原剂分层相间装入。生产上常采用后者。且加入适量固体碳可起疏松剂和辅助还原剂作用。

② 返回料的影响：加入一定量飞废铁粉，加速还原过程（主要缩短诱导期）。 ③ 引入气体还原剂：引入气体可使还原过程加速。

④ 碱金属盐的影响：引入碱金属盐可使还原过程加速（Na2CO3，K2CO3等）。

5）海绵铁的处理：还原退火处理作用：退火软化作用，提高铁粉的塑性，改善铁粉的

压缩性；补充还原作用；脱碳作用，把碳含量降低到0.25-0.05%以下。

复合型粉末：是指用气体或液体雾化法制成的完全预合金粉末、部分扩散预合金

粉末以及粘附型复合粉末。

补充：

1、气体还原法：可作为还原剂的有氢、分解氨（H2+N2）、转化天然气（主要成

分为H2和CO）、各种煤气（主要成分是CO）等。此方法制取的铁粉

比用固相法制备的要纯。

氢还原法制取铁过程：当氢还原氧化铁时，提高压力对还原是有利的，相当于提高温度来提高还原速度。或者说，当采用高压还原时，还原温度可以大大降低，还原所得的铁粉不会粘结成块。值得注意的是，在低温下所得的铁粉有自燃性，为防止氧化，要在常压下在保护气氛中加热到600—800℃，使铁粉被钝化

而失去自燃性。

氢—铁法特点：1）、采用较低的还原温度和较高压力；2）、可利用粉矿；3）、所得的铁粉很纯，适合生产粉末冶金铁基零件；4）、所用的氢是将转化天然气中的CO转化成CO2除去后的转化氢；5）、还原后的气体带出一部分固体颗粒，由还原反应器顶部引入旋风收尘器内，大于325目的颗粒返回还原反应器。 氢还原法制取钨过程：一般用分段还原法制取。

影响钨粉粒度和纯度的因素：原料（WO3粒度、含水量、杂质）；氢气（湿度、流量和通氢方向）；还原工艺条件（温度、推舟速度、舟中料层厚度）以及添加剂。

注意：粗颗粒钨粉通常采用一阶段直接还原法（1200℃）制取；中、细颗粒一般采用两阶段还原法。

2、金属热还原法：主要应用于制取稀有金属，特别适用于生产无碳金属。 还原—化合法：

生产难熔金属化合物的方法：

1、用碳（或喊碳气体）、硼、硅、氮与难熔金属直接化合；

2、用碳，碳化硼、硅、氮与难熔金属氧化物作用而得碳化物、硼化物、硅化物和氮化物。

第三节：气相沉积法

物理气相沉积法：用物理方法（蒸发、溅射等），使镀膜材料汽化在基体表面，

沉积成覆盖层的方法。

化学气相沉积法：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们

相互之间发生化学反应，形成一种新材料，沉积到晶片表面上。

气相沉积法用在粉末冶金中的有以下几种：

1、 金属蒸气冷凝：主要用于制取具有大蒸气压的金属（锌、镉等）粉末，这些金属的特点是具有较低的熔点和较高的挥发性；

2、 羰基物热离解：离解金属羰基化合物而制取粉末。不过，金属羰基化合物挥发时有不同程度的毒性，生产上应采取防毒措施；

3、 气相还原法：包括气相氢还原和气相金属热还原。前者主要是还原金属氯化物，制得粉末、合金粉和包覆粉末，一般是很细的或超细的；

4、 化学气相沉积（CVD）：是从气态金属卤化物（主要是氯化物）还原化合沉积制取难熔化合物粉末和各种涂层（包括碳化物、硼化物、硅化物和氯化物等）的方法。

第四节：液相沉积法

定义：在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加入适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物再将沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的粉体颗粒。 液相沉淀法在粉末冶金中的应用有以下几种：

1）、金属置换法：制取铜粉、铅粉、银粉等。用一种金属从水溶液中取代出另一种金属的过程叫做置换。影响置换过程和粉末质量的因素有：金属沉淀剂、被沉淀金属等。

2）、溶液气体还原法：主要是溶液氢还原法，可以制取铜粉、镍粉、钴粉，也可以制取合金粉（如镍-钴合金粉）和各种包覆粉（如Ni/Al等）。

3）、共沉淀法制取复合粉 ：共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀。共沉淀法是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。

共沉淀制取复合粉的方案：

1.使基体金属和弥散相金属的盐或氢氧化物在某种溶液中同时均匀析出，后经干燥、分解、还原以得基体金属和弥散相的复合粉；

2.将弥散相制得最终粒度，后悬浮在含基体金属的水溶液中作为沉淀结晶核心，待基体金属以某种化合物沉淀后，经干燥和还原就可得以弥散相为核心，基体金属包覆在外的包覆粉。

第五节：电解法

电解制粉可以分为：水溶液电解、有机电解质电解、熔盐电解和液体金属阴极电解。其中用的较多的是水溶液电解和熔盐电解。

水溶液电解法：可以生产铜、铁、镍、银等。

从粉末特性来看，电解法有一个提纯过程，因而所得粉末较纯；同时，由于电解结晶粉末形状一般为树枝状，压制性（包括压缩性和成形性）较好；电解还可以控制粉末粒度，因而可以生产超细粉末。

水溶液电解基本原理——电化学原理

电解：在直流电作用下，在电极上产生氧化与还原的过程。在阳极上失去电子，氧化反应，成为正离子；在阴极上金属正离子获得电子，还原成为金属原子。电解时，电能转化为化学能——作用与原电池相反。

第六节：雾化法

1. 雾化法

雾化法属于机械制粉法，是直接击碎液体金属或合金而制得粉末的方法。又称喷雾法。可用于制取铅、锡、铝、铜、镍、铁、锌等金属粉末，也可制取合金粉末。

液体金属的击碎包括制粒法和雾化法：

1.制粒法（让熔化金属通过小孔或筛网自动注入空气或水中，冷却凝固后得到金属粉末，粒度较粗）-低熔点金属制取（铅、锡、锌等）；

2.雾化法

① 二流雾化法，分气体雾化和水雾化；

② 离心雾化，分旋转圆盘雾化、旋转电极雾化、旋转坩埚雾化；

③ 其他雾化法，如真空雾化、油雾化等

比较原理：二流雾化法是利用高速气流或高压水击碎金属液流的，而机械粉碎法是借机械作用破坏固体金属原子间的结合，所以雾化法只要克服液体金属原子间的键合力就能使之分散成粉末，因而，雾化过程所消耗的外力比机械粉碎法小得多。

根据雾化介质对金属液流作用的方式不同，雾化就有多种形式：平行喷射、垂直喷射和互成角度的喷射（V型、锥形和旋涡环形喷射）。其中互成角度的喷射最有意义。

雾化机理分析：有物理—机械作用和物理—化学变化（具体分析见P95）。 影响雾化粉末性能的因素：

（1）雾化介质

1）雾化介质类别：气体：空气和惰性气体等。空气-雾化过程氧化不严重或雾化后经还原处理可脱氧的金属（如铜、铁和碳钢等）。惰性气体—减少金属液的氧化和气体溶解。 液体：水

2）气体或水的压力的影响：气体压力愈高，所得粉末愈细。

（2）金属液流

1）金属液的表面张力和粘度：在其他条件不变时，金属液的表面张力愈大，粉末成球形的愈多，粉末粒度也较粗；相反，金属液的表面张力小时，液滴易变形，所得粉末多呈不规则形状，粒度也减小。减小金属的粘度，促进液滴球化。

2）金属液过热温度：在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度愈高，细粉末产出率愈高，愈容易得球形粉末。

3）金属液流股直径：当雾化压力与其他工艺参数不变时，金属液流股直径愈细，所得细粉末也愈多。

（3）其他工艺因素

1）喷射参数：金属液流长度、喷射长度、喷射顶角等对不同的体系，适当的喷射顶角一般都通过试验确定。

2）聚粉装置参数的影响：液滴飞行路程较长，有利于形成球形颗粒，粉末也较粗。

气雾化和水雾化的区别：

粉末形状：气雾化容易获得球形粉末。水雾化获得粉末表面张力较小的呈土豆状或不规则形状，只有那些表面张力较大的合金，例如镍基合金，才能得到球形合金粉末。

化学成分：不论是采用水雾化还是采用气雾化，制作出的合金粉末的化学成份不会因为制作方法的不同而产生差异。

金相组织：采用气雾化制作的合金粉末，合金的过冷度要比采用水雾化制作的小许多，所以相同的化学成份，采用不同的雾化方法制出的合金粉末的金相组织会不一样。

另外，对于水雾化而言，由于金属液滴冷却速度快，粉末表面氧化大大减少，可以用于制取铁、低碳钢等。但目前还不适用于活性很大的金属或合金、超合金等。且，由水雾化制取铁粉和合金钢粉工艺中发现：由于水比气体的粘度大且冷却能力强，水雾化法特别适用于熔点较高的金属与合金以及制造压缩性好的不规则形状粉末。

2.离心雾化法

利用机械旋转的离心力将金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末。

3.快速冷凝技术（RST）

主要特点：

（1）急冷可大幅度地减小合金成分的偏析；

（2）急冷可增加合金的固溶能力；

（3）急冷可消除相偏聚和形成非平衡相；

（4）某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除；

（5）由于晶粒细化达微晶程度，在适当应变速度下可能出现超塑性等。

第七节：机械粉碎法

定义：利用机械力将金属或其它材料破碎制取末的方法。是靠压碎、击碎和磨削等作用，将块状金属或合金机械地粉碎成粉末的方法。

机械粉碎法的四种基本形式：压碎、击碎、磨碎和剪切。

注意：虽然所有的金属和合金都可以被机械地粉碎，但实践证明，机械研磨比较适用于脆性材料。研磨塑性金属和合金制取粉末的有旋涡研磨、冷气流粉碎。 球磨的基本规律：几种研磨机中用得 最多的是球磨机，而滚动球磨机又是最基本的。它是最简单的方法，最简单的设备，最有效有方法之一。仅需要球、材料（干、湿）和球磨筒。

球磨粉碎物料的作用（压碎、击碎和磨削）主要取决于球和物料的运动状态，而球和物料的运动又取决于球磨筒的转速。球和物料的运动有三种基本情况：泻落、抛落和临界转速。

影响球磨的因素：（P114—116）

a、球料比：一般在球体装填系数0.4-0.5时，装球量应以填满球间的空隙稍掩

盖住球体表面为原则；

b、球体直径（大小）：选择范围：d

表面活性剂—有利于裂纹扩展；

d、球磨筒的转速：n工=0.6n临界使球产生滚动研磨较细物料；如果物料较粗、

性脆，需要冲击时，可选用n工=0.7-0.75n临界的转速；

e、装球量：一般球磨机的装填系数（装球体积和球磨筒体积比）0.4-0.5为宜； f、被研磨物料的性质：脆性、延性粉末破碎不同。

球磨的强化：振动球磨、搅动球磨

其他机械粉碎法：旋涡研磨、冷气流粉碎

第八节：超细金属粉末及其制取

超细颗粒：粒径小于0.1μm而必须用电子显微镜才能看见的颗粒。

超细金属粉末：许多单个超细金属颗粒的聚合体。

超细金属粉末的制取方法：

1、物理法：物理气相沉积法、电子束法等

2、化学法：气体还原法、等离子化学气相沉积法等

3、物理化学法：真空电弧等离子射流蒸发反应法等

其它制粉方法：Sol－Gel法制取超细粉末、纳米粉末、氧化铝、氧化锆等金属氧化物粉末。

例：若制取多孔状、球状、树枝状粉末及超细粉末，应分别采用何种制粉方法，为什么?

第二章：粉末性能及其测定

第一节：粉末及粉末性能

固态物质按分散程度不同分成致密体、粉末体和胶体三类。>1mm ----致密体或常说的固体；0.1μm -1mm ----粉末体或简称粉末；

一、粉末颗粒与粉末体：

粉末颗粒： 晶粒或多晶聚合体

粉末体：简称粉末，是由大量的粉末颗粒组成的一种分散体系，其中的颗粒彼此可以分离，或者说，粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。 粉末颗粒表现出流体性质，粉末越细，流动性质越明显。

二、粉末颗粒：

1.颗粒聚集状态

• 粉末聚集状态：二次颗粒、团粒和絮凝体。

• 单颗粒：粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。

• 二次颗粒：单颗粒以某种方式聚集就构成二次颗粒，次颗粒。

• 团粒：由单颗粒或二次颗粒依靠范德华引力的作用下结合而成的粉末颗粒，易

于分散。

• 絮凝体：用溶胶凝胶方法制备的粉末，在粉末悬浊液中，由单颗粒或二次颗粒

结合成的更松软的聚集颗粒。

注：一次颗粒往往不能单独存在而聚集在一起，聚集力主要是物理作用力，而非强化学健结合。一次颗粒之间形成一定的粘结面，在二次颗粒内存在一些微细的空隙。一次颗粒或单颗粒可能是单晶颗粒，而更普遍情况下是多晶颗粒，但晶粒间不存在空隙。一次颗粒粒度测定, 惰性气体表面吸附方法BET二次颗粒粒

度测定, x-ray, optical microscope, TEM, SEM

2.颗粒结晶构造和表面状态

1）颗粒结晶构造

• 颗粒的内部结构与颗粒的外部结构比较， 颗粒的内部结构非常复杂。 • 多晶颗粒通常的粉末只能制得多晶颗粒，用RST快速冷凝技术可制备单晶颗粒或准晶、非晶粉末颗粒。

• 缺陷：表面缺陷，加工硬化，内空隙。畸变，杂质，裂纹、亚结构、第二相、合金元素，吸附物。

2）颗粒表面状态： 内表面、外表面， 内表面远比外表面复杂、丰富。

• 外表面：颗粒表面所有宏观的凸起和凹进的部分以及宽度大于深度的裂隙。 • 内表面：深度超过宽度的裂隙、微缝以及与颗粒外表面相通的孔隙、空腔等的壁面，不包括封闭在颗粒内的潜孔。

三、粉末性能

粉末性能分类：

（1）单颗粒性能（质）

由材质决定：点阵类型、理论密度、熔点、电磁性能„„

由制粉方法决定：粒度、形状、有效密度„„

（2）粉末体性能（质）：单颗粒性能+粒度组成、平均粒度、比表面、振实密度、松装密度、流动性、压制性能„„

（3）粉末孔隙特性：总孔隙、颗粒间孔隙、颗粒内孔隙、孔隙的开闭性、孔隙大小、形状等。

最常见的性能分类体系：化学性能（成分）、物理性能、工艺性能。

1.化学成分：化学性质主要指粉末的化学组成包括主要金属的含量和杂质的含量。 ● 主要成分（如铁粉中的Fe）含量—对粉末性能有决定影响；

● 化学组成还包括杂质的种类和含量—对粉末性能也有重要影响。

粉末中的杂质主要指：

1.与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属成分:Fe-C， Fe-Ni，W-Mo等。

2.从原料和粉末生产过程中带进的机械夹杂:主要为非金属类机械夹杂物： Si、Al氧化物、硅酸盐等。

3.粉末表面吸附水，氧，空气。

4.制粉过程中带进的杂质：电解、雾化、气体还原粉末中的C、N、H、O等。 针对不同成分，有多种分析方法：传统的化学滴定法、燃烧法、溶解法、荧光分析法、能谱分析法等。

粉末氧含量测定：

● 氢损值（P125）（可被H还原氧含量测定）：用氢还原，计算粉末还原前后的重量变化。 适用于工业铁、铜、钨、镍、钴等粉末。

氢损值=（A-B）/（A-C）x 100% A—粉末（5克）加烧舟的质量；B—氢气中煅烧后残留物加烧舟的质量；C—烧舟的质量

注：对金属粉末中可被氢还原的氧化物的氧含量的估算：

1.SiO2、CaO、Al2O3不被氢还原：实际氧含量高于测得氧含量

2.粉末有脱碳、脱硫反应及金属挥发：实际氧含量低于测得氧含量

● 酸不溶物法

原理：粉末试样用某种无机酸（铜用硝酸，铁用盐酸）溶解，将不溶物沉淀和过滤出来，在980下煅烧1h后称重，再按下列公式计算酸不溶物含量：

铁粉盐酸不溶物=A/B×100% 式中A-盐酸不溶物的克数；B-粉末试样的克数。

铜粉硝酸不溶物=（A-B）/C×100% 式中A-硝酸不溶物的克数；B-相当于锡氧化物的克数；C-粉末试样的克数。

2.物理性能：颗粒形状及结构、颗粒大小及粒度组成、比表面积、颗粒密度、颗粒硬度、熔点、热学、电学、磁学、光学性质等。

（1）颗粒形状：主要由制粉方法和制粉决定，同时也与物质的分子或原子排列的结晶几何学因素有关。

某些特定形状的粉末只能通过特定的方法生产：

球形粉末-雾化法、多孔粉末-还原法、树枝状粉末-电解法、片状粉末-研磨法

颗粒形状对粉末的工艺性能以及压坯和烧结体强度有显著影响。

（2）颗粒密度

● 真密度: 颗粒质量除去开孔和闭孔的颗粒体积去除得的商值，粉末材料理论密度D1 。

● 有效密度（比重瓶密度）：包含闭孔隙在内的密度D2

● 似密度（表观密度）: 包含开、闭孔隙在内的粉末密度D3

D1= m/（V-V孔）= m/（V-V开-V闭） D2= m/（V-V开） D3= m/ V

V—颗粒总体积； V孔—孔隙体积；V开、V闭—开、闭孔体积

D3

（3）显微硬度

● 不同方法生产同一种金属的粉末，显微硬度是不同。粉末纯度越高，硬度越低，粉末退火降低加工硬化程度、减少氧、碳等杂质含量后，硬度降低。 ● 硬度对粉末的压制性能有重要影响，模压成形时对模具的寿命影响显著。

3.工艺性能：松装密度、振实密度、流动性、压缩性与成型性。主要取决于粉末的生产方法和粉末的处理工艺（球磨、退火、加润滑剂、制粒等）。

（1）松装密度和振实密度

松装密度：粉末在规定条件下自然充填容器时，单位体积内自由松装粉末体的质量g/cm3。 测量方法: 流量法，粉末自由落下

影响因素: a. 粒度: 粒度小，松装密度小；

b. 颗粒形状：形状复杂， 松装密度小，松装密度从大到小排列：球形粉＞类球形＞不规则形＞树枝形

c. 表面粗糙度

d. 粒度分布：细粉比例增加，松装密度减小;粗粉中加入适量的细粉，松装密度增大。

振实密度：粉末装于振动容器，规定条件下，经过振动敲打后测得的粉末密度。 振动使粉末颗粒堆积紧密，但粉末体内仍存在大量的孔隙。孔隙体积与粉末体的表观体积之比的百分数称为孔隙度（θ）。

孔隙振实密度与粉末体中的孔隙：粉末体中的孔隙包括颗粒之间的空隙和颗粒内更小的空隙。

θ＝1－ρ/ρ理 ρ—松装密度，ρ理—材料的理论密度或颗粒真密度。 ρ/ρ理称为粉末体的相对密度，用d 表示，其倒数，β＝1/d称为相对体积。孔隙度与相对密度和相对体积的关系为：θ＝1－d 和θ＝1－1/β

由大小相同的规则球形颗粒组成的粉末的孔隙度：

θ＝0.476，最松散的堆积 θ＝0.259，最紧密的堆积

如果颗粒的大小不等，较小的颗粒填充到大颗粒的间隙中，孔隙度将降低；颗粒形状影响孔隙度，形状越复杂，孔隙度越大；

（2）流动性：一定量粉末(50g) 流经标准漏斗所需的时间：s/50 g

意义：反映压制时粉末充填模腔的能力

影响因素:1.颗粒间的摩擦、形状复杂，表面粗糙，流动性差、理论密度增加，流动性增加、粒度组成：细粉增加，流动性变差。

测定方法：标准漏斗测量流速、粉末自然堆积角（安息角）试验测定流动性。

2.流动性与粉末密度有关：如果粉末的相对密度不变，颗粒密度越高，流动性越好；颗粒密度不变，相对密度增大会使流动性提高;

3.同松装密度一样，流动性受颗粒间粘附作用的影响：颗粒表面吸附水分、气体, 加入成形剂减低粉末的流动性。流动性直接影响压制过程自动装粉和压件密度的均匀性：是自动压制工艺中必须考虑的重要工艺性能。

（3） 压制性和成形性

压制性是压缩性和成形性的总称。

①压缩性：粉末在压制过程中被压紧的能力。

表示方法是：一定压制条件下粉末压坯的密度（在规定的模具和润滑条件下加以测定，用在一定的单位压制压力（500MPa）下粉末所达到的压坯密度表示） 意义: 压坯密度对最终烧结密度有重要影响，进而影响烧结体性能。 影响压缩性因素:

a 颗粒塑性，显微硬度；b 合金元素或非金属夹杂时，会降低粉末的压缩性；c 颗粒形貌：不规则的颗粒压缩性差；d 密度减少时（空隙增加）压缩性差。 凡是影响粉末密度的因素都对压缩性有影响。

②成形性：压制后，粉末压坯保持形状的能力。用压坯强度表示。

意义: 压坯加工能力，加工形状复杂零件的可能性

影响因素： 颗粒之间的啮合与间隙：不规则颗粒，颗粒间连接力强, 成形性好；颗粒越小，成型性越好。

成形性和压缩性矛盾：成形性好的粉末压缩性差，压缩性好的粉末成形性差。

第二节 粉末粒度及其测定

一、粒度和粒度组成

1、基本概念

●粒度：以mm或μm的表示的颗粒的大小称颗粒直径，简称粒径或粒度。 ●粒度分布：由于组成粉末的无数颗粒一般粒径不同。具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量称粉末的粒度组成，又称粒度分布。

●粒度对单颗粒而言，而粒度组成则指整个粉末体。但是通常说的粉末粒度包含有粉末平均粒度的意义，也就是粉末的某种统计性平均粒径（对粉末体也可称粒度，但是指平均粒度）。

粉末的粒度和粒度组成直接影响其工艺性能。

2、粒径基准

●用直径表示的颗粒大小称粒径。规则粉末颗粒可以直接用球的直径或投影圆的直径来表示粒径—最简单和最精确。

●近球形、等轴状颗粒，用最大长度方向的尺寸代表粒径，误差也不大。

●大多数粉末颗粒，形状不对称，仅用一维几何尺寸不能精确表示颗粒真实的大小，最好用长、宽、高三维尺寸的某种平均值来度量，称为几何学粒径。 几种粒径基准：

（1）几何学粒径dg：：用显微镜按投影几何学原理测得的粒径称投影径。

二轴平均径：2 (l+b) 三轴平均径：3 (l+b+t)

加和（调和）平均径：

3（1/l）+(1/b)+(1/t)11

几何平均径：（2lb+2bt+2tl）1/2/6 体积平均径：3lbt/(lb+bt+tl)

（2）当量粒径de：用沉降法、离心法或水力学法等测得的粉末粒径。

（斯托克斯径物理意义：与被测粉末具有相同沉降速度且服从斯特克斯定律的同质球形粒子的直径）包括：体积当量径（d球=(6V/π )1/3）和面积当量径（d圆=（4/π）s1/2圆）。

（3）比表面粒径dsP：利用吸附法、透过法和润湿热法测定粉末的比表面，再换算成具有相同比表面值的均匀球形颗粒的直径，称为比表面积径。

（4）衍射粒径dsc：对于粒度接近电磁波波长的粉末，基于光与电磁波(如X光等) 的衍射现象所测得的粒径称为衍射粒径。

3、粒度分布基准：

（1）个数基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒粉占全部颗粒总数中的个数表示，又称频度分布；

（2）长度基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和中的多少表示；

（3）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的表面积总和中的多少表示；

（4）质量基准分布: 以每一粒径间隔内的颗粒总质量占全部颗粒的质量总和中的多少表示。

粒度分布基本概念：

频度: 第i 级粉末颗粒数与总颗粒数之比100%；第i 级粉末重量数与总重量数之比100%；第i 级粉末体积数与总体积数之比100%。

相对频度：单位尺寸(微米)上的频度数

粒度分布曲线：以颗粒数或颗粒频度对平均粒径所作的粒度分布曲线称为 频度分布曲线，曲线峰值所对应的粒径称为多数径．

累积分布曲线：

将各种粒级粉末个数或百分数逐一相加累积并做图，可以得到累积分布曲线，分布曲线对应５０％处称为中位径，当考虑累积分布曲线中粒径小于某个粒度的粉末占总体粉末的百分率时，这种累计为负累积.也可知道大于某个粒级的粉末占总粉末的百分率，称正累积分布曲线。

4、平均粒度：由符合统计规律的粒度组成计算的平均粒径统称平均粒径。包括算术平均径、长度平均径、体积平均径、面积及比面积平均径等。

直径；d—网孔直径

2、 显微镜法：采用显微镜观察颗粒，在刻度尺上量出颗粒直径，测500～1000粒，用算术平均值法计算。

3、沉降分析：是根据物质颗粒在介质中的沉降速率来测定颗粒大小的一种方法。 有液体沉降和气体沉降之分。

沉降分级原理：在具有一定粘度的粉末悬浊液内，大小不等的颗粒自由沉降时，其速度是不同的，粗颗粒沉降快。如果大小不同的颗粒从同一起点高度同时沉降，经过一定距离（或时间）后，就能将粉末按粒度的差别分开，这就是最简单的沉降分级原理。 沉降颗粒受三种力的作用：颗粒的重力介质浮力介质由于粘性对颗粒的阻力。

4、光散射法：颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小；颗粒越小，产生的散射光的θ角就越大。

5、光遮法； 6、电阻法； 7、淘析法（风选和水力分级）。

沉降法优点：粉末取样较多，代表性好，结果的统计性和再现性提高；

可选择不同的装置，能适应较宽的粒度范围（50- 0.01 μm）；

第三节 粉末的比表面及其测定

1、 粉末克比表面Sw：

1g质量的粉末所具有的总表面积——质量比表面（m2/g 或cm2/g）

2、 体积比表面Sv：致密体的比表面。（m2/cm2）

3、 测定方法：吸附法（BET）——测量比表面积，测量一次颗粒

透过法（Fsss）——气体透过法测外比表面，测二次颗粒粒径（50-0.1μm）

气体吸附法：测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积，再由气体分子的横截面积计算1g物质的总表面积，即得克比表面。分为物理吸附和化学吸附。前者是范德华力的作用，后者是化学键力起作用。 测试方法：静态法、动态法。

透过法：分气体透过法和液体透过法（只适用于粗粉末或孔隙较大的多孔性固体）。

第三章 成形

普通模压成形：将金属粉末或混合料装在钢制压模内通过模冲对粉末加压，卸压后，压坯从阴模内压出。

第一节 成形前的原料预处理

（一）预处理包括：粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑剂等。

（二）预处理的作用：

1、退火：还原氧化物，消除杂质，提高纯度；消除加工硬化，稳定粉末的晶体结构；钝化金属，防止自燃（使细粉末适度变粗，或形成氧化薄膜）。一般用还原气氛，有时也可用惰性气氛或真空。

2、混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀。分为机械法和化学法。有时需将成分相同而粒度不同的粉末进行混合，称为合批。

（1）机械法：各种混合机将粉末或混合料机械地掺合均匀而不发生化学反应。

a.干混法：铁基及其它粉末冶金零件的生产

b.湿磨法：硬质合金或含易氧化组份合金的生产。

一般采用工业酒精作为研磨介质。

影响均匀程度的因素：混合组元的颗粒大小和形状、组元的比重、混合时所用介质的特性、混合设备的种类、混合工艺（装料量、球料比、时间、转速等）。

（2）化学法混料：将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合，或者

是各组元全部以某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥、还原等处理而得到均匀分布的混合物。

注：混合较前者更为均匀,可以实现原子级混合。

3、筛分：筛分的目的在于把颗粒大小不匀的原始粉末进行分级，使粉末能够按照粒度分成大小范围更窄的若干等级。通常用标准筛网制成的筛子或振动筛来筛分，而对于钨钼等难熔金属的细粉或超细粉末则用空气分级的方法。

4、制粒：将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，常用来改善粉末的流动性。 原理：借助于聚合物的粘结作用将若干细小颗粒形成团粒。常用的制粒任务的设备有圆筒制粒机、圆盘制粒机和擦筛机等，有时也用振动筛来制粒。

5、加成形剂和润滑剂

成形剂：成形剂是为了提高压坯强度或为了防止粉末混合料离析而添加的物质，在烧结前或烧结时该物质被除掉，有时也叫粘结剂，如硬脂酸锌、合成橡胶、石蜡等。成形剂在混料过程中以干粉末或溶液状态的形式加入，在某些场合（如硬质合金生产）也以溶液状态加。（P169）

润滑剂：润滑剂是为了降低压形时粉末颗粒与模壁和模冲间摩擦、改善压坯的密度分布、减少压模磨损和有利于脱模，如石墨粉、硫磺粉、橡胶、硬脂酸、石蜡等。

选择成形剂、润滑剂的基本条件：

（1）有较好的粘结性和润滑性，在混合粉末中易均匀分散，且不发生化学变化；

（2）软化点较高，混合时不易因温度升高而熔化；

（3）混合粉末中不致于因添加这些物质而使其松装密度和流动性明显变差，对烧结体特性也不能产生不利影响；

（4）加热时，从压坯中易呈气体排出，且这种气体不影响发热元件、耐火材料的寿命。

第二节 金属粉末压制过程

压制的主要功能：

（1）将粉末成形为所要求的形状；

（2）赋予坯体以精确的几何形状与尺寸，应考虑烧结时的尺寸变化；

（3）赋予坯体要求的孔隙度和孔隙类型；

（4）赋予坯体以适当的强度，以便搬运。

工序组成：称粉、装粉、压制、保压及脱模。

压制方式：a)单向压制b)双向压制c)浮动压制

（一）弹性后效：在压制过程中，粉末由于受力而发生弹性变形和塑性变形，压坯内存在着很大的内应力，当外力停止作用后，压坯便出现膨胀现象

（二）压坯密度与影响因素的关系：

a.随压制压力的增高而增大；

b.随粉末的粒度或松装密度的增大而增大；

c.颗粒的强度和硬度降低，有利于提高压坯密度；

d.降低压制速度，提高压坯密度。

（三）搭桥：粉末在松装堆集时，由于表面不规则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱桥孔洞的现象。

（四）压坯强度：压坯反抗外力作用保持其几何形状和尺寸不变的能力，是反映粉末质量优劣的重要标志之一。表征压坯抵抗破坏的能力，即颗粒间的粘结强度。 粉末颗粒间联结力：（1）颗粒间的机械啮合力；（2）颗粒表面原子间的引力。 对于任何金属粉末来说，压制时粉末颗粒之间的机械啮合力是使压坯具有强度的主要联结力。

第三节 压制压力与压坯密度关系的关系

（一）压制理论：粉末压制理论研究粉末压制成形过程中颗粒移动和变形的规律，讨论并定量描述压坯密度和压制压力的关系。包括：1.巴尔申压制理论；2.川北公夫压制理论；3.艾西-沙皮罗-柯诺皮斯基压制理论；4.黄培云压制理论。

1.巴尔申压制理论：适用于硬脆粉或中等硬度粉末的压制，对于塑性较好的粉末如铅、锡粉则出现偏差。且较适用于中等压力范围，较高或较低压力时均会出现偏差。

2.川北公夫压制理论：川北公式形式简单，没有采用对数关系。对低压力范围和软粉末适应较好。

3.艾西-沙皮罗-柯诺皮斯基压制理论：在中压及高压范围内应用较好，在很低的压力下出现偏差，适用于大多数粉末的压制。

4.黄培云压制理论：既适合于硬粉也适合于软粉，适用于粉末压制成形，也适用于粉末冷等静压成形。

（二）黄培云压制理论的优势：黄培云的双对数方程既适合于硬粉也适合于软粉，适用于粉末压制成形，也适用于粉末冷等静压成形。用回归分析方法整理铜、锡、钨、钼、碳化钨粉末的模压成形和冷等静压成形实验数据表明，与巴尔申、柯诺皮斯基和川北公夫的压制公式相比，黄培云双对数压制方程的直线关系符合最好，其回归直 线的相关系数R最接近于1。

•巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果好；

•川北公夫方程在压制压力不太大时优越性显著；

•艾西-沙皮罗-柯诺皮斯基方程适用于一般粉末；

•黄培云的双对数方程对软粉末或硬粉末都适用。

第四节 压制过程中力的分析

一、应力和应力分布

净压力（P1）：使粉末产生位移、变形、克服粉末的内摩擦。

压力损失（P2）：克服粉末颗粒与模壁之间外摩擦的力。

压制时所用的总压力为： P= P1 + P2

所以，压模内各部分的应力是不相等的。由于存在着压力损失，上部应力比底部应力大；在接近模冲的上部同一断面，边缘的应力比中心部位大；而在远离模冲的底部，中心部位的应力比边缘应力大。

二、侧压力和模壁摩擦力（了解P196图3-18的应力分布）

侧压力：压制过程中由垂直压力所引起的模壁施加于压坯的侧面压力。侧压力在压制过程中的变化是很复杂的。

注意：侧压力始终小于压制压力，其大小受粉末体各种性能及压制工艺的影响。 在没有润滑剂的情况下，外摩擦的压力损失可达60-90%，这是引起压块密度沿高度分布不均匀的根本原因。

一般情况下，外摩擦的压力损失应当取决于：（影响因素）压坯、原料与压模材料之间的摩擦系数，压坯与压模材料间粘结的倾向，模壁加工的质量，润滑剂的情况，粉末压坯高度，压模的直径等。

为了减少因摩擦出现的压力损失，采取的措施有：添加润滑剂；提高模具光洁度和硬度；改进成形方式如采用双面压制等。

三、脱模压力：使压坯由模中脱出所需的压力。

影响因素：压制压力、粉末性能、压坯密度和尺寸、压模和润滑剂。

四、弹性后效：

在压制过程中，当除去压制压力并把压坯压出压模后，由于内应力的作用，压坯发生弹性膨胀。

弹性膨胀现象的原因：由弹性内应力引起。

第五节：压坯密度的分布

影响压坯密度的因素：压坯的高度和直径；模壁的光洁度。

为了改善压坯密度的不均匀性，一般采取以下措施：

1）减小摩擦力：模具内壁上涂抹润滑油或采用内壁更光洁的模具；

2）采用双向压制以改善压坯密度分布的不均匀性；

3）模具设计时尽量降低高径比。

第六节：影响压制过程的因素

一、粉末性能对压制过程的影响

1.粉末的物理性能的影响

（1）金属粉末本身的硬度和可塑性：软金属粉末比硬金属粉末易于压制，软金属粉末在压缩时变形大，粉末之间的接触面积增加，压坯密度易于提高，塑性差的硬金属粉末在压制时则必须利用成形剂，否则很容易产生裂纹等压制缺陷。

（2）金属粉末的摩擦性能：压制硬金属粉末时压模的寿命短，压制硬质合金 粉末比压制铁制品消耗更多的压模，为了保证得到合格压坯和降低压模损耗，在压制时通常要添加润滑剂或成形剂。

2.粉末纯度（化学成分）的影响

纯度越高越容易压制。杂质多以氧化物形态存在，而金属氧化物粉末多是硬而脆的，且存在于金属粉末表面，压制时使得粉末的压制阻力增加，压制性能变坏，并且使压坯的弹性后效增加，如果不使用润滑剂或成形剂来改善其压制性，结果必然降低压坯密度和强度。

为了保证获得合格的压坯，一般要求粉末的含氧量在规定范围内。如：压形前粉末进行还原退火处理，进行真空退火也可以得到很好的效果。

3.粉末粒度及粒度组成的影响

粉末越细，流动性越差，在充填狭窄而深长的模腔时越困难，越容易形成搭桥。实践表明，非单一粒度组成的粉末压制性较好，因为这时小颗粒容易填充到大颗粒之间的孔隙去，压坯密度和强度增加，弹性后效减少，易于得到高密度的合格压坯。

4.粉末形状的影响

生产中所使用的粉末多是不规则形状的，为了改善粉末混合料的流动性，往往需要进行制粒处理。

粉末的形状对压制性能也有影响，不规则形状的粉末在压制过程中其接触面积比规则形状粉末大，压坯强度高，所以成形性好。

5.粉末松装密度的影响：实际中，合适的松装密度视具体情况确定。

二、润滑剂和成形剂对压制过程的影响

压制过程减少摩擦的方法：

1）采用高光洁度的模具或用硬质合金模代替钢模；2）使用成形剂或润滑剂。 成形剂—改善粉末成形性能，增加压坯的强度。

润滑剂—降低粉末颗粒与模壁和模冲间摩擦，改善密度分布，减少压模磨损和有利于脱模。

1.润滑剂和成形剂的种类及选择原则

粉末冶金用的润滑剂或成形剂一般应满足下列要求：

（1）具有适当的粘性和良好的润滑性且易于和粉末料均匀混合。

（2）与粉末物料不发生化学反应，预烧或烧结时易于排除且不残留有害杂质，所放出的气体对操作人员、炉子的发热元件和筑炉材料等没有损害作用。

（3）对混合后的粉末松装密度和流动性影响不大，除特殊情况（如挤压等），

其软化点应当高，以防止由于混料过程中温度升高而熔化。

（4）烧结后对产品性能和外观等没有不良影响。

2.润滑剂和成形剂的用量及效果

润滑剂和成形剂的加入量与粉末种类及粒度大小、压制压力和摩擦表面值有关，也与它们本身的材质有关。细粉末所需的添加量比粗粉末的多。

润滑粉末的润滑剂不足之处：

（1）降低了粉末本身的流动性；

（2）润滑剂本身需占据一定的体积，实际上使得压坯密度减少，不利于制取高密度制品；

（3）压制过程中金属粉末互相之间的接触程度因润滑剂的阻隔而降低，从而降低某些粉末压坯的强度；

（4）润滑剂或成形剂必须在烧结前或烧结中除去，因而可能损伤烧结体外观；

（5）某些润滑剂容易和金属粉末起作用，降低产品的物理机械性能。

三、压制方式对压制过程的影响

1.加压方式的影响

加压方式：单向压制、双向压制及多向压制和组合模冲等。

为了减少压坯密度，可采用双向压制及多向压制（等静压制）或者改变模压结构等。对于形状复杂的（带有台阶的）零件，压形时为了使各处的密度分布均匀，可采用组合模冲。而某些难熔金属化合物的压制操作，有时为了保证密度要求，还采用换向压制的办法。

2.加压保持时间的影响

保压的原因：1）使压力传递得充分，有利于压坯中个部分的密度分布；

2）使粉末体孔隙中的空气有足够的时间通过模壁和模冲或者模冲和芯棒之间的缝隙逸出；

3）给粉末之间的机械啮合和变形以时间，有利于应变弛豫的进行。

3.振动压制的影响

机械、电磁、气动、超声振动等对TiCWC等硬而脆的粉末效果比CuAlCoFe等软粉末好；粉末粒度较粗时振动压制效果比粒度较细时显著。

振动也有自身的缺点：噪音大，对操作者身体有害等。

4.磁场压制的影响

在普通模压的基础上加上一个外磁场，利用粉末的磁各向异性，使能够自由旋转的颗粒的易磁化方向旋转到与外加磁场一致，这就在材料中产生一种与单晶体磁状态几乎相同的组织，相当于使每一个易磁化轴平行于磁场方向。

例题：压制时压力的分布状况怎样？产生压力降的原因是什么？压坯中产生压力分布不均匀的原因有哪些？

第四章：特殊成形

按成形工作原理和特点将特殊成形分为等静压成形、连续成形、无压成形、注射成形、高能成形等。

第一节：等静压成形

一、等静压制的基本原理

理论根据：帕斯卡原理关于液体传递压强的规律。

等静压成形按其特性分类：冷等静压（液静压、水静压、油水静压）和热等静压（气体热等静压）。

等静压制法比一般的钢模压制法有下列优点：

1）能够压制具有凹形、空心等复杂形状的压件；

2）压制时，粉末体与弹性模具的相对移动很小，所以摩擦损耗也很小；

3）能够压制各种金属粉末及非金属粉末；

4）压坯强度较高，便于加工和运输；

5）模具材料是橡胶和塑料，成本较低廉；

6）能在较低的温度下制得接近完全致密的材料。

等静压制法存在的缺点：

1）对压坯尺寸精度的控制和压坯表面的光洁度都比钢模压制法低；

2）一般地说，生产率仍低于自动钢模压制法；

3）所用橡胶或塑料模具的使用寿命比金属模具要短得多。

等静压制过程：高压泵把介质压入耐高压的钢质密封容器；高压流体的静压力作用在弹性模套内的粉末上；粉末体在同一时间内各个方向均衡受压。

1.压力分布和摩擦力对压坯密度分布的影响

影响摩擦力的因素：粉末颗粒的特征；压制装备的特征；润滑剂的特征。 压坯的密度分布沿纵断面是均匀的；压坯的密度分布沿横断面从外往内逐渐 降低（存在压力损失）。

2.压制压力与压块密度的关系：粉末等静压力压制时，压力与压坯密度的变化关系可用黄培云的压制双对数方程来描述。

二、冷等静压制

1.冷等静压力机的结构及类型：冷等静压制按粉料装模及其受压形式可分 为湿袋模具压制（湿式等静压）和干袋模具压制（干式等静压）。

2.冷等静压制工艺：模具材料的选择及模具的制作；粉末料的准备；装料和密封抽气和压制和脱模。

三、热等静压制

1.热等静压制原理及应用

在高温高压密封容器中，以高压氩气为介质，对其中的粉末或待压实的烧结坯料(或零件)施加各向均等静压力，形成高致密度坯料(或零件)的方法。

优点：集热压和等静压的优点于一身，成形温度低，产品致密，性能优良。 缺点：设备昂贵，生产率低。

2.烧结-热等静压法：是把经模压或冷等静压制的坯块放入热等静压机高压容器内，分别进行脱蜡、烧结和热等静压制，使工件的相对密度接近100%。这是继常规热等静压制技术的一种先进工艺。其特色在于：

1）脱蜡和烧结可在真空状态下或在工艺确定的气体（如氢、氮氢混合气体）、甲烷保护下进行。

2）压块在同一炉体（压力空器）内进行烧结和热等静压制，压块在烧结后期直接施加高压，这就避免了降温冷却升温加热的附加操作，也避免了压块移动时可能受到损坏，并保持烧结与热等静压制时温度稳定。

3）烧结-热等静压过程中的热等静压制阶段使产品均匀收缩与致密化。

4）烧结-热等静压工艺方法的目标是使产品的相对密度接近100%，要达到此目标必须确立下列参数：（1）合理的烧结压力、温度及时间参数；（2）热等静压最大压力、温度及时间参数。

3.准等静压工艺：采用一种高温下具有流体特性的石墨颗粒作为传递压力的介质，以代替热等静压制所用惰性气体，这种石墨颗粒受到外力作用时，它的流 体特性将作用力均匀传递给费粉末压块而使之成为相对密度接近100%的零件。

第二节：粉末连续成形

特点：粉末体在压力的作用下，由松散状态经历连续变化成为具有一定密度和强度以及所需尺寸形态的压块，同钢模压制比较，所需的成形设备较少。 分类：粉末轧制法、喷射成形法、粉末挤压法。

一、金属粉末轧制

轧制成形：将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中，可轧出具有一定厚度和连续长度且有适当强度的板带坯料。

1.粉末轧制法的特点和分类

与熔铸轧制法比较，粉末轧制法的优点：

• （1）能够生产一般轧制法难于或无法生产的板带材；

• （2）能够轧制出成分比较精确的带材；

• （3）粉末轧制的板带材具有各方向同性；

• （4）工艺过程短，节约能源；

• （5）粉末轧制法成材率比熔铸轧制法高。

• （6）不需大型设备，减少了大量投资。

与模压法比较具有优点：

• 制品的长度原则上不受限制；

• 制品密度比较均匀；

• 粉末轧机的电动机功率比压力机的小。

2.粉末轧制原理：粉末轧制的实质是将具有一定轧制性能的金属粉末装入到一个特制的漏斗中，并保持给定的料柱高度，当轧辊转动时由于粉末与轧辊之间的外摩擦力以及粉末体内摩擦力的作用，使粉末连续不断地被咬入到变形区内受轧辊的轧压。轧制时，粉末的运动过程可分为三个区域：Ⅰ区—粉末在重力作用下流动自由区；Ⅱ区—喂料区，该区域内的粉末受轧辊的摩擦被咬入辊缝内；Ⅲ区—压轧区，粉末在轧辊的压力作用下，由松散状态转变成具有一定密度和强度的带坯。

3.金属粉末轧制工艺：粉末喂料、轧制成形、轧制带坯的烧结

二、挤压成形

挤压成形：粉末体或者粉末压坯在压力的作用下，通过规定的压模嘴挤成坯块或制品的一种成形方法。

冷挤压：把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在较低的温度下（40-200℃）挤压成坯块。（用于硬质合金与多孔材料）

热挤压：金属粉末压坯或粉末装入包套内加热在较高温度下压挤。（可制取形状复杂性能优良的制品和材料，也是制取复杂断面或凹形的高温合金材料的方法） 粉末挤压法特点：

① 能挤压出壁很薄直径很小的微型小管；

② 能挤压形状复杂、物理机械性能优良的致密粉末材料；

③ 在挤压过程中压坯横断面不变，因此在一定的挤压速度下制品纵向密度均匀，在合理的控制挤压比时制品的横向密度也是均匀的；

④ 挤压制品的长度几乎不受挤压设备的限制，生产过程具有高度的连续性； ⑤挤压不同形状的异形制品有较大灵活性，在挤压比不变情况下可以更换挤压嘴； ⑥ 增塑粉末混合料的挤压返料可以继续使用。

三、喷射成形

将气体雾化的金属或合金液滴喷射为预成形实体，然后进行各种形式冷热加工成板、带、管材的成形方法。

喷射成形的工艺特点：

（1）能够制成各种板、带、管、筒等异形半成品或成品，能很容易使沉积层

的冷却速度达到104k/s以上，再进行热轧或温轧可使制品具有细晶粒、结构均匀、 致密、无偏析、氧量低和无原始颗粒边界等特性；

（2）调节喷射成形工艺参数可以制成准晶或非晶态物质制品；

（3）能够制造多层单元金属或合金的复合材料及制品；

（4）能够制备出一般方法难于制造的合金钢和高温合金钢锻件。

喷射成形工艺分类：喷射轧制、喷射锻造、离心喷射沉积、喷射涂层。

第三节：粉浆浇注成形

定义：将粉末预先制成悬浮液或糊状物，然后注入石膏模具中的粉末成形方法。 应用范围：形状复杂的粉末冶金零部件，特别是陶瓷制品。生产费用低，但生产周期长，生产率低且尺寸控制只有中等水平。粉浆浇注技术扩大了粉末冶金成形技术。（特点）

粉浆浇注工艺过程：制取粉浆制造石膏模具浇注干燥。

影响粉浆浇注成形的因素：粉末粒度、液固比、粉浆pH值的影响、分散剂及粘结剂的影响、气体的影响。

除气方法：

静置除气：将经搅拌的粉浆静置一定时间使空气由于密度差而不断逸出。 化学法除气：在母液中添加除气剂促进吸附粉末表面上的气体排除。 真空除气：将粉浆置入真空系统内，使粉浆中气体逸出。

第四节：粉末注射成形

过程：将粉末与热塑性材料（如聚苯乙烯）均匀混合使成为具有良好流动性能的流态物质，而后把这种流态物质在注射成形机上经一定的温度和压力，注入温度较低的模具内成形。

注射成形的坯块经溶剂处理或专门脱除粘结剂的热分解炉后，才能进行烧结。注射成形能够制得形状复杂的坯块。

第五节：爆炸成形

爆炸成形：板料在炸药爆炸瞬间产生的冲击波作用下高速成形的方法。 爆炸成形装置分类：直接加压式和间接加压式。

爆炸成形机理

爆炸能量与压坯密度的关系：Dc = DT − ΔDexp(−β Eγ )（4-18）

式中β，γ-粉末特性常数； E-单位体积粉末的压制能；

DT-粉末材料的理论密度； Dc-压坯的密度；ΔD=DT-DI；DI-原始粉末的松装密度。 金属粉末或非金属粉末在极短时间内经受巨大的压力作用，将改变粉末体通常所固有的特性，如粉末一百年压制时所呈现的弹塑性。

与一般的压制法或等静压制法相比较，爆炸成形的特点是爆炸时产生的压力极高，施干粉末体上的压力速度极快。

第五章：烧结

第一节：概述

烧结：指粉末或压坯，在适当的温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。 烧结的目的（作用）：1.依靠热激活作用，原子发生迁移，粉末颗粒形成冶金结

合；2.提高烧结体的强度。

烧结的结果：颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，而且，在多数情况下，密

度也提高。当条件控制得当，烧结的密度和其他物理、机械性能可以

接近或达到相同成分的致密材料。

粉末烧结分类：

1.加压烧结：施加外压力，如热等静压

2.无压烧结：不施加外压力，如固相烧结与液相烧结

低于主要组分熔点的温度：

固相烧结—烧结温度低于所有组分的熔点

液相烧结—烧结温度低于主要组分的熔点，但高于次要组分的熔点

烧结系统分类：

固相烧结：

（1）单元系固相烧结烧结：纯金属或化合物（Al2O3、B4C等），在其 熔点以下的温度进行的固相烧结过程。

（2）多元系固相烧结烧结：指两种或两种以上组分构成的烧结体系，在其中低熔组分的熔点温度以下所进行的固相烧结过程。

组元之间在烧结温度下有无固相溶解存在分类：

1）无限固溶系：在合金状态图中有无限固溶区的系统，如Cu-Ni等。

2）有限固溶系：在合金状态图中有有限固溶区的系统，如Fe-C等。

3）完全不固溶系：组元间既不溶解，也不形成化合物或其他中间相的系统。 如Ag-W、Cu-W、Cu-C等所谓的“假合金”。

（3）多元系液相烧结：以超过系统中低熔组分熔点的温度进行的烧结。

1）稳定液相烧结系统 2）瞬时液相烧结系统

（4）熔浸：多孔骨架的固相烧结和低熔金属浸透骨架后的液相烧结同时存在。

第二节：烧结过程的热力学基础

一、烧结的基本过程

粉末的等温烧结过程，按时间划分阶段：

（1）粘结阶段—烧结初期：由原始颗粒接触面发展形成的晶界。结果为 坯体的强度增加，表面积减小；金属粉末烧结体：导电性能提高；是粉末烧结发生的标志；而非出现烧结收缩。

（2）烧结颈长大阶段—烧结中期

前期的特征：形成连续的孔隙网络，孔隙表面光滑化。

后期的特征：孔隙大量消失

结果：坯体的强度增加，密度增加，出现烧结收缩。

（3）闭孔隙球化和缩小阶段—烧结末期

孔隙管道被分隔成一系列的小孔隙，最后发展成孤立孔隙并球化；处

于晶界上的闭孔则有可能消失；有的则因发生晶界与孔隙间的分离现象而成为晶内孔隙，并充分球化。

二、烧结的热力学问题

粉末系统过剩自由能的降低是烧结进行的驱动力。

系统的过剩自由能包括：

（1）由于颗粒结合面（烧结颈）的增大和颗粒表面的平直化，粉末体的总比表面积和总表面自由能减小；

（2）烧结体内孔隙的总体积和总表面积减小；

（3）粉末颗粒晶格畸变和部分缺陷(如空位,位错等)的消除。

总之，烧结前存在于粉末或粉末坯块内的过剩自由能包括表面能和晶格畸变能。前者指同气氛接触的颗粒和孔隙的表面自由能，后者指颗粒内由于存在过剩空位、位错及内应力所造成的能量增高。

烧结过程中表面能的降低是最主要的。粉末愈细，表面能愈高。

三、烧结驱动力的计算

1.作用在烧结颈上的拉应力

减小残留孔径的措施：减小气氛压力（如真空）；较小Do（细粉末与粒度组成，较高的压制压力）；提高γ（活化）。

2.烧结扩散驱动力空位浓度梯度

平衡空位的浓度差即过剩空位浓度，其梯度将引起烧结颈表面下微小区域的空位向球体内扩散，从而造成原子朝相反方向迁移，使颈得以长大。

3.烧结驱动力—饱和蒸气压差

颗粒表面（凸面）与烧结颈表面之间将存在更大的蒸汽压力差，将导致物质向烧结颈迁移。

第三节：烧结机构

1.烧结机构的内涵及分类

内涵：研究烧结过程中各种可能的物质迁移方式及速率。

烧结机构的分类：（描述物质迁移通道和过程进行速度）

1）表面迁移：S—S

a.表面扩散：球表面层原子向颈部扩散。低温时，表面扩散起主导作用

而在高温下，让位于体积扩散，细粉末的表面扩散作用大。粉末愈细，比表面愈大，表面的活性原子数愈多，表面扩散就愈容易进行。

b.蒸发-凝聚：表面层原子向空间蒸发，借蒸汽压差通过气相向颈部空间扩散，沉积在颈部。

2）宏观迁移：V—V

a.体积扩散：借助于空位运动，原子等向颈部迁移。空位浓度梯度就是导致空位或原子定向移动的动力。

b.粘性流动：非晶材料在剪切应力作用下，产生粘性流动，物质向颈部迁移。 粘性流动为烧结的物质迁移机构。

c.塑性流动：烧结温度接近物质熔点，当颈部的拉伸应力大于物质的屈服强度时，发生塑性变形，导致物质向颈部迁移。

d.晶界扩散：晶界为快速扩散通道。原子沿晶界向颈部迁移。

e.位错管道扩散：位错为非完整区域，原子易于沿此通道向颈部扩散，导致物质迁移。

2.综合作用烧结理论

关于烧结机构理论的应用：

在某一烧结期间，很可能有几种机构同时起作用。具体的主导烧结机构取决于粉末材质，粉末粒度，粉末颗粒的致密程度，表面状态，活化与否，烧结温度和烧结气氛。

第四节：单元系粉末烧结

1.单元系烧结：纯金属或固定化学成分的化合物或均匀固溶体的粉末在固态下的 烧结，过程中不出现新的组成物或新相，也不发生凝聚状态的改变（不出现液相）。

2.烧结体显微组织的变化：

1）孔隙变化：随着烧结时间的延长，总孔隙数量减少，而孔隙平均尺寸增大；最小孔隙消失，而大于一定临界尺寸的孔隙长大并合并。

2）再结晶与晶粒长大：再结晶与烧结的主要阶段即致密化过程同时发生，这时原子重新排列、形成新晶核并长大，或者借助晶界移动使晶粒合并，总之是以新的晶粒代替旧的，并伴随晶粒长大的现象。粉末烧结材料的再结晶方式分为： 颗粒内再结晶（只有压制压力很高，颗粒变形程度极大时，整个颗粒内才可能同时进行再结晶）和颗粒间聚集再结晶（指烧结颗粒间界面通过再结晶形成晶界，而且向两边颗粒内移动，这时颗粒合并，称为颗粒聚集再结晶。）

烧结材料的晶粒尺寸细小原因有三：孔隙对晶界迁移的阻碍、第二相的作用

和晶界沟的影响。

在多晶材料内，露出晶体表面的晶界形成所谓晶界沟。

粉末烧结材料的再结晶同致密材料比较的特点：

1）粉末烧结材料中如有较多的氧化物、孔隙及其它杂质，则聚晶长大受阻，故组织的晶粒较细；相反，粉末纯度愈高，晶粒长大趋势也愈大。

2）烧结材料中晶粒显著长大的温度较高，仅当粉末压制采用极高压力时，才明显降低。

3）粉末粒度影响聚晶长大。

4）烧结金属在临界变形程度下，再结晶后晶粒显著长大的现象不明显，而且晶粒没有明显的取向性。

3.影响烧结过程的因素

对烧结起促进或阻碍作用，或者对物质迁移起加速或延缓作用的各种因素，是通过下面的一种或几种方式起作用的：

（1）改变颗粒间的接触面积或接触状态；

（2）改变物质迁移过程的激活能；

（3）改变参与物质迁移过程的原子数目；

（4）改变物质迁移的方式或途径。

主要从四个方面讨论影响烧结因素：

1.结晶构造与异晶转变

比较立方、六方和四方晶系的金属粉末的烧结行为，可发现烧结起始温度是随点阵对称性的降低而增高的。

2.粉末活性

1） 表面活性：取决于粉末的粒度、粒形（即粉末的比表面大小）。

2） 晶格活性：取决于晶粒大小、晶格缺陷、内应力等其他条件相同时，粉末愈细，两种活性同时提高。

3.外来物质：主要是粉末表面的氧化物和烧结气氛的影响。

粉末表面的氧化物：如果在烧结过程中能被还原或溶解在金属中，当氧化层小于一定厚度时，对烧结有促进作用；但如果表面氧化物层太厚或不能被还原，反将阻碍烧结进行。

烧结气氛：难还原的金属粉末烧结所需气氛的还原性要强（氧分压低，湿度低），真空烧结对于多数金属的烧结都有利，但真空烧结使金属的挥发损失增大，成分改变，而且容易造成产品变形。烧结气氛中添加活性成分能活化某些粉末的烧结气氛中氧的分压对氧化物材料的烧结影响最明显。

注：在湿氢或氮、氩等惰性气体中烧结氧化物能降低烧结温度。

4.压制压力：压制密度、压制残余应力、颗粒表面氧化膜的变形或破坏、压坯孔隙中气体等。

第五节：多元系固相烧结

1.互溶系固相烧结

组分互溶的多元系固相烧结有三种情况：

（1）均匀固溶体粉末的烧结；

（2）混合粉末的烧结；

（3）烧结过程固溶体分解。

合金化：在这一体系中互扩散(特别是偏扩散现象造成微孔减小扩散有效通道)影响合金化均匀程度。

影响混合粉压坯的合金化过程的因素：

1）烧结温度：↑T，原子扩散速度增加，F↑

2）烧结时间：元素扩散距离大长，t↑， F↑

3）粉末粒度：细粉末的活性高，扩散距离短均匀化时间缩短影

4）压坯密度：在粉末颗粒形状和粒度组成相同时压坯密度提高有利于颗粒间的相互接触程度扩大物质扩散有效界面，F↑

5）粉末原料：部分预合金化粉末降低扩散活化能垒，F↑

6）杂质：Si,Mn杂质易形成稳定氧化物，阻碍元素扩散

2.互不固溶系固相烧结

假合金：组元间不互溶且无反应的合金。

1）烧结过程的特点

（1）互不溶系固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-基体强化材料和利用组合效果的金属陶瓷材料。

（2）互不溶系的烧结温度由粘结相的熔点决定。

（3）复合材料及假合金通常要求在接近致密状态下使用，因此在固相烧结后，一般需要采用复合工艺进一步提高密度和性能。

（4）当复合材料接近完全致密时，有许多性能同组分的体积含量之间存在线性规律，称为“加和”规律。

（5）当难熔组分含量很高，粉末混合均匀有困难时，可采用复合粉或化学混料方法。

（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。

2）热力学条件：

A-B系 必要条件：γAB |γA-γB| 界面能大于两组份单独存在时能量之差可以实现烧结，但不太理想。γAB

第六节：液相烧结

一、液相烧结技术的优、缺点

优点：1)加快烧结速度：液相的形成加快了原子迁移速度；在无外压的情况下，毛细管力作用加快坯体收缩；液相的存在降低颗粒间的摩擦有利于颗粒重排列。

2) 晶粒尺寸可通过调节烧结工艺参数加以控制，便于优化显微结构和性能。

3) 可制得全致密的P/M材料或制品，延伸率高。

4) 粉末颗粒的尖角处优先溶于液相，易于获得有效的颗粒间填充。

不足之处：变形；当烧结坯体液相数量过大或混合粉的粒度、混合不均匀时，易出现变形；收缩大，尺寸精度控制困难。

二、液相烧结的定义和分类

定义：烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系烧结过程或烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结。

分类：

1.瞬时液相烧结：在烧结中、初期存在液相，后期液相消失的烧结过程。

特点：烧结中初期为液相烧结，后期为固相烧结。液相数量取决于成分（低熔点组分的含量）、粉末颗粒的粒度。

提高瞬时液相烧结过程中的液相数量可采用：提高低熔点组分含量；高熔点组分颗粒粗（与液相接触面积小，减小扩散面积）。

2.稳定液相烧结：烧结过程始终存在液相的烧结过程。

3.熔浸：多孔骨架的固相烧结和低熔点金属渗入骨架后的液相烧结过程。 特点：前期为固相烧结，后期为液相烧结。

4.超固相线液相烧结:

液相在粉末颗粒内形成，是一种在微区范围内比普通液相烧结更为均匀的烧结过程。

三、液相烧结的条件

液相烧结能否顺利完成，取决于同液相性质相关的三个基本条件：

1.润湿性：液相必须润湿固相颗粒是液相烧结得以进行的前提否则，产生反烧结现象。即烧结体系应满足γS=γSL+γLCOSθ(θ为润湿角)。

当θ=0，液相充分润湿固相颗粒，最理想的液相烧结条件。

当θ>90°，液相被推出烧结体，发生反烧结现象。在那些烧结气氛与固相或液相组分间形成稳定氧化物体系易出现。

当0

2.溶解度：

其结果是：1)有限的溶解可改善润湿性；2)增加液相的数量即体积分数，促进致密化；3)颗粒表面突出部位的化学位较高产生优先溶解，通过扩散和液相流动在颗粒凹陷处析出，改善固相晶粒的形貌和减小颗粒重排的阻力；4)固相溶于液相，可借助液相进行物质迁移，加速烧结。

3.液相数量：

液相数量的增加有利于液相充分而均匀地包覆固相颗粒减小固相颗粒间的接触机会对致密化有利。但过大的液相数量造成烧结体的解体，形状保持性下降。 一般将液相数量控制在烧结体体积的35%以内。

四、液相烧结阶段和烧结机构

烧结阶段：

1.液相的流动与颗粒重排：

当烧结温度高于液相组分的熔点或共晶点时，液相形成；在毛细力的作用下，液相发生流动并填充孔隙空间。同时，毛细力作用也导致固相颗粒受力不平衡，使颗粒产生移动和转动，调整位置使压制状态的固相颗粒的相对位置发生变化, 达到最佳的填充状态（紧密堆积）；烧结坯发生充分致密化；液相流动与颗粒重排为液相烧结的主导致密化机理。液相的数量主要取决于合金成分和烧结温度。

2.固相溶解-再析出阶段：

化学位差异，化学位高的部位将发生优先溶解并在附近的液相中形成浓度梯度；发生固相原子等在液相中的扩散和流动，在化学位低的部位析出。

化学位高的区域：颗粒突起或尖角处，细颗粒发生细颗粒和颗粒尖角处的优先溶解；化学位较低的部位：颗粒的凹陷处和大颗粒表面溶解在液相中固相组分的原子在这些部位析出。

其结果是：小颗粒趋向减小，颗粒表面光滑化和球化；大颗粒趋于长大，进一步提高致密化效果。

3.固相烧结与晶粒粗化阶段：

相对上述两阶段，这一过程进行速度较慢；主要发生固相颗粒的接触和晶粒 长大现象，非接触区则发生球化现象（液相数量较少）。

相比于前两阶段，致密化速率已很低，只存在晶粒长大和体积扩散。

五、影响液相烧结过程的因素

1. 粒度

1）细颗粒有利于提高烧结致密化速度，便于获得高的最终烧结密度。

在颗粒重排阶段：提高毛细管力，便于固相颗粒在液相中移动，(尽管会增加颗粒之间的摩擦力和固相颗粒之间的接触机会)。在溶解-再析出阶段：强化固相颗粒之间和固相/液相间的物质迁移，加快烧结速度。

2）细小晶粒的烧结组织有利于获得性能优异的烧结材料。

2 .颗粒形状

颗粒重排阶段初期，颗粒形状影响毛细管力大小；形状复杂导致颗粒重排阻力增加球形颗粒有利于颗粒重排；形状复杂的固相颗粒降低烧结组织的均匀性，综合力学性能较低；在溶解-再析出阶段，颗粒形状的影响较小。

3.粉末颗粒内开孔隙

降低颗粒间导致颗粒重排的液相数量；减小固相颗粒之间的液膜厚度；增加固相颗粒之间的接触机会；增加颗粒重排阻力。

4.粉末的化学计量：主要是化合物粉末烧结体系，WC-Co合金。

缺碳：由于形成η相，化合了部分Co，降低液相数量，降低烧结致密化效果。 增碳：降低共晶点，相对地提高液相数量，有利于烧结致密化。

5.低熔点组元的分布均匀性

影响液相的分布

聚集区域：液相数量大，收缩快

贫化区域：液相数量少，降低总体收缩

措施：减小低熔组元的粉末粒度；提高分散度。

6.低熔组元的含量：直接影响液相数量（体积分数）

液相体积分数对烧结致密化起着重要的作用。

7.压坯密度：压坯密度高，固相颗粒接触程度提高阻碍颗粒重排，阻止致密化。

8.加热与冷却速度：冷却速度决定析出相，影响显微结构和力学性能。液相经快速冷却后，形成过饱和固溶体，需进行烧结后热处理。

9.温度与时间：

温度：主要与液相数量、物质扩散速度、润湿性、溶解度、液相粘度等相关联。对致密化和晶粒粗化具有显著的影响。

时间：对于在烧结过程中出现的液相，其体积分数大于15%，20分钟就可以实现充分的致密化。过长的烧结时间会引起晶粒粗化。

10.气氛：可能引起润湿性的改善（氧化物还原）或劣化（形成氧化膜）。封闭气孔阻碍烧结体的致密化真空烧结可消除。

六、熔浸的定义及特点

定义：将粉末坯块与液体金属接触或浸在液体金属内，让坯块内孔隙为金属液填充，冷却下来得到致密材料或零件的工艺。

与普通液相烧结相比较，熔浸靠液相从外部直接填充孔隙而实现致密化，不依赖颗粒重排和溶解-再析出过程实现烧结体的致密化。

特点：烧结初期发生固相烧结，中后期则发生液相烧结。

第七节：烧结气氛

一、气氛的作用：控制压坯与环境之间的化学反应和清除润滑剂的分解产物，具体有三个方面：

1.防止或减少周围环境对烧结产品的有害反应，从而保证烧结顺利进行和产品质量稳定；如氧化和脱碳。

2.排除有害杂质，如吸附气体、表面氧化物或内部夹杂；净化作用：净化后可提高烧结动力，加快烧结速度，而且能改善烧结制品的性能。

3.维持或改变烧结材料中的有用成分，这些成分常常能与烧结金属生成合金或活化烧结过程。如碳控制、渗氮等。

二、可控碳势气氛

气氛按其对烧结材料中碳含量的影响可以分为渗碳、脱碳和中性三种。 渗碳：如果烧结体内的碳含量低于临界浓度，气氛就将补充一部分碳到烧结材料中去的现象。

脱碳：如果烧结压坯内有游离碳（一般为石墨粉）存在或烧结金属中的碳浓度超过该气体成分所允许的临界值，就会有一部分碳损失到气氛中去的现象。

中性气氛：当气氛被控制到与烧结体中的某一定碳浓度平衡，即具有严格相等的“碳势”或“碳位”时，即中性气氛。

碳势：某一含碳量的材料在某种气氛中烧结时既不渗碳也不脱碳，以含碳气氛中的平衡含碳量表示。

吸热型气氛：用天然气体燃烧的方法所制得的保护气氛，因为在形成这种气氛时需要消耗外来的热量，因此，通常称这种气氛为吸热气氛。与放热型比较，H2含量高，CO2浓度较低是一种还原性更强的可控气氛。

放热型气氛：制取不完全燃烧氢碳化合物的气体时，由于天然气是在燃烧器中进行燃烧的，因此，不会消耗外来的能量，称为放热气氛。

第八节：活化烧结

活化烧结的定义：是指采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法。

第九节：热压

定义：热压又称为加压烧结，是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一些的温度，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品。目前，又发展了真空热压、振动热压、均衡热压和等静热压等新技术。

一、工艺特点

热压方法的最大优点是可以大大降低成形压力和缩短烧结时间，另外可以制得密度高和晶粒极细的材料，其应用主要有：

（1）制造硬质合金拉丝模、压制模、精密轧辊及其它耐磨零件；

（2）热压压力仅为冷压成形的1/10，可以压制大型制件；

（3）热压时，粉末热塑性好，可以压成薄壁管、薄片及带螺纹等异型制品；

（4）粉末粒度、硬度对热压过程影响不明显，因此可压制一些硬而脆的粉末。 然而，热压法也有明显的缺点：

（1）对压模材料要求高，难以选择，而且压模寿命短、耗费大；

（2）单件生产、效率低；

（3）电能和压膜消耗多，效率低，制品成本高；

（4）制品表面较粗糙，精度低，一般需要清理和机加工。

热压加热的方式分为电阻直热式、电阻间热式和感应加热式三种。

热压采用保护气氛较困难。对于不渗碳材料（各种碳化物与硬质合金）石墨模可以适用，对渗碳金属及活性金属则不适合。为了减少空气中氧的危害，可以采用如下措施：

（1）加热前先将粉末压实；

（2）模具配合严密，防止空气大量进入模腔；

（3）将保护气氛经过专门的管道引入模腔内；

（4）采用间接加热或感应加热方式，便于采用有保护气氛或真空室的热压炉；

（5）在粉末中加进一些高温下能产生还原性气氛的物质，如碳、金属氢化物、酒精等。