第一篇：粉末冶金技術(shù)簡介

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粉末冶金技術(shù) 結(jié)課論文

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粉末冶金技術(shù)簡介

摘要：本文對(duì)近幾十年以來發(fā)展的粉末冶金過程中應(yīng)用到的各種技術(shù)，包括制粉技術(shù)、成形技術(shù)和燒結(jié)技術(shù)作了一個(gè)簡單的介紹。并介紹了粉末冶金的特點(diǎn)、粉末冶金材料以及在各行業(yè)的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：粉末冶金制粉技術(shù)粉末成形技術(shù)

1.引言

粉末冶金是一門古老又現(xiàn)代的材料制備技術(shù)。古代煉塊技術(shù)和陶瓷制備技術(shù)都是粉末冶金技術(shù)的雛形。18至19世紀(jì)歐洲采用粉末冶金法制鉑，是古老粉末冶金技術(shù)的復(fù)興和近代粉末冶金技術(shù)的開端。現(xiàn)代最早出現(xiàn)粉末冶金技術(shù)的國家是美國，其在1870年通過粉末冶金技術(shù)合成了銅鉛軸承，利用其多孔性實(shí)現(xiàn)了軸承的自潤滑。20世紀(jì)起，粉末冶金進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)期。至今，粉末冶金已成為新材料科學(xué)和技術(shù)中最具有發(fā)展活力的領(lǐng)域之一。隨著全球工業(yè)化的蓬勃發(fā)展，粉末冶金行業(yè)發(fā)展迅速，粉末冶金技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于交通、機(jī)械、電子、航天、航空等領(lǐng)域[1]。

2.粉末冶金的特點(diǎn)

粉末冶金是指把制取的金屬粉末或金屬粉末與非金屬粉末的混合物作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，經(jīng)過必要的后處理得到金屬材料、復(fù)合材料和各種類型制品的工藝技術(shù)。后處理包括精壓、滾壓、擠壓、淬火、表面淬火、浸油和熔滲等。粉末工藝的主要過程包括：制粉→原材料的混合→成形→燒結(jié)→后處理[2]。

3.粉末冶金的工藝技術(shù)

3.1制粉材料

粉末冶金材料是用粉末冶金工藝將金屬粉末與非金屬粉末混合，經(jīng)成形、燒結(jié)后制得多孔、半致密或全致密的材料[3]。粉末冶金材料主要可以分為傳統(tǒng)的粉末冶金材料和現(xiàn)代先進(jìn)粉末冶金材料[4]。

3.2成形

成形的目的是將粉末制成具有一定形狀和尺寸的坯料，制得的坯料具有一定的強(qiáng)度和密度。目前，粉末成形的方法有很多，歸納起來可以分為有壓成形和無壓成形。無壓成形是指粉末在不受壓力的作用而得到一定尺寸和形狀坯料的成形方法，又稱作粉漿澆注成形法，利用毛細(xì)管原理讓石膏模具吸收漿料（粉末與液體（水、甘油、酒精等）的混合）中的液體，使得粉末在模具中固化成形的過程[5]。有壓成形是指粉末在壓力作用下得到一定尺寸和形狀坯料的成形方法，如注射成形技術(shù)、溫壓成形技術(shù)、熱壓成形技術(shù)、等靜壓成形技術(shù)和高速壓制成形技術(shù)等。

3.3燒結(jié)

燒結(jié)作為粉末冶金過程中最重要的工序，一直以來是人們研究的重點(diǎn)。一個(gè)好的燒結(jié)工藝，不僅能提高粉末冶金制品的力學(xué)性能，還能降低物質(zhì)和能源消耗[6]。

4.結(jié)束語

隨著新材料的不斷開發(fā)研究，粉末冶金技術(shù)越來越多應(yīng)用到各種新材料的加工制造中，粉末冶金制品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)粉末冶金技術(shù)的改進(jìn)技術(shù)不斷被開發(fā)提出。我國的粉末冶金技術(shù)與發(fā)達(dá)國家比還尚有差距，因此，我們要及時(shí)開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的粉末冶金新技術(shù)[7]。

參考文獻(xiàn)

[1]黃伯云,易鍵宏.現(xiàn)代粉末冶金材料和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）[J].上海金屬, 2007, 29(3):1-7.[2]焦健,彭芳.淺析粉末冶金材料[J].內(nèi)蒙古石油化工, 2013,(5):63-64.[3]魏建華.粉末冶金材料的分類及應(yīng)用分析[J].科技與企業(yè), 2013,(23):359.[4]郭志猛,楊薇薇,曹慧欽.粉末冶粉末冶金技術(shù)在新能源材料中的應(yīng)用[J].粉末冶金工業(yè), 2013, 23(3):10-20.[5]李元元,鄒黎明,楊超.粉末冶金法合成高強(qiáng)低模超細(xì)晶醫(yī)用鈦合金[J].華南理工法學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 40(10):43-50.[6]袁慎坡,陳萌莉.高能球磨法細(xì)化合金鋼粉末工藝的研究[J].新技術(shù)新工藝, 2007,(6):84-86.[7]郭青蔚.粉末冶金工藝發(fā)展現(xiàn)狀[J].世界有色金屬, 1998,(1)：8-9.

第二篇：粉末冶金技術(shù)簡介

姓名：張丹

學(xué)號(hào)：11309010 指導(dǎo)老師：張自強(qiáng)

粉末冶金的技術(shù)簡介

摘要：本文對(duì)近幾十年以來發(fā)展的粉末冶金過程中應(yīng)用到的各種技術(shù)，包括制粉技術(shù)、成形技術(shù)和燒結(jié)技術(shù)作了一個(gè)簡單的介紹。并介紹了粉末冶金的特點(diǎn)、粉末冶金材料以及在各行業(yè)的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：粉末冶金 制粉技術(shù)

粉末成形技術(shù) 引言

粉末冶金是一門古老又現(xiàn)代的材料制備技術(shù)。古代煉塊技術(shù)和陶瓷制備技術(shù)都是粉末冶金技術(shù)的雛形。18至19世紀(jì)歐洲采用粉末冶金法制鉑，是古老粉末冶金技術(shù)的復(fù)興和近代粉末冶金技術(shù)的開端。現(xiàn)代最早出現(xiàn)粉末冶金技術(shù)的國家是美國，其在1870年通過粉末冶金技術(shù)合成了銅鉛軸承，利用其多孔性實(shí)現(xiàn)了軸承的自潤滑。20世紀(jì)起，粉末冶金進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)期。至今，粉末冶金已成為新材料科學(xué)和技術(shù)中最具有發(fā)展活力的領(lǐng)域之一。隨著全球工業(yè)化的蓬勃發(fā)展，粉末冶金行業(yè)發(fā)展迅速，粉末冶金技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于交通、機(jī)械、電子、航天、航空等領(lǐng)域[1]。粉末冶金的特點(diǎn)

粉末冶金是指把制取的金屬粉末或金屬粉末與非金屬粉末的混合物作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，經(jīng)過必要的后處理得到金屬材料、復(fù)合材料和各種類型制品的工藝技術(shù)。后處理包括精壓、滾壓、擠壓、淬火、表面淬火、浸油和熔滲等。粉末工藝的主要過程包括：制粉→原材料的混合→成形→燒結(jié)→后處理。

粉末冶金制品的主要特征之一是多孔，制得的粉末冶金制品多是半致密或致密的。利用多孔性可以在制品內(nèi)加入潤滑介質(zhì)，形成微型自潤滑系統(tǒng)，減輕零件磨損程度，提高其使用壽命；利用多孔性在制品內(nèi)部加入催化劑，可以提高物質(zhì)的接觸面積，提高反應(yīng)速度和催化效果；也可以利用多孔性制成多樣過濾層。此外，多孔性還有利于減輕產(chǎn)品的重量[2]。然而制品的孔隙，不僅能影響制品的物理、化學(xué)、力學(xué)和工藝性能，還會(huì)對(duì)精密成形造成一定難度。所以，現(xiàn)在有很多生產(chǎn)高致密、高性能的粉末冶金制品的技術(shù)被研究了出來。

粉末冶金還具有其他特點(diǎn)。如：粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏距，消除粗大、不均勻的鑄造組織；可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能；可以實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，發(fā)揮各種材料的特性；可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料、多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料[3]。除此之外，粉末冶金還具有加工工藝流程短而簡單，產(chǎn)品質(zhì)量好，精度高，原材料利用率高，加工

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姓名：張丹

學(xué)號(hào)：11309010 指導(dǎo)老師：張自強(qiáng)

效率高，節(jié)能節(jié)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。粉末冶金的工藝技術(shù) 3.1制粉

3.1.1粉末冶金材料類型

粉末冶金材料是用粉末冶金工藝將金屬粉末與非金屬粉末混合，經(jīng)成形、燒結(jié)后制得多孔、半致密或全致密的材料[4]。粉末冶金材料主要可以分為傳統(tǒng)的粉末冶金材料和現(xiàn)代先進(jìn)粉末冶金材料[5]。1)傳統(tǒng)粉末冶金材料

① 鐵基粉末冶金材料：作為重要的粉末冶金材料，被廣泛的應(yīng)用于汽車行業(yè)。此外，還廣泛應(yīng)用于家用電器、電動(dòng)工具、農(nóng)業(yè)機(jī)械、文體休閑器材。

② 銅基粉末材料：主要有燒結(jié)青銅（錫青銅和鋁青銅）、燒結(jié)黃銅、燒結(jié)鎳銀和燒結(jié)銅鎳合金和彌散強(qiáng)化銅、時(shí)效強(qiáng)化銅合金以及減震銅合金。主要應(yīng)用于含油軸承，此外，還在摩擦材料、電刷、過濾器、機(jī)械結(jié)構(gòu)零件、電工零件等有應(yīng)用。

③ 硬質(zhì)合金材料：主要由一種或者多種難溶金屬經(jīng)過碳化形成的一種硬質(zhì)材料。這種材料是通過金屬粘結(jié)劑進(jìn)行粘結(jié)，然后經(jīng)過粉末冶金技術(shù)進(jìn)行制作。主要應(yīng)用于切削領(lǐng)域。

④ 難溶金屬材料：這種材料主要有難溶的金屬構(gòu)成，其熔點(diǎn)高、強(qiáng)度和硬度也相對(duì)較高。該材料主要用于航空航天、國防、能源和核研究領(lǐng)域。

⑤ 電工材料：這種材料主要用于電氣和儀表領(lǐng)域，如電阻器件、電力管等。⑥ 摩擦材料:這種材料是依靠摩擦力來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)和傳動(dòng)功能的部件材料，主要應(yīng)用在摩擦離合器和摩擦制動(dòng)器中。

⑦ 減摩材料：這種材料具有低的摩擦系數(shù)和好的耐磨性，具有好的自潤滑性能，主要應(yīng)用于動(dòng)力機(jī)械、汽車、拖拉機(jī)、飛機(jī)等領(lǐng)域。2)現(xiàn)代粉末冶金材料

① 軟磁材料：可分為金屬軟磁材料和鐵氧體軟磁材料。后者比前者出現(xiàn)的早，其特點(diǎn)是只能通過粉末冶金的方法獲得。這種材料具有較高的導(dǎo)磁率和較強(qiáng)的飽和磁化強(qiáng)度，被各個(gè)磁行業(yè)廣泛應(yīng)用。

② 能源材料：指在發(fā)展過程中，能促進(jìn)新能源建立和發(fā)展的材料。主要發(fā)展方向是電池、氫能和太陽能。主要應(yīng)用于能源開發(fā)領(lǐng)域。如采用粉末冶金技術(shù)制作鋰電池正負(fù)極材料、儲(chǔ)氫合金、燃料電池的陽極材料、太陽能光電、光熱材料、風(fēng)能中的機(jī)械制動(dòng)材料、核結(jié)構(gòu)

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姓名：張丹

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材料等[6]。

③ 生物材料：這種方法主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用鈦合金被多次研究，諸如李元元等用粉末冶金法合成高強(qiáng)低模超細(xì)晶醫(yī)用鈦合金[7]。3.1.2制粉技術(shù)

制粉按其過程實(shí)質(zhì)分為兩類：機(jī)械法和物理法。機(jī)械法是將原材料粉碎，但是其化學(xué)成分基本不發(fā)生變化；物理法是借助化學(xué)的或物理的作用，改變原料的化學(xué)成分或聚集狀態(tài)而獲得粉末。

1)機(jī)械法主要有機(jī)械粉碎法和霧化法。

①

機(jī)械粉碎法主要的方法是球磨法。它是將金屬、金屬化合物及合金放入球磨機(jī)內(nèi)，在碾磨球強(qiáng)烈的攪動(dòng)下，受到?jīng)_擊力、碾磨力、剪切力和壓力的不斷作用，使之發(fā)生變形、破碎和冷焊接的一種粉末制造技術(shù)。現(xiàn)在應(yīng)用較廣的機(jī)械合金化技術(shù)中采用了高能球磨技術(shù)，其特點(diǎn)是能制造出超細(xì)材料。在球磨過程中，金屬和非金屬混合物會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的晶格畸變，得到高密度的缺陷和納米級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。目前，高能球磨法被廣泛應(yīng)用于合金、磁性材料、超導(dǎo)材料、金屬間化合物、過飽和固溶體材料以及非晶、準(zhǔn)晶納米晶等亞穩(wěn)態(tài)材料的制備[8]。② 霧化法。快速凝固霧化制粉技術(shù)是直接擊碎液體金屬或合金并快速冷凝而制得粉末的方法，此種方法可以有效減少合金成分的偏析，通過控制冷凝速率可以獲得具有非晶、準(zhǔn)晶、微晶、或過飽和固溶體等非平衡組織的粉末。

按照擊碎的方式不用，霧化法又可以分為氣體霧化、高壓水霧化和離心霧化。氣體霧化法所用的霧化壓力一般為2-8MPa，制得的粒徑一般為50-100mm，多為表面光滑的球形。近年發(fā)展起來的一種新的緊耦合氣體霧化噴槍，可以極大的提高細(xì)分率，粒徑為30-40mm,粉末占75%左右，粉末的冷凝速度也相應(yīng)有了提高。高壓水霧法是20世紀(jì)60年代中期建立起來的技術(shù)，其采用密度較高的水作為霧化媒介，其冷凝速度比一般氣體霧化要高上許多，一般是提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，但是其產(chǎn)生的粉末顆粒形狀多為不規(guī)則。離心霧化法是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)造成的離心力使得金屬溶液克服表面張力，以細(xì)小的液滴甩出，然后再飛行過程中被冷凝、球化的過程。離心霧化法幾乎適用所有金屬和合金粉末的制取，還可以制取難溶化合物（如氧化物、碳化物）粉末，也是目前制取高純、無污染難溶金屬和化合物球形粉末最理想的方法，但是其生產(chǎn)過程的自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)還未成熟，生產(chǎn)能力低，價(jià)格高[9]。

2)物理法。物理法有還原法、化學(xué)沉淀法、合金分解法和電解法等。其中應(yīng)用最大的是還原法和電解法。還原法是用還原劑在一定條件下將金屬氧化物或金屬鹽類等進(jìn)行還原而制取粉末的一種方法；化學(xué)沉淀法是用一種或者多種金屬鹽溶液，通過化學(xué)反應(yīng)形成沉淀物，然

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姓名：張丹

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后脫除溶劑和加熱分解的制粉方法；合金分解法是選擇一種溶劑，只溶解合金中某一成份，再將不溶解的成分分離出來獲得金屬粉末；電解法是電解金屬鹽的水溶液使得金屬陽離子在陰極上沉積或進(jìn)行熔融鹽電解而獲得金屬粉末[10]。

3.2成形

成形的目的是將粉末制成具有一定形狀和尺寸的坯料，制得的坯料具有一定的強(qiáng)度和密度。目前，粉末成形的方法有很多，歸納起來可以分為有壓成形和無壓成形。無壓成形是指粉末在不受壓力的作用而得到一定尺寸和形狀坯料的成形方法，又稱作粉漿澆注成形法，利用毛細(xì)管原理讓石膏模具吸收漿料（粉末與液體（水、甘油、酒精等）的混合）中的液體，使得粉末在模具中固化成形的過程。有壓成形是指粉末在壓力作用下得到一定尺寸和形狀坯料的成形方法，如注射成形技術(shù)、溫壓成形技術(shù)、熱壓成形技術(shù)、等靜壓成形技術(shù)和高速壓制成形技術(shù)等。3.2.1注射成形技術(shù)

粉末注射成形技術(shù)（powder injection molding，簡稱PIM）是將塑料注射成形的思路和方法應(yīng)用到粉末成形上的一門新技術(shù)。粉末成形技術(shù)的基本工藝過程是：將粉末與粘結(jié)劑混合后，在一定溫度下使得粘結(jié)劑熔融，然后進(jìn)一步混合均勻，在注射劑壓力作用下，從注射劑噴嘴射入模具，經(jīng)冷卻脫模后得到生坯，實(shí)現(xiàn)粉末成形。粉末微成形注射技術(shù)的原理與傳統(tǒng)的粉末注射成形是一致的，只是最后得到的生坯的尺寸是在微米級(jí)，且其粉末粒徑亦為微米級(jí)別，加大了的制粉的難度，此外，其模具需采用微加工技術(shù)加工。北京科技大學(xué)自行研制開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的粉末微注射成形用模具，并成功注射成形出齒頂圓直徑小于1mm的微型齒輪[11]。

粉末注射成形可以獲得組織結(jié)構(gòu)均勻，力學(xué)性能優(yōu)異的凈成形零部件，制造比傳統(tǒng)的工藝要低，且通過注射成形的零件一般都不需要在經(jīng)過機(jī)械加工，而且能加工出傳統(tǒng)粉末冶金方法不能制造的各種形狀復(fù)雜的零件。現(xiàn)在粉末注射成形生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)一體化，自動(dòng)化程度高。3.2.2溫壓成形技術(shù)

溫壓成形技術(shù)于1994年國際粉末冶金和隔離材料會(huì)議上，由美國Hoeganaes公司公布，被國際粉末冶金界譽(yù)為“導(dǎo)致粉末冶金技術(shù)革命”的新成形技術(shù)[12]。粉末溫壓技術(shù)，顧名思義其加壓溫度介于室溫和熱壓溫度之間，一般為100-150℃，在壓力作用下混合粉末（粉末加高溫潤滑劑）在預(yù)熱的封閉鋼模中被加壓成形。其特點(diǎn)是：制造鐵基粉末冶金零部件的成本低；能使生坯致密；制品強(qiáng)度高；可以制造復(fù)雜形狀零件；密度均勻等。3.2.3熱壓成形技術(shù)

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姓名：張丹

學(xué)號(hào)：11309010 指導(dǎo)老師：張自強(qiáng)

熱壓成形過程中，將成形與燒結(jié)兩個(gè)工序一并完成，它是對(duì)裝有粉末的模腔加壓并加熱，溫度達(dá)到正常燒結(jié)溫度或更低一些，在短時(shí)間內(nèi)完成燒結(jié)得到致密均勻的制品。熱壓成形按照加熱方式可以分為電阻間接加熱、電阻直接加熱和感應(yīng)加熱三種。第一種方式是采用碳管發(fā)熱，對(duì)模具和粉末同時(shí)加熱；第二種方式是采用壓橫材料發(fā)熱，使得模具成形部位的溫度要高于其他部位。第三種方式由于粉末坯料中的渦流大小與密度相關(guān)，而坯料密度在熱壓成形過程中會(huì)變大，造成電阻降低，渦流發(fā)熱減小，所以感應(yīng)加熱的溫度是不好控制的。熱壓成形的優(yōu)點(diǎn)是可以制成全致密的材料。但是，熱壓成形中溫度的均勻性和穩(wěn)定性不好把握。3.2.4等靜壓成形技術(shù)

等靜壓成形過程的基本原理是將混合粉末經(jīng)過真空吸粉，氣動(dòng)填料輸入等靜壓成形機(jī)的模具（橡膠模具或塑料模具）中，在通過介質(zhì)（水或油或氣體）向各向施加均等的壓力，壓制成致密、結(jié)實(shí)的制品。等靜壓成形又可分為冷等靜壓和熱等靜壓，前者傳遞壓力的介質(zhì)是水或油；后者傳遞壓力的介質(zhì)是氣體。等靜壓成形的特點(diǎn)是能制成形狀復(fù)雜的零件；制品密度均勻，強(qiáng)度高；成本低廉；在較低溫度下可以值得接近完全致密的材料。然而，其制品表面精度和光潔度比鋼模壓制法低；生產(chǎn)率低；模具壽命短。3.2.5高速壓制成形技術(shù)

高速壓制成形的基本原理是通過高速運(yùn)動(dòng)的垂頭產(chǎn)出強(qiáng)烈的沖擊應(yīng)力波，在很短時(shí)間內(nèi)（0.02s）將沖擊能量通過壓模傳遞粉末進(jìn)行致密化，通過附加間隔（0.3s）的高頻沖擊應(yīng)力波可以進(jìn)一步提高材料的密度，從而使得制品性能更加優(yōu)異。具有密度高，分布均勻，徑向彈性后效小容易脫模、生產(chǎn)率高、成本低等特點(diǎn)。高速壓制成形技術(shù)近幾年來成為了研究熱點(diǎn)，各種研究成果得到了證實(shí)，華南理工大學(xué)肖志瑜教授等人提出了一種高速壓制和溫壓相結(jié)合的溫高速壓制的技術(shù)思路，通過一系列實(shí)驗(yàn)表明，該方法能否獲得更高的壓坯密度，取決于粉末的種類和特性；華南理工大學(xué)邵明教授等人，自行設(shè)計(jì)和制造了一種基于機(jī)械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機(jī)，并用于基礎(chǔ)探索研究[13]。

3.3燒結(jié)

燒結(jié)作為粉末冶金過程中最重要的工序，一直以來是人們研究的重點(diǎn)。一個(gè)好的燒結(jié)工藝，不僅能提高粉末冶金制品的力學(xué)性能，還能降低物質(zhì)和能源消耗。

3.3.1放電等離子體燒結(jié)（SPS）

放電等離子體燒結(jié)，是將瞬間、斷續(xù)、高能脈沖電流通入裝有粉末的模具上，在粉末顆粒間會(huì)產(chǎn)出等離子體放電，能迅速消除粉末顆粒表面吸附的雜質(zhì)和氣體，并加速物質(zhì)高速度的擴(kuò)散和遷移，導(dǎo)致粉末的凈化、活化和均化。它是一種集等離子體活化、熱壓、電阻加熱

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姓名：張丹

學(xué)號(hào)：11309010 指導(dǎo)老師：張自強(qiáng)

為一體的加工工藝，具有燒結(jié)時(shí)間段、溫度控制準(zhǔn)確、燒結(jié)樣品顆粒均勻、致密性好等優(yōu)點(diǎn)。王興華等[14]采用機(jī)械合金化技術(shù)制備的Fe75Zr3Si13B9粉體，通過放電等離子體燒結(jié)技術(shù)在不用溫度下將非晶合金粉體制備成了d20 mm×7 mm的塊狀非晶納米晶合金。研究表明，在500MPa燒結(jié)壓力下，隨著燒結(jié)溫度的升高，非晶相開始晶化形成非晶納米晶雙相結(jié)構(gòu)。同時(shí)，樣品的致密度、抗壓強(qiáng)度、微觀硬度、飽和磁化強(qiáng)度顯著提高。最后在500MPa的燒結(jié)壓力和863.15 K的燒結(jié)溫度下,獲得密度6.9325 g/cm3、抗壓強(qiáng)度1140.28MPa、飽和磁化強(qiáng)度1.28 T的非晶納米晶磁性材料。3.3.2選擇性激光燒結(jié)成形（SLS）

選擇性激光燒結(jié)成形（SLS）是將三維數(shù)值模型分解成一系列二維層片結(jié)構(gòu)后，由計(jì)算機(jī)控制激光束移動(dòng)，進(jìn)行逐層燒結(jié)，最后形成三維實(shí)體。在SLS過程由三個(gè)部分組成，分別是激光源、粉末攤鋪系統(tǒng)和氣氛控制系統(tǒng)。激光源發(fā)射的激光束功率、掃描速度和方式對(duì)燒結(jié)精度有重要影響。粉末攤鋪密度、厚度對(duì)粉末燒結(jié)致密性有影響，一般是粉末攤鋪密度越大、厚度越薄，燒結(jié)得到的制品越致密，精度越高。氣氛的作用是防止粉末在燒結(jié)過程中被氧化，通常有氮?dú)狻鍤獾取?/p>

選擇性激光燒結(jié)成形的特點(diǎn)是無需模具就能直接燒成近凈形致密零件，成形靈活性強(qiáng)、周期短、原料廣泛，適合制造不同材料和復(fù)雜形狀的零件。在汽車、造船、機(jī)械、航空與航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[15]。3.3.3場活化燒結(jié)技術(shù)

場活化燒結(jié)技術(shù)是利用外場的活化作用實(shí)現(xiàn)低溫快速燒結(jié)致密化的一種燒結(jié)技術(shù)。在燒結(jié)的初始階段施加一個(gè)脈沖電流，使得粉末顆粒間產(chǎn)生電火花或等離子弧，在其作用下粉末表面的氧化膜和雜質(zhì)被清除，粉末顆粒直接接觸并發(fā)生燒結(jié)形成燒結(jié)頸，戒指同時(shí)施加大電流和一定壓力，使得粉體致密化。與傳統(tǒng)的燒結(jié)方法比，燒結(jié)時(shí)間短，燒結(jié)過程對(duì)粉末微觀組織影響小，制品純度高。在日本已應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)軟磁和硬磁材料以及切削工具[16]。結(jié)束語

隨著新材料的不斷開發(fā)研究，粉末冶金技術(shù)越來越多應(yīng)用到各種新材料的加工制造中，粉末冶金制品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)粉末冶金技術(shù)的改進(jìn)技術(shù)不斷被開發(fā)提出。我國的粉末冶金技術(shù)與發(fā)達(dá)國家比還尚有差距，因此，我們要及時(shí)開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的粉末冶金新技術(shù)。

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姓名：張丹

學(xué)號(hào)：11309010 指導(dǎo)老師：張自強(qiáng)

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第三篇：粉末冶金技術(shù)論文

粉末冶金

作者姓名

班級(jí)： 學(xué)號(hào)：

摘要：粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。粉末冶金材料是指用幾種金屬粉末或金屬與非金屬粉末作原料，通過配料、壓制成形、燒結(jié)等工藝過程而制成的材料。這種工藝過程成為粉末冶金法，是一種不同于熔煉和鑄造的方法。其生產(chǎn)過程與陶瓷制品相類似，所以又稱金屬陶瓷法。粉末冶金法不僅是制取具有某些特殊性能材料的方法，也是一種無切削或少切削的加工方法。它具有生產(chǎn)率高、材料利用率高、節(jié)省機(jī)床和生產(chǎn)占地面積等優(yōu)點(diǎn)。但金屬粉末和模具費(fèi)用高，制品大小和形狀受到一定限制，制品的韌性較差。粉末冶金法常用于制作硬質(zhì)合金、減摩材料、結(jié)構(gòu)材料、摩擦材料、難熔金屬材料、過濾材料、金屬陶瓷、無偏析高速工具鋼、磁性材料、耐熱材料等。

關(guān)鍵詞：粉末冶金、基本工序、應(yīng)用、發(fā)展方向、問題及機(jī)遇

Abstract: Powder metallurgy is used for preparing metal or metal powder(or metal powder and metal powder mixture)as raw material, after forming and sintering, manufacture of metal materials, composite and various types of products technology.Powder metallurgy method and the production of ceramic have similar place, therefore, a series of new powder metallurgy technologies can also be used for preparing ceramic material.Powder metallurgy materials refers to the use of several kinds of metal powder or metal and non metal powder as raw material, through mixing, pressing, sintering process and made of materials.The process to become powder metallurgy method, is different from the melting and casting method.Its production process and ceramic products are similar, so called ceramic metal.Powder metallurgy method not only has some special properties of material preparation method, is also a kind of without cutting or less cutting processing method.It has high productivity, high material utilization rate, saving machine tools and production area etc..But the metal powder and high mold cost, product size and shape are subject to certain restrictions, flexibility is poor.Powder metallurgy method often used for the production of hard alloy, antifriction material, structural material, friction material, refractory metal materials, filter materials, metal ceramic, no segregation in high speed tool steel, magnetic materials, heat resistant materials.Key words: powder metallurgy, basic process, application, development trend, problems.引言：

粉末冶金是一種特殊的固態(tài)成形工藝，它是制取金屬粉末，采用成形和燒結(jié)工藝將金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）制成制品的工藝技術(shù)。粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金工藝的第一步是制取原料粉末，第二步是將原料粉末通過成形、燒結(jié)以及燒結(jié)后處理制得成品。典型的粉末冶金產(chǎn)品生產(chǎn)工藝路線。粉末冶金的工藝發(fā)展已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此范疇而日趨多樣化，已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。

1．粉末冶金的發(fā)展史

1、海綿鐵粉(sponge iron)時(shí)間：公元前3000年前，最早的粉末冶金技術(shù)，生產(chǎn)的粉末是海綿鐵粉。

2、鍛壓鉑（wrought platinum)時(shí)間：1750~1850年

3、鎢絲(tungsten wire)20世紀(jì)初開始，1913年獲得專利

4、高熔點(diǎn)金屬（refractory metal)時(shí)間：1940年前采用粉末冶金方法，1940年后采用真空電弧、電子束

5、自潤滑軸承或含油軸承（self-lubricating bearing)時(shí)間：20世紀(jì)20年代

6、硬質(zhì)合金(cemented carbides)時(shí)間：20世紀(jì)20年代，1925年獲得專利

7、結(jié)構(gòu)件(structural parts)時(shí)間：20世紀(jì)30年代后期

8、熱固結(jié)：壓制與燒結(jié)結(jié)合起來同時(shí)進(jìn)行的一種技術(shù),時(shí)間：20世紀(jì)40年代后 所以，對(duì)于粉末冶金技術(shù)來說，該技術(shù)具有著歷史的考驗(yàn)，然后一步步不斷的完善，當(dāng)然，就目前而言，粉末冶金技術(shù)還在不斷的改進(jìn)與發(fā)展中。

2．世界粉末冶金的工業(yè)概括

2003年全球粉末貨運(yùn)總量約為88萬噸，其中美國占51%，歐洲18%，日本13%，其它國家和地區(qū)18%。鐵粉占整個(gè)粉末總量的90%以上。從2001年起，世界鐵粉市場持續(xù)增長，4年時(shí)間增加了近20%。

汽車行業(yè)仍然是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動(dòng)力和最大用戶。一方面汽車的產(chǎn)量在不斷增

加，另一方面粉末冶金零件在單輛汽車上的用量也在不段增加。北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高，為19.5公斤，歐洲平均為9公斤，日本平均為8公斤。中國由于汽車工業(yè)的高速發(fā)展，擁有巨大的粉末冶金零部件市場前景，已經(jīng)成為眾多國際粉末冶金企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

粉末冶金鐵基零件在汽車上主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、傳送系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、點(diǎn)火裝置等。汽車發(fā)展的兩大趨勢分別為降低能耗和環(huán)保；主要技術(shù)手段則是采用先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和輕量化。

歐洲對(duì)汽車尾氣過濾為粉末冶金多孔材料又提供了很大的市場。在目前的發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下，粉末冶金金屬多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。

工具材料是粉末冶金工業(yè)另一類重要產(chǎn)品，其中特別重要的是硬質(zhì)合金。目前制造業(yè)的發(fā)展朝著3A方向，即敏捷性（Agility）、適應(yīng)性（Adaptivity）和可預(yù)測性（Anticipativity）。這要求加工工具本身更鋒利、剛性更好、韌性更高；加工材料的范圍擴(kuò)大到呂合、鎂合金、鈦合金以及陶瓷等；尺寸精度要求更高；加工成本要求更低；環(huán)境影響要減到最小，干式加工比例更大。這些新要求加快了粉末冶金工具材料的發(fā)展。硬質(zhì)合金的晶粒（＜200nm＝和超粗晶粒（＞6um）；涂層技術(shù)發(fā)展很快，CVD、PVD、PCVD技術(shù)日益完善，涂層種類也很多，從常用的CVDTiCN/Al2O3/TiN到CVDPCBN（聚晶立方BN）以及PVDTiAIN，Al2O3，cBN（立方BN）和SiMAlON等，滿足加工場合的需要。

信息行業(yè)的發(fā)展也為粉末冶金工業(yè)提供了新的契機(jī)。日本電子行業(yè)用的粉末冶金產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了每年4.3億美元，其中熱沉材料占23%，發(fā)光與點(diǎn)極材料占30%。前者主要包括散熱材料，如Si/SiC，Cu-Mo，Cu-W，Al-SiC，AlN以及Cu/金剛石等材料；后者則主要包括鎢、鉬材料。

有這些材料的統(tǒng)計(jì)可以看出，粉末冶金技術(shù)在改革中得到了很大的進(jìn)步，它有了自己本身的優(yōu)點(diǎn)，是別的一些技術(shù)手段沒辦法取代的，已經(jīng)慢慢的滲透到各個(gè)方向。

3．粉末冶金工藝的各個(gè)程序

3.1粉末的制取方法

還原法：

這是一種應(yīng)用最廣的金屬粉末制取方法，是采用氫氣、一氧化碳等作為還原劑，使金屬

氧化物或氧化物礦石在高溫下與之反應(yīng)，制得金屬粉末。這種粉末多呈多面體形，其成形性與燒結(jié)性良好。粉末粒度可由原料的粒度及還原條件的不同任意調(diào)整并均勻化。目前，粉末成形使用的鐵粉大部分由還原法產(chǎn)生；難熔化合物粉末（如硬質(zhì)合金）的制取也用此類方法。霧化法：

這是一種生產(chǎn)效率較高、成本較低、易于制得高純度粉末的生產(chǎn)方法。它利用高壓惰性氣體或高速旋轉(zhuǎn)的葉片將從小孔噴嘴中熔融的金屬擴(kuò)散成霧狀液滴并迅速使之冷卻成金屬微粒的制粉方法。霧化粉末的顆粒形狀因霧化條件而異。金屬液的溫度越高，球化的傾向越顯著。其缺點(diǎn)是易產(chǎn)生偏析和不易制得超細(xì)粉末。

電解沉積法：

在金屬熔鹽或金屬鹽的水溶液中通入直流電，使金屬離子重新獲得外層電子，變成金屬粉末。電解沉積法制取的粉末純度高，顆粒成樹枝狀或針狀，成形性和燒結(jié)性都很好，但生產(chǎn)率低，成本較高，僅適用于制造要求純度高、密度高的粉末材料和制品。機(jī)械粉碎法：

利用機(jī)械，通過壓碎、擊碎和磨削等作用，使金屬塊、合金或化合物機(jī)械地粉碎成粉末。這種方法生產(chǎn)效率低，動(dòng)力消耗大，成本較高。

由于人類的智慧集成，人們不斷的考慮著去完善這項(xiàng)技術(shù)的各個(gè)方面，在人們的努力中，研發(fā)出原料粉末的制取方法，為粉末冶金的發(fā)展提供了不可或缺的條件。

3.2粉末冶金的基本工序

粉末成型為所需形狀的坯塊:成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強(qiáng)度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應(yīng)用最多的是模壓成型。

坯塊的燒結(jié):成型后的壓坯通過燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機(jī)械性能。燒結(jié)又分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。除普通燒結(jié)外，還有松裝燒結(jié)、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝。

產(chǎn)品的后序處理:燒結(jié)后的處理，可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同，采取多種方式。此外，近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒結(jié)后的加工，取得較理想的效果。

4.粉末冶金技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢

4.1粉末冶金技術(shù)的特點(diǎn)

1.粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料具有重要的作用。

2.可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。

3.可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的工藝技術(shù)。

4.可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料等。

5.可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。

4.2粉末冶金的發(fā)展趨勢

粉末冶金是制取金屬粉末并通過成形和燒結(jié)等工藝將金屬粉末或與非金屬粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，又可制造各種精密的機(jī)械零件，省工省料。

粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)所在，也就導(dǎo)致了粉末冶金技術(shù)會(huì)迅速發(fā)展的必然趨勢。在我看來一個(gè)技術(shù)的成型與發(fā)展，在于各個(gè)方面的完善。首先，人們看到了粉末冶金的優(yōu)點(diǎn)，這樣人們就會(huì)為該技術(shù)去尋找完善的方法，就這樣得到不斷的改進(jìn)。

5.粉末冶金材料和工藝與傳統(tǒng)材料工藝相比較與優(yōu)點(diǎn)的體現(xiàn)

5.1粉末冶金材料和工藝與傳統(tǒng)材料工藝相比較

1.粉末冶金工藝是在低于基體金屬的熔點(diǎn)下進(jìn)行的，因此可以獲得熔點(diǎn)、密度相差懸殊的多種金屬、金屬與陶瓷、金屬與塑料等多相不均質(zhì)的特殊功能復(fù)合材料和制品，比如金屬與非金屬組成的摩擦材料等，控制制品的孔隙率和孔隙大小，可生產(chǎn)各種多孔性才材料和多孔含油軸承。

2.提高材料性能。用特殊方法制取的細(xì)小金屬或合金粉末，凝固速度極快、晶粒細(xì)小均勻，保證了材料的組織均勻，性能穩(wěn)定，以及良好的冷、熱加工性能，且粉末顆粒不受合金元素和含量的限制，可提高強(qiáng)化相含量，從而發(fā)展新的材料體系。

3.利用各種成形工藝，可以將粉末原料直接成形為少余量、無余量的毛坯或凈形零件，大量減少機(jī)加工量。提高材料利用率，降低成本。

5.2粉末冶金工藝的優(yōu)點(diǎn)：

1.絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。2.由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機(jī)械加工，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本。用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時(shí)，金屬的損耗只有1-5%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時(shí)，金屬的損耗可能會(huì)達(dá)到80%。

3.由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì)，而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進(jìn)行，不怕氧化，也不會(huì)給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。

4.粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。

5.粉末冶金適宜于生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品，特別是齒輪等加工費(fèi)用高的產(chǎn)品，用粉末冶金法制造能大大降低生產(chǎn)成本。

6.粉末冶金的應(yīng)用

1.金屬粉末多孔材料的應(yīng)用非常廣泛，如輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、高溫過濾裝置、分離膜等。目前最大的市場可能是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的煙塵過濾裝置。德國的Fraunhofer研究所開發(fā)了一種金屬空心球制備技 術(shù)，在聚合物基體上涂覆金屬粉末料漿，然后通過脫涂聚合物基體和粘結(jié)劑，最后燒結(jié)成各種具有空心結(jié)構(gòu)的金屬球體。球體的直徑可叢1mm至8mm。所制備的鋼空心球的密度僅0.3g/cm3。

2.納米晶和梯度結(jié)構(gòu)是硬質(zhì)合金的兩個(gè)重點(diǎn)方向。納米晶材料方面包括晶粒長大控制和納米粉末制備。梯度結(jié)構(gòu)合金方面包括工藝與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。將納米晶和梯度結(jié)構(gòu)結(jié)合起來可能是一個(gè)很好的方向，能夠在更微觀層次上實(shí)現(xiàn)性能的可調(diào)。硬質(zhì)合金的硬度高，可加工性差，因此采用注射成形制備復(fù)雜形狀中小型零件是發(fā)展趨勢，但是其商用化仍然受技術(shù)成熟度的控制。硬質(zhì)合金其他方面的工作包括天家稀土及合金元素、斷裂韌性和可靠性表征等。車輕量化為鋁、鎂、鈦等輕金屬材料提供了廣闊的應(yīng)用前景。粉末鋁合金在汽車上可應(yīng)用的部位非常多，但Al-Si合金由于高比強(qiáng)度、高比剛度、低熱膨脹系數(shù)和耐磨性好，有可能率先在油泵齒輪方面大規(guī)模應(yīng)用。從工業(yè)化角度來看，對(duì)粉末冶金鋁合金制備過程的優(yōu)化研究更為重要。

在之前，就得到了一些現(xiàn)今工業(yè)的概括，隨著各個(gè)方面的發(fā)展和需求，就需要有好的技術(shù)相輔，就在這時(shí)，粉末冶金技術(shù)得到了比較完善的發(fā)展，所以也就有了機(jī)會(huì)開始滲透這些行業(yè)。

7.我國粉末冶金的發(fā)展與機(jī)遇

隨著我國汽車工業(yè)快速發(fā)展，高附加值的零部件需求將加速增長。與此同時(shí)，汽車產(chǎn)業(yè)鏈全球化的采購系已經(jīng)形成，帶給國內(nèi)零部件企業(yè)商機(jī)顯而易見。然而,我們是否能夠握當(dāng)前機(jī)遇，不僅是我國汽車零部行業(yè)突破當(dāng)前困局的機(jī)遇，更是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的契機(jī)。因此,充分利用自身勢，揚(yáng)長補(bǔ)短是產(chǎn)業(yè)突破困局的必手段。

雖然，當(dāng)前我國的粉末冶金技術(shù)水平相對(duì)國外發(fā)達(dá)國家依然有著不小的距離。但由于我國擁有原料供給的區(qū)域優(yōu)勢，作為產(chǎn)業(yè)競爭力提升的基礎(chǔ)，依然有較強(qiáng)的競爭力。

與此同時(shí)，自上世紀(jì)90年代開始，我國粉末冶金制品行業(yè)也呈加速發(fā)展（主要集中在東部及沿海地區(qū)），東部和沿海地區(qū)的年產(chǎn)量增長幅度均在10％以上。以山東為例，該省的生產(chǎn)企業(yè)由于引進(jìn)了國外先進(jìn)設(shè)備技術(shù)，生產(chǎn)高強(qiáng)度、高精度粉末冶金零件，把粉末冶金制品的質(zhì)量、技術(shù)提高到一個(gè)新的水平；粉末注射成型、粉末鍛造、納米技術(shù)、精細(xì)陶瓷等新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用提高了行業(yè)整體技術(shù)水平，構(gòu)成了一個(gè)完整的行業(yè)體系。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全省已有各類粉末冶金企業(yè)40多家，產(chǎn)品應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域。

對(duì)目前的中國而言，我們所擁有的粉末冶金技術(shù)不是很完善，而且應(yīng)用的不多，這樣就希望我國可以認(rèn)清粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以與其他技術(shù)相輔相成，更好的為我們的工業(yè)以及各個(gè)行業(yè)服務(wù)。

小結(jié)：

第一次接觸到粉末冶金是在一堂課中，在那堂課上，老師只是簡單的提到幾句，說了一些關(guān)于粉末冶金的優(yōu)點(diǎn)，也沒有進(jìn)行很具體的介紹，在那個(gè)時(shí)候我就開始有了對(duì)這個(gè)技術(shù)的興趣，想去好好的了解一番，若是以后可以接觸到這方面的東西，也算是有了一些的準(zhǔn)備了。由于粉末冶金技術(shù)對(duì)絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料都可以實(shí)現(xiàn)加工，而且可以實(shí)現(xiàn)少切割或不切割等一些優(yōu)點(diǎn)，有著很大的發(fā)展空間。在對(duì)這篇論文的整理中，我對(duì)粉末冶金技術(shù)有了初步的了解與認(rèn)識(shí)，這是一次很好的總結(jié)過程，同時(shí)也希望有機(jī)會(huì)可以真正的接觸到粉末冶金技術(shù)。

對(duì)現(xiàn)在的中國而言，我了解到，粉末冶金技術(shù)沒有得到非常好的發(fā)展，雖然粉末冶金技術(shù)已經(jīng)開始滲透到各行各業(yè)中，但是規(guī)模和數(shù)量還是很少，我真切地希望該技術(shù)可以在中國得到發(fā)展，而且可以造福中國的工業(yè)以及各個(gè)行業(yè)中。

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第四篇：粉末冶金技術(shù)論文

粉末冶金技術(shù) 劉工藝 200806102 摘要： 粉末冶金(P/M)技術(shù)是一門重要的材料制備與成形技術(shù)，被稱為是解決高科技、新材料問題的鑰匙。高性能、低成本、凈近成形一直以來是粉末冶金工作者重要研究課題之一。粉末冶金法能實(shí)現(xiàn)工件的少切削、無切削加工，是一種高效、優(yōu)質(zhì)、精密、低耗節(jié)能制造零件的先進(jìn)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：粉末冶金、基本工序、發(fā)展歷史、應(yīng)用、相關(guān)技術(shù)、發(fā)展方向、問題及機(jī)遇

一、世界粉末冶金工業(yè)概況

2003年全球粉末貨運(yùn)總量約為88萬噸，其中美國占51%，歐洲18%，日本13%，其它國家和地區(qū)18%。鐵粉占整個(gè)粉末總量的90%以上。從2001年起，世界鐵粉市場持續(xù)增長，4年時(shí)間增加了近20%。

汽車行業(yè)仍然是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動(dòng)力和最大用戶。一方面汽車的產(chǎn)量在不斷增加，另一方面粉末冶金零件在單輛汽車上的用量也在不段增加。北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高，為19.5公斤，歐洲平均為9公斤，日本平均為8公斤。中國由于汽車工業(yè)的高速發(fā)展，擁有巨大的粉末冶金零部件市場前景，已經(jīng)成為眾多國際粉末冶金企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

粉末冶金鐵基零件在汽車上主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、傳送系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、點(diǎn)火裝置等。汽車發(fā)展的兩大趨勢分別為降低能耗和環(huán)保；主要技術(shù)手段則是采用先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和輕量化。

歐洲對(duì)汽車尾氣過濾為粉末冶金多孔材料又提供了很大的市場。在目前的發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下，粉末冶金金屬多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。

工具材料是粉末冶金工業(yè)另一類重要產(chǎn)品，其中特別重要的是硬質(zhì)合金。目前制造業(yè)的發(fā)展朝著3A方向，即敏捷性（Agility）、適應(yīng)性（Adaptivity）和可預(yù)測性（Anticipativity）。這要求加工工具本身更鋒利、剛性更好、韌性更高；加工材料的范圍擴(kuò)大到呂合、鎂合金、鈦合金以及陶瓷等；尺寸精度要求更高；加工成本要求更低；環(huán)境影響要減到最小，干式加工比例更大。這些新要求加快了粉末冶金工具材料的發(fā)展。硬質(zhì)合金的晶粒（＜200nm＝和超粗晶粒（＞6um）；涂層技術(shù)發(fā)展很快，CVD、PVD、PCVD技術(shù)日益完善，涂層種類也很多，從常用的CVDTiCN/Al2O3/TiN到CVDPCBN（聚晶立方BN）以及PVDTiAIN，Al2O3，cBN（立 方BN）和SiMAlON等，滿足加工場合的需要。

信息行業(yè)的發(fā)展也為粉末冶金工業(yè)提供了新的契機(jī)。日本電子行業(yè)用的粉末冶金產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了每年4.3億美元，其中熱沉材料占23%，發(fā)光與點(diǎn)極材料占30%。前者主要包括散熱材料，如Si/SiC，Cu-Mo，Cu-W，Al-SiC，AlN以及Cu/金剛石等材料；后者則主要包括鎢、鉬材料。

二、粉末冶金技術(shù)

粉末冶金技術(shù)簡介

粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金工藝的第一步是制取原料粉末，第二步是將原料粉末通過成形、燒結(jié)以及燒結(jié)后處理制得成品。典型的粉末冶金產(chǎn)品生產(chǎn)工藝路線如圖11-1所示。粉末冶金的工藝發(fā)展已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此范疇而日趨多樣化，已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。

粉末冶金技術(shù)有如下特點(diǎn)：

(1)可以直接制備出具有最終形狀和尺寸的零件，是一種無切削、少切削的新工藝，從而可以有效地降低零部件生產(chǎn)的資源和能源消耗；

(2)可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷基復(fù)合材料的工藝技術(shù)；

(3)可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如多孔含油軸 承、過濾材料、生物材料、分離膜材料、難熔金屬與合金、高性能陶瓷材料等；

(4)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織，在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料(如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等)具有重要的作用；

(5)可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和過飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能；

(6)可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。

粉末冶金工藝的基本工序是：

1、原料粉末的制備。現(xiàn)有的制粉方法大體可分為兩類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。而機(jī)械法可分為：機(jī)械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應(yīng)用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。

2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強(qiáng)度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應(yīng)用最多的是模壓成型。

3、坯塊的燒結(jié)。燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序。成型后的壓坯通過燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機(jī)械性能。燒結(jié)又分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。對(duì)于單元系和多元系的固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點(diǎn)低；對(duì)于多元系的液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般比其中難熔成分的熔點(diǎn)低，而高于易熔成分的熔點(diǎn)。除普通燒結(jié)外，還有松裝燒結(jié)、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝。

4、產(chǎn)品的后序處理。燒結(jié)后的處理，可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同，采取多種方式。如精整、浸油、機(jī)加工、熱處理及電鍍。此外，近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒結(jié)后的加工，取得較理想的效果。

粉末冶金工藝的優(yōu)點(diǎn)：

1、絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。

2、由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機(jī)械加工，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本。用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時(shí)，金屬的損耗只有1-5%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時(shí)，金屬的損耗可能會(huì)達(dá)到80%。

3、由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì)，而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進(jìn)行，不怕氧化，也不會(huì)給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。

4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。

5、粉末冶金適宜于生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品，特別是齒輪等加工費(fèi)用高的產(chǎn)品，用粉末冶金法制造能大大降低生產(chǎn)成本。

粉末冶金工藝的缺點(diǎn)：

1、在沒有批量的情況下要考慮 零件的大小.2、模具費(fèi)用相對(duì)來說要高出鑄造模具.三、粉末冶金與熔化冶金的區(qū)別

1、產(chǎn)品成分、結(jié)構(gòu)不同

粉末冶金最終產(chǎn)品成分未變，只是粉末固結(jié)在一起；

熔化冶金最終產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，例：開始是兩種金屬，最后是合金。產(chǎn)品性能不同

粉末冶金可生產(chǎn)特殊性能產(chǎn)品，例：高熔點(diǎn)金屬、多孔材料、摩擦材料、磁性或電性能材料；

熔化冶金只能生產(chǎn)普通產(chǎn)品。

2、生產(chǎn)工藝不同

粉末冶金工藝

a.傳統(tǒng)方法：金屬→化學(xué)法、物理法、機(jī)械法→不同形狀、粒度的粉 末→混合→壓制→燒結(jié)→制品→后處理

b.先進(jìn)技術(shù)：熱固結(jié)——壓制和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行（熱壓、熱擠壓、熱等靜壓、鍛壓等）

熔化冶金工藝

金屬→熔煉成錠→軋制、拉伸、擠壓、鍛壓、機(jī)加工→線材、棒材、型材等不同形狀、不同性能的產(chǎn)品

四、粉末冶金的發(fā)展史:

1、海綿鐵粉(sponge iron)時(shí)間：公元前3000年前，最早的粉末冶金技術(shù)，生產(chǎn)的粉末是海綿鐵粉。

生產(chǎn)方法：較純的鐵礦（Fe3O4）→木炭還原（在木炭爐內(nèi)）→海綿鐵→破碎成細(xì)粒→清洗干凈→揀出脈石和渣→壓制→燒結(jié)（或松散狀態(tài)燒結(jié)）→鍛壓→產(chǎn)品

2、鍛壓鉑（wrought platinum)時(shí)間：1750~1850年

生產(chǎn)方法：自然鉑→清洗干凈→壓制成形→燒結(jié)→熱鍛→ 鍛壓鉑

生產(chǎn)國家：西班牙、英國、前蘇聯(lián)

發(fā)展?fàn)顩r：隨著科技的發(fā)展，合適的爐子和耐火材料出現(xiàn)。P.M生產(chǎn)鍛壓鉑的工藝消失，現(xiàn)在采用F.M法。

3、鎢絲(tungsten wire)時(shí)間：20世紀(jì)初開始，1913年獲得專利

生產(chǎn)方法：WO3→氫還原→W粉→燒結(jié)→低壓高密度電流再燒結(jié)→ 密度90%的固態(tài)W →模鍛 →鎢絲

還原反應(yīng)： WO3+3H2= W+3H2O 燒結(jié)溫度： 1200℃； 模鍛溫度： 2000℃

4、高熔點(diǎn)金屬（refractory metal)Mo、Nb、Ti、Ta、Zr 時(shí)間：1940年前采用粉末冶金方法，1940年后采用真空電弧、電子束

5、自潤滑軸承或含油軸承（self-lubricating bearing)時(shí)間：20世紀(jì)20年代

特征：孔的體積占軸承體積的15~30%，潤滑劑貯存在孔內(nèi)

材料：90%Cu粉，10%錫粉，無機(jī)物粉

生產(chǎn)方法：Cu粉+錫粉+無機(jī)物粉→混合→壓制成軸承形狀→燒結(jié)→多孔軸承→浸漬（油）→含油軸承

與自潤滑軸承相關(guān)的產(chǎn)品：多孔過濾器、金屬電刷（Cu粉和石墨粉）、摩擦材料等。

6、硬質(zhì)合金(cemented carbides)時(shí)間：20世紀(jì)20年代，1925年獲得專利

特征：硬度高、耐磨損，作為切割工具、模具或軋輥等

材料：金屬碳化物（TiC、TaC、WC）、金屬粘結(jié)劑

生產(chǎn)方法： WC粉+Co粉→混合→→燒結(jié)→硬質(zhì)合金

燒結(jié)溫度：1400 ℃；

燒結(jié)氣氛：氫氣

微觀結(jié)構(gòu)：粘結(jié)劑基體中彌散著碳化物顆粒

7、結(jié)構(gòu)件(structural parts)時(shí)間：20世紀(jì)30年代后期

最早的結(jié)構(gòu)件：油泵齒輪，由鐵粉和石墨粉混合燒結(jié)而成，基體為共析合金鋼，有25%孔，性能類似于鑄鐵

結(jié)構(gòu)件種類：鐵基零件、低碳鋼、不銹鋼、銅、青銅、黃銅、鎳、鋁、鈦、銀等

特點(diǎn)：數(shù)量大、用途廣，自動(dòng)壓制、連續(xù)燒結(jié)爐燒結(jié)。

生產(chǎn)方法：傳統(tǒng)方法→再加工（浸漬、熱鍛、淬火和回火、滲碳、滲碳氮）→結(jié)構(gòu)件 最先進(jìn)的技術(shù)——熱固結(jié)（hot consolidation)

8、熱固結(jié)：壓制與燒結(jié)結(jié)合起來同時(shí)進(jìn)行的一種技術(shù)

時(shí)間：20世紀(jì)40年代后

熱固結(jié)方法：熱壓、熱等靜壓、熱擠壓、熱鍛等

熱固結(jié)產(chǎn)品：工具鋼、超合金、鈦合金等

產(chǎn)品特征：全密產(chǎn)品

五、粉末冶金應(yīng)用舉例

金屬粉末多孔材料

金屬粉末多孔材料的應(yīng)用非常廣泛，如輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、高溫過濾裝置、分離膜等。目前最大的市場可能是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的煙塵過濾裝置。德國的Fraunhofer研究所開發(fā)了一種金屬空心球制備技術(shù)，在聚合物基體上涂覆金屬粉末料漿，然后通過脫涂聚合物基體和粘結(jié)劑，最后燒結(jié)成各種具有空心結(jié)構(gòu)的金屬球體。球體的直徑可叢1mm至8mm。所制備的鋼空心球的密度僅0.3g/cm3。

硬質(zhì)合金

納米晶和梯度結(jié)構(gòu)是硬質(zhì)合金的兩個(gè)重點(diǎn)方向。納米晶材料方面包括晶粒長大控制和納米粉末制備。梯度結(jié)構(gòu)合金方面包括工藝與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。將納米晶和梯度結(jié)構(gòu)結(jié)合起來可能是一個(gè)很好的方向，能夠在更微觀層次上實(shí)現(xiàn)性能的可調(diào)。硬質(zhì)合金的硬度高，可加工性差，因此采用注射成形制備復(fù)雜形狀中小型零件是發(fā)展趨勢，但是其商用化仍然受技術(shù)成熟度的控制。硬質(zhì)合金其他方面的工作包括天家稀土及合金元素、斷裂韌性和可靠性表征等。

粉末輕金屬合金

汽車輕量化為鋁、鎂、鈦等輕金屬材料提供了廣闊的應(yīng)用前景。粉末鋁合金在汽車上可應(yīng)用的部位非常多，但Al-Si合金由于高比強(qiáng)度、高比剛度、低熱膨脹系數(shù)和耐磨性好，有可能率先在油泵齒輪方面大規(guī)模應(yīng)用。從工業(yè)化角度來看，對(duì)粉末冶金鋁合金制備過程的優(yōu)化研究更為重要。鋁合金的另一個(gè)研究熱點(diǎn)是復(fù)合材料，包括傳統(tǒng)的Al/SiC，Al/C，Al/BN，Al/Ti（C，N）以及新出現(xiàn)的納米碳管增強(qiáng)鋁合金。高強(qiáng)粉末鋁合金與快速凝固技術(shù)密切相關(guān)。通過成分設(shè)計(jì)，在純鋁基體中加入金屬間化合物行成組元，可以制備高強(qiáng)度、高韌性、高熱穩(wěn)定性兼顧的鋁合金。該材料的室溫強(qiáng)度大于600Mpa，延伸率超過10%，在400℃還有很好的熱穩(wěn)定，疲勞極限是鍛造鋁合金的2倍。

鎂合金的密度更小，其應(yīng)用前景可能更好，但目前仍處于研究狀態(tài)。采用快速凝固方法也是制備高性能粉末鎂合金的重要手段。目前該技術(shù)在安全性方面已經(jīng)沒有太大的問題，所制備出的材料性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鑄造合金。

鈦合金在汽車上的應(yīng)用主要是成本問題，而粉末鈦合金的主要障礙在于高性能低成本鈦粉。英國QinetiQLtd開發(fā)了一種店脫氧技術(shù)（EDO），可批量生產(chǎn)鈦粉。該技術(shù)與傳統(tǒng)的以海綿鈦為原料的氫化脫氫過程完全不同。它是一種類似于熔鹽電解的方法，以TiO2為陰極，石墨為陽極，在電解過程中TiO2的陽極遷移，并消耗陽極的炭形成CO，在陰極得到鈦粉。鈦粉的氧含量在0.035%~0.4%之間。采用這一技術(shù)還可方便地制備各種鈦合金粉末。由于對(duì)氣氛和雜質(zhì)的敏感性，粉末鈦合金的燒結(jié)也是工藝難點(diǎn)，通常與要熱等靜壓或后續(xù)熱加工。通過添加共晶形成組元和稀土元素能夠明顯改善粉末鈦合金的燒結(jié)致密度，其力學(xué)性能也能達(dá)到鍛造鈦合金水平。這一系列工作將大大推動(dòng)鈦合金在汽車機(jī)關(guān)鍵部件上的應(yīng)用。

六、粉末冶金相關(guān)技術(shù)

1、粉末注射成型

粉末注射成形仍然是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。粉末注射成形的材料已經(jīng)從早期的鐵基、硬質(zhì)合金、陶瓷等對(duì)雜質(zhì)含量不敏感，性能要求不是非常苛刻的體系，發(fā)展到了鎳基高溫合金、鈦合金和鈮材料。材料應(yīng)用領(lǐng)域也從結(jié)構(gòu)材料向功能材料發(fā)展、如熱沉材料、磁性材料和形狀記憶合金。材料結(jié)構(gòu)也從單一均勻結(jié)構(gòu)向復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)展。金屬工注射成形技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多種不同成分的粉末同時(shí)成形，因而能夠得到具有三明治形式的復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如將316L不銹綱和17-4PH合金復(fù)合，能夠?qū)崿F(xiàn)力學(xué)性能的連續(xù)可調(diào)。粉末注射成形的一個(gè)重要發(fā)展方向與與微系統(tǒng)技術(shù)密切相關(guān)。在與微系統(tǒng)技術(shù)密切相關(guān)。在與微系統(tǒng)相關(guān)的領(lǐng)域中，如電子信息、微化學(xué)、醫(yī)療器械等，器件不斷小型化，功能更加復(fù)合化。而粉末注射成形技術(shù)提供了實(shí)現(xiàn)的可能。微注射成形技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)注射成形技術(shù)的改進(jìn)。它是針對(duì)零件尺寸結(jié)構(gòu)小到1um所開發(fā)的成形技術(shù)，基本工藝與傳統(tǒng)注射成形一致，但原料粉末粒度更小。采用微注射成形技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出了表面微結(jié)構(gòu)精度10um的微流體裝置，尺寸為350um~900um的不銹鋼零件；實(shí)現(xiàn)了不同材料成分、復(fù)合結(jié)構(gòu)的共燒結(jié)或共連接，獲得了磁性/非磁性、導(dǎo)體/非導(dǎo)體微型復(fù)合零件。

2、粉末制備技術(shù)

粉末霧化一直是高性能粉末的制備技術(shù)。熱氣流霧化技術(shù)能夠延長金屬液滴在液相狀態(tài)的時(shí)間，使粉末可以經(jīng)過二次破碎（霧化），因而大大提高了霧化的效率，所得到的粉末粒度更為細(xì)小。ASL公司的研究結(jié)果表明，若將氣體溫度提高到330℃。制備相同粒度粉末所需的氣體消耗量減少30%，其經(jīng)濟(jì)分析和工程化問題研究說明該技術(shù)是完全可行的。粉末霧化方面的技術(shù)有很大的改進(jìn)。例如，采用一種新型自由裸體式氣體霧化，能夠得到更細(xì)的工具鋼粉末，顆粒中碳化物的分布更均勻、缺陷更少。美國赫格拉斯公司將先進(jìn)的煉鋼技術(shù)用于粉末生產(chǎn)中，融合了電弧煉爐（EAF）技術(shù)、氬氧脫碳技術(shù)（ADO）、高性能霧化技術(shù)和氫退火技術(shù)，大大改善了粉末質(zhì)量、粉末壓坯密度和強(qiáng)度得到了提高。在活性粉末霧化方面，為了減少熔煉過程熔體與坩堝的反應(yīng)，德國開發(fā)了電極感應(yīng)熔煉氣霧化（EIGA）技術(shù)，可制備高活性的鈦、鋯以及TiAl金屬間化合物粉末。機(jī)械合金化仍然是研究的熱門，但大多數(shù)是實(shí)驗(yàn)室工作。值得一提的是德國Zoz公司才用自己開發(fā)的高能球磨設(shè)備研磨電弧熔煉爐的爐渣，然后經(jīng)過濕法冶金回收金屬，這一技術(shù)既改善了環(huán)境，有開拓了巨大的市場。

3、粉末燒結(jié)理論與技術(shù)

微波燒結(jié)作為一種新的快速燒結(jié)技術(shù)，已經(jīng)完全適用于金屬粉末材料，如粉末鋼、硬質(zhì)合金、有色金屬等。微波燒結(jié)的工業(yè)化也許指日可待因?yàn)椴还苁窃O(shè)備和技術(shù)的成熟度，還是批量化生產(chǎn)能力都沒有太大問題而主要障礙是生產(chǎn)商的接受程度和風(fēng)險(xiǎn)度。

放電等離子燒結(jié)（SPS）的研究也不少，材料體系也從陶瓷擴(kuò)展到了金屬材料，特別是一些超細(xì)晶材料，如鋁合金、鎂合金和自潤滑鐵基材料等。但是由于其單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，該方法恐怕只能用來作一些基礎(chǔ)研究。

噴射沉積在制備大型、細(xì)晶材料方面非常有優(yōu)勢。該技術(shù)最初主要生產(chǎn)鋁合金和鋁硅合金。隨著熔煉技術(shù)的提高，噴射沉積已可用來制備工具鋼和高溫合金。德國不來梅大學(xué)報(bào)導(dǎo)采用噴射沉積制備出了單件質(zhì)量超過100公斤，內(nèi)徑40mm，外徑500mm，寬100mm的高溫合金環(huán)。

快速成形技術(shù)近年來引起了很多學(xué)者的關(guān)注。在粉末冶金領(lǐng)域應(yīng)用最多的是直接金屬激光燒結(jié)。目前該技術(shù)已用于鋼鐵粉末和鈦合金粉末等。另一種金屬快速成形方法是三維印刷。該方法非常方便用于各種不同成分合金按照不同結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行三維微觀堆積，目前尚處于概念階段。但該技術(shù)已用來制備了一些由金屬+粘結(jié)劑組成的結(jié)構(gòu)，以及梯度功能材料。

4、粉末零件后續(xù)處理技術(shù)

后續(xù)處理對(duì)粉末冶金零件的性能至關(guān)重要。燒結(jié)硬化將燒結(jié)和熱處理融為一體，合金成分和冷卻條件對(duì)材料性能的影響很大。Miba公司采用鉆孔技術(shù)對(duì)零件可加工性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。神戶鋼鐵公司在燒結(jié)鋼中添加一種復(fù)雜鈣氧化物，代替通常用的MnS，明顯改善了零件的可加工性，而不損害其力學(xué)性能。此外隨著應(yīng)用的擴(kuò)大粉末鋁及復(fù)合材料的切削多孔材料的線切割也受到了關(guān)注。

七、粉末冶金材料和制品的今后發(fā)展方向：

粉末冶金制品的應(yīng)用范圍十分廣泛，從普通機(jī)械制造到精密儀器；從五金工具到大型機(jī)械；從電子工業(yè)到電機(jī)制造；從民用工業(yè)到軍事工業(yè)；從一般技術(shù)到尖端高技術(shù)，均能見到粉末冶金工藝的身影。

粉末冶金材料和制品的今后發(fā)展方向：

1、有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展。

2、制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金。

3、用增強(qiáng)致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金。

4、制造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金。

5、加工獨(dú)特的和非一般形態(tài)或成分的復(fù)合零部件。

八、粉末冶金技術(shù)國內(nèi)與國外差距

1、產(chǎn)品水平低

在產(chǎn)品精度方面，少數(shù)企業(yè)尺寸精度可達(dá)IS07—8級(jí)，形位公差可達(dá)8—9級(jí)，與國外水平相比低1—2級(jí)，但一般企業(yè)約相差2—3級(jí)。產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品內(nèi)在重量和外觀質(zhì)量均有較大的差距

2、工藝裝備落后

多數(shù)企業(yè)仍采用性能較差的設(shè)備、能耗大、效率低、爐溫均勻性差，質(zhì)量不穩(wěn)定；國內(nèi)還沒有形成一個(gè)專業(yè)生產(chǎn)粉末冶金模具、模架的企業(yè)

3、企業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益與國外同類企業(yè)相比差距較大

日本住友電工（株）: 650人，年產(chǎn)粉末冶金零件24000噸，年銷售額近2億美元，人均年銷售額255.4萬元人民幣；

臺(tái)灣保來得公司 : 530人，年銷售額6210萬美元，人均年銷售額97.25萬元人民幣。寧波粉末冶金廠 : 400人，年銷售額1.2億元，人均年銷售額30萬元； 揚(yáng)州保來得公司 : 300人，年銷售額1.8億元，人均年銷售額60萬元； 國內(nèi)一般粉末冶金廠 : 人均年銷售2萬元。

九、國內(nèi)粉末冶金技術(shù)面臨的問題及機(jī)遇

大力發(fā)展粉末冶金技術(shù)，積極培養(yǎng)核心競爭力

當(dāng)前我國汽車零部件企業(yè)不僅面臨著跨國企業(yè)的猛烈沖擊和國內(nèi)企業(yè)間同質(zhì)化的激烈競爭，還有上游原料成本的擠壓以及下游主機(jī)及經(jīng)銷商不斷提高的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。而我國大多數(shù)汽車零部件企業(yè)的現(xiàn)狀卻是專業(yè)化水平低，產(chǎn)品開發(fā)能力弱。絕大多數(shù)零部件企業(yè)不具備產(chǎn)品開發(fā)能力，產(chǎn)品開發(fā)主要依靠主機(jī)廠，難以適應(yīng)整車更新?lián)Q代的要求，企業(yè)自身核心競爭力較低。由此，使得企業(yè)在不斷上漲的成本壓力下并不能有效的得到傳導(dǎo)，迫使企業(yè)收益水平不斷下降。面臨當(dāng)前困境，積極培養(yǎng)自身核心競爭力便成為目前企業(yè)亟需解決的問題。我們知道汽車核心零部件中，附加值較高的主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、變速箱齒輪中的同步器錐環(huán)和油泵主從動(dòng)齒輪等。而這些零部件中，主流的核心技術(shù)，便是粉末冶金技術(shù)。如：連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要零件，許多引進(jìn)車型圖紙上都規(guī)定有連桿的疲勞試驗(yàn)負(fù)荷，并要求在該負(fù)荷下的疲勞周次達(dá)到500萬以上。而國內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿大多采用的鍛鋼連桿和鑄造連桿疲勞周次要達(dá)到50萬以上是很困難的，因?yàn)檫B桿的工字筋部位均不經(jīng)切削加工，細(xì)小的缺陷對(duì)連桿的疲勞壽命影響較大。而國外主流連桿主要采用粉末鍛造，如：美國通用汽車公司的別克轎車，德國寶馬公司BMW、GNK Sintermetals公司制造的甚至連桿達(dá)到了抗拉強(qiáng)度1041MPa。因此，要想培養(yǎng)自身的核心競爭力，當(dāng)務(wù)之急必須謀動(dòng)粉末冶金技術(shù)發(fā)展，以此為突破點(diǎn)增強(qiáng)國內(nèi)零部件業(yè)已衰弱的競爭力。隨著我國汽車市場加速增長，粉末冶金技術(shù)市場潛力凸現(xiàn)

近幾年，中國汽車業(yè)一直保持高速發(fā)展。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2007年上半年，中國汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量分別為445.67萬輛和437.38萬輛，同比增長22.36％和23.3％。中國已經(jīng)成為世界第二大汽車消費(fèi)國，第三大汽車生產(chǎn)國，第一大汽車潛在市場。伴隨著中國汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶動(dòng)了零部件市場的快速發(fā)展。2006年，中國汽車零部件企業(yè)銷售收入達(dá)4035億元。據(jù)預(yù)計(jì)，到2010年中國汽車零部件國內(nèi)產(chǎn)值將達(dá)到7000億元左右。

與此同時(shí)，我國粉末冶金工業(yè)由于長期缺乏數(shù)量較大和附加值較高的零件需求，沒有機(jī)會(huì)讓粉末冶金行業(yè)發(fā)揮它特有的優(yōu)勢提供了良好的機(jī)遇。因此在20世紀(jì)90年代中期，用于汽車和摩托車工業(yè)的粉末冶金零件按質(zhì)量計(jì)算在10年間幾乎翻了一番。而用于附加值較低的農(nóng)機(jī)工業(yè)粉末冶金零件則幾乎減少一半。可見，高附加值的粉末冶金零件正逐步向汽車領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。據(jù)中國通用機(jī)械零部件協(xié)會(huì)粉末冶金分會(huì)報(bào)告，2006年中國粉末冶金零件及制品的產(chǎn)量增加了17.5％，達(dá)到約88000t。統(tǒng)計(jì)的產(chǎn)品類別包括鐵銅基粉末冶金零件、含油軸承以及摩擦材料。其中汽車市場粉末冶金零件用量約為32000t，占37％，增長了28％；電動(dòng)工具市場增長29％。

未來我國汽車粉末冶金零件產(chǎn)品市場潛力將呈井噴增長。據(jù)資料顯示，發(fā)達(dá)國家汽車制造業(yè)粉末冶金制品的用量占其粉末冶金制品總產(chǎn)量的絕大多數(shù)，如美國占90％，歐洲為80％，而我國目前尚不足40％。歐洲平均每輛汽車的粉末冶金制品使用量是14kg，日本為16kg，美國已達(dá)到19.5kg以上，預(yù)計(jì)未來幾年可能達(dá)到22kg，而我國目前平均每輛汽車粉末冶金制品的用量卻只有5kg左右。如果按年產(chǎn)500萬輛車計(jì)算，我國全年汽車零件用鋼鐵粉末約2.5萬噸左右，如果我國每輛汽車粉末冶金制品的用量達(dá)到歐洲水平，加上保有量汽 車粉末冶金零件的更換，那么僅此一項(xiàng)的鋼鐵粉末就需要近10萬噸，是當(dāng)前粉末冶金總需求量的1.25倍。

把握機(jī)遇，利用自身優(yōu)勢突破我國汽車零部件困局

隨著我國汽車工業(yè)快速發(fā)展，高附加值的零部件需求將加速增長。與此同時(shí)，汽車產(chǎn)業(yè)鏈全球化的采購系已經(jīng)形成，帶給國內(nèi)零部件企業(yè)商機(jī)顯而易見。然而，我們是否能夠握當(dāng)前機(jī)遇，不僅是我國汽車零部行業(yè)突破當(dāng)前困局的機(jī)遇，更是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的契機(jī)。因此，充分利用自身勢，揚(yáng)長補(bǔ)短是產(chǎn)業(yè)突破困局的必手段。

雖然，當(dāng)前我國的粉末冶金技術(shù)水平相對(duì)國外發(fā)達(dá)國家依然有著不小的距離。但由于我國擁有原料供給的區(qū)域優(yōu)勢，作為產(chǎn)業(yè)競爭力提升的基礎(chǔ)，依然有較強(qiáng)的競爭力。

與此同時(shí)，自上世紀(jì)90年代開始，我國粉末冶金制品行業(yè)也呈加速發(fā)展（主要集中在東部及沿海地區(qū)），東部和沿海地區(qū)的年產(chǎn)量增長幅度均在10％以上。以山東為例，該省的生產(chǎn)企業(yè)由于引進(jìn)了國外先進(jìn)設(shè)備技術(shù)，生產(chǎn)高強(qiáng)度、高精度粉末冶金零件，把粉末冶金制品的質(zhì)量、技術(shù)提高到一個(gè)新的水平；粉末注射成型、粉末鍛造、納米技術(shù)、精細(xì)陶瓷等新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用提高了行業(yè)整體技術(shù)水平，構(gòu)成了一個(gè)完整的行業(yè)體系。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全省已有各類粉末冶金企業(yè)40多家，產(chǎn)品應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域。

最后在擁有區(qū)域優(yōu)勢的同時(shí)，建立產(chǎn)業(yè)基地，形成基地集群效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)市場和效益最大化、成本最小化。同時(shí)，在行業(yè)內(nèi)部合理分工，逐步形成分工明確的縱向多層次有機(jī)整體，依托國內(nèi)市場發(fā)展制造能力，再通過國際合作迅速提升競爭力、獲取競爭優(yōu)勢，并且通過國際合作所獲得的企業(yè)在未來發(fā)展中的資本、技術(shù)、產(chǎn)品和管理的支撐，進(jìn)入國際合作伙伴的配套體系和融人全球采購體系，突破當(dāng)前產(chǎn)業(yè)困局。

參考文獻(xiàn)：

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（二）黃伯云 易健宏 上海金屬 2007 4 【4】鈦及鈦合金的粉末冶金新技術(shù)

周洪強(qiáng) 陳志強(qiáng) 材料導(dǎo)報(bào)：網(wǎng)絡(luò)版 2006 1 【5】世界粉末冶金的發(fā)展現(xiàn)狀

劉詠 黃伯云...中國有色金屬 2006 1 【6】粉末冶金多孔材料性能研究

孫紀(jì)國 王浩...導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù) 2006 4 【7】粉末冶金文摘

亓家鐘（摘擇）粉末冶金技術(shù) 2006 2

第五篇：粉末冶金技術(shù)論文

粉末冶金技術(shù)

摘要：粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。粉末冶金材料是指用幾種金屬粉末或金屬與非金屬粉末作原料，通過配料、壓制成形、燒結(jié)等工藝過程而制成的材料。這種工藝過程成為粉末冶金法，是一種不同于熔煉和鑄造的方法。其生產(chǎn)過程與陶瓷制品相類似，所以又稱金屬陶瓷法。粉末冶金法不僅是制取具有某些特殊性能材料的方法，也是一種無切削或少切削的加工方法。它具有生產(chǎn)率高、材料利用率高、節(jié)省機(jī)床和生產(chǎn)占地面積等優(yōu)點(diǎn)。但金屬粉末和模具費(fèi)用高，制品大小和形狀受到一定限制，制品的韌性較差。粉末冶金法常用于制作硬質(zhì)合金、減摩材料、結(jié)構(gòu)材料、摩擦材料、難熔金屬材料、過濾材料、金屬陶瓷、無偏析高速工具鋼、磁性材料、耐熱材料等。

關(guān)鍵詞：粉末冶金、基本工序、應(yīng)用、發(fā)展方向、問題及機(jī)遇

Powder metallurgy technology

(11 grade material class two)Abstract: Powder metallurgy is used for preparing metal or metal powder(or metal powder and metal powder mixture)as raw material, after forming and sintering, manufacture of metal materials, composite and various types of products technology.Powder metallurgy method and the production of ceramic have similar place, therefore, a series of new powder metallurgy technologies can also be used for preparing ceramic material.Powder metallurgy materials refers to the use of several kinds of metal powder or metal and non metal powder as raw material, through mixing, pressing, sintering process and made of materials.The process to become powder metallurgy method, is different from the melting and casting method.Its production process and ceramic products are similar, so called ceramic metal.Powder metallurgy method not only has some special properties of material preparation method, is also a kind of without cutting or less cutting processing method.It has high productivity, high material utilization rate, saving machine tools and production area etc..But the metal powder and high mold cost, product size and shape are subject to certain restrictions, flexibility is poor.Powder metallurgy method often used for the production of hard alloy, antifriction material, structural material, friction material, refractory metal materials, filter materials, metal ceramic, no segregation in high speed tool steel, magnetic materials, heat resistant materials.Key words: powder metallurgy, basic process, application, development trend, problems and opportunities

一基本簡介

粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。

二發(fā)展前景

近年來，通過不斷引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)與自主開發(fā)創(chuàng)新相結(jié)合，中國粉末冶金產(chǎn)業(yè)和技術(shù)都呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢，是中國機(jī)械通用零部件行業(yè)中增長最快的行業(yè)之一，每年全國粉末冶金行業(yè)的產(chǎn)值以35%的速度遞增。

全球制造業(yè)正加速向中國轉(zhuǎn)移，汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了不可多得的發(fā)展機(jī)遇和巨大的市場空間。另外，粉末冶金產(chǎn)業(yè)被中國列入優(yōu)先發(fā)展和鼓勵(lì)外商投資項(xiàng)目，發(fā)展前景廣闊。

七、粉末冶金研究先進(jìn)設(shè)備-放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)（SPS）

前言

隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新型材料特別是新型功能材料的種類和需求量不斷增加，材料新的功能呼喚新的制備技術(shù)。放電等離子燒結(jié)（Spark Plasma Sintering，簡稱SPS）是制備功能材料的一種全新技術(shù)，它具有升溫速度快、燒結(jié)時(shí)間短、組織結(jié)構(gòu)可控、節(jié)能環(huán)保等鮮明特點(diǎn)，可用來制備金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料，也可用來制備納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等。

國內(nèi)外SPS的發(fā)展與應(yīng)用狀況

SPS技術(shù)是在粉末顆粒間直接通入脈沖電流進(jìn)行加熱燒結(jié)，因此在有的文獻(xiàn)上也被稱為等離子活化燒結(jié)或等離子輔助燒結(jié)（plasmaactivatedsintering-PAS或plasma-assistedsintering-PAS）[1,2]。早在1930年，美國科學(xué)家就提出了脈沖電流燒結(jié)原理，但是直到1965年，脈沖電流燒結(jié)技術(shù)才在美、日等國得到應(yīng)用。日本獲得了SPS技術(shù)的專利，但當(dāng)時(shí)未能解決該技術(shù)存在的生產(chǎn)效率低等問題，因此SPS技術(shù)沒有得到推廣應(yīng)用。

1988年日本研制出第一臺(tái)工業(yè)型SPS裝置，并在新材料研究領(lǐng)域內(nèi)推廣使用。1990年以后，日本推出了可用于工業(yè)生產(chǎn)的SPS第三代產(chǎn)品，具有10～100t 的燒結(jié)壓力和脈沖電流5000～8000A。最近又研制出壓力達(dá)500t，脈沖電流為25000A的大型SPS裝置。由于SPS技術(shù)具有快速、低溫、高效率等優(yōu)點(diǎn)，近幾年國外許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都相繼配備了SPS燒結(jié)系統(tǒng)，并利用SPS進(jìn)行新材料的研究和開發(fā)[3]。1998年瑞典購進(jìn)SPS燒結(jié)系統(tǒng)，對(duì)碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料進(jìn)行了較多的研究工作[4]。

國內(nèi)近三年也開展了用SPS技術(shù)制備新材料的研究工作[1,3]，引進(jìn)了數(shù)臺(tái)SPS燒結(jié)系統(tǒng)，主要用來燒結(jié)納米材料和陶瓷材料[5～8]。SPS作為一種材料制備的全新技術(shù)，已引起了國內(nèi)外的廣泛重視。

SPS的燒結(jié)原理

3.1等離子體和等離子加工技術(shù)[9，10]

SPS是利用放電等離子體進(jìn)行燒結(jié)的。等離子體是物質(zhì)在高溫或特定激勵(lì)下的一種物質(zhì)狀態(tài)，是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外，物質(zhì)的第四種狀態(tài)。等離子體是電離氣體，由大量正負(fù)帶電粒子和中性粒子組成，并表現(xiàn)出集體行為的一種準(zhǔn)中性氣體。

等離子體是解離的高溫導(dǎo)電氣體，可提供反應(yīng)活性高的狀態(tài)。等離子體溫度4000～10999℃，其氣態(tài)分子和原子處在高度活化狀態(tài)，而且等離子氣體內(nèi)離子化程度很高，這些性質(zhì)使得等離子體成為一種非常重要的材料制備和加工技術(shù)。

等離子體加工技術(shù)已得到較多的應(yīng)用，例如等離子體CVD、低溫等離子體PBD以及等離子體和離子束刻蝕等。目前等離子體多用于氧化物涂層、等離子刻蝕方面，在制備高純碳化物和氮化物粉體上也有一定應(yīng)用。而等離子體的另一個(gè)很有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域是在陶瓷材料的燒結(jié)方面[1]。

產(chǎn)成等離子體的方法包括加熱、放電和光激勵(lì)等。放電產(chǎn)生的等離子體包括直流放電、射頻放電和微波放電等離子體。SPS利用的是直流放電等離子體。

3.2SPS裝置和燒結(jié)基本原理

SPS裝置主要包括以下幾個(gè)部分：軸向壓力裝置；水冷沖頭電極；真空腔體；氣氛控制系統(tǒng)（真空、氬氣）；直流脈沖及冷卻水、位移測量、溫度測量、和安全等控制單元。SPS的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

SPS與熱壓（HP）有相似之處，但加熱方式完全不同，它是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結(jié)的加壓燒結(jié)法。通-斷式直流脈沖電流的主要作用是產(chǎn)生放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場擴(kuò)散作用[11]。SPS燒結(jié)時(shí)脈沖電流通過粉末顆粒如圖2所示。在SPS燒結(jié)過程中，電極通入直流脈沖電流時(shí)瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結(jié)體內(nèi)部各個(gè)顆粒均勻的自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化。與自身加熱反應(yīng)合成法（SHS）和微波燒結(jié)法類似，SPS是有效利用粉末內(nèi)部的自身發(fā)熱作用而進(jìn)行燒結(jié)的。SPS燒結(jié)過程可以看作是顆粒放電、導(dǎo)電加熱和加壓綜合作用的結(jié)果。除加熱和加壓這兩個(gè)促進(jìn)燒結(jié)的因素外，在SPS技術(shù)中，顆粒間的有效放電可產(chǎn)生局部高溫，可以使表面局部熔化、表面物質(zhì)剝落；高溫等離子的濺射和放電沖擊清除了粉末顆粒表面雜質(zhì)（如去處表面氧化物等）和吸附的氣體。電場的作用是加快擴(kuò)散過程[1，9，12]。

SPS的工藝優(yōu)勢

SPS的工藝優(yōu)勢十分明顯：加熱均勻，升溫速度快，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻，能保持原材料的自然狀態(tài)，可以得到高致密度的材料，可以燒結(jié)梯度材料以及復(fù)雜工件[3，11]。與HP和HIP相比，SPS裝置操作簡單，不需要專門的熟練技術(shù)。文獻(xiàn)[11]報(bào)道，生產(chǎn)一塊直徑100mm、厚17mm的ZrO2(3Y)/不銹鋼梯度材料（FGM）用的總時(shí)間是58min，其中升溫時(shí)間28min、保溫時(shí)間5min和冷卻時(shí)間25min。與HP相比，SPS技術(shù)的燒結(jié)溫度可降低100～200℃[13]。

SPS在材料制備中的應(yīng)用

目前在國外，尤其是日本開展了較多用SPS制備新材料的研究，部分產(chǎn)品已投入生產(chǎn)。SPS可加工的材料種類如表1所示。除了制備材料外，SPS還可進(jìn)行材料連接，如連接MoSi2與石磨[14]，ZrO2/Cermet/Ni等[15]。

近幾年，國內(nèi)外用SPS制備新材料的研究主要集中在：陶瓷、金屬陶瓷、金屬間化合物，復(fù)合材料和功能材料等方面。其中研究最多的是功能材料，他包括熱電材料[16]、磁性材料[17]、功能梯度材料[18]、復(fù)合功能材料[19]和納米功能材料[20]等。對(duì)SPS制備非晶合金、形狀記憶合金[21]、金剛石等也作了嘗試，取得了較好的結(jié)果。

5.1功能梯度材料

功能梯度材料（FGM）的成分是梯度變化的，各層的燒結(jié)溫度不同，利用傳統(tǒng)的燒結(jié)方法難以一次燒成。利用CVD、PVD等方法制備梯度材料，成本很高，也很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。采用階梯狀的石磨模具，由于模具上、下兩端的電流密度不同，因此可以產(chǎn)生溫度梯度。利用SPS在石磨模具中產(chǎn)生的梯度溫度場，只需要幾分鐘就可以燒結(jié)好成分配比不同的梯度材料。目前SPS成功制備的梯度材料有：不銹鋼/ZrO2；Ni/ZrO2；Al/高聚物；Al/植物纖維；PSZ/T等梯度材料。

在自蔓延燃燒合成（SHS）中，電場具有較大激活效應(yīng)和作用，特別是場激活效應(yīng)可以使以前不能合成的材料也能成功合成，擴(kuò)大了成分范圍，并能控制相的成分，不過得到的是多孔材料，還需要進(jìn)一步加工提高致密度。利用類似于SHS電場激活作用的SPS技術(shù)，對(duì)陶瓷、復(fù)合材料和梯度材料的合成和致密化同時(shí)進(jìn)行，可得到65nm的納米晶，比SHS少了一道致密化工序[22]。利用SPS可制備大尺寸的FGM，目前SPS制備的尺寸較大的FGM體系是ZrO2(3Y)/不銹鋼圓盤，尺寸已達(dá)到100mm×17mm[23]。

用普通燒結(jié)和熱壓WC粉末時(shí)必須加入添加劑，而SPS使燒結(jié)純WC成為可能。用SPS制備的WC/Mo梯度材料的維氏硬度（HV）和斷裂韌度分別達(dá)到了24Gpa和6Mpa·m1/2,大大減輕由于WC和Mo的熱膨脹不匹配而導(dǎo)致熱應(yīng)力引起的開裂[24]。

5.2 熱電材料

由于熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換的高可靠性、無污染等特點(diǎn)，最近熱電轉(zhuǎn)換器引起了人們的極大興趣，并研究了許多熱電轉(zhuǎn)換材料。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在SPS制備功能材料的研究中，對(duì)熱電材料的研究較多。

(1)熱電材料的成分梯度化氏目前提高熱點(diǎn)效率的有效途徑之一。例如，成分梯度的βFeSi2就是一種比較有前途的熱電材料，可用于200～900℃之間進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換。βFeSi2沒有毒性，在空氣中有很好的抗氧化性，并且有較高的電導(dǎo)率和熱電功率。熱點(diǎn)材料的品質(zhì)因數(shù)越高（Z=α2/kρ，其中Z是品質(zhì)因數(shù)，α為Seebeck系數(shù)，k為熱導(dǎo)系數(shù)，ρ為材料的電阻率），其熱電轉(zhuǎn)換效率也越高。試驗(yàn)表明，采用SPS制備的成分梯度的βFeSix(Si含量可變)，比βFeSi2的熱電性能大為提高[25]。這方面的例子還有Cu/Al2O3/Cu[26],MgFeSi2[27], βZn4Sb3[28],鎢硅化物[]29]等。

(2)用于熱電制冷的傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料不僅強(qiáng)度和耐久性差，而且主要采用單相生長法制備，生產(chǎn)周期長、成本高。近年來有些廠家為了解決這個(gè)問題，采用燒結(jié)法生產(chǎn)半導(dǎo)體致冷材料，雖改善了機(jī)械強(qiáng)度和提高了材料使用率，但是熱電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到單晶半導(dǎo)體的性能，現(xiàn)在采用SPS生產(chǎn)半導(dǎo)體致冷材料，在幾分鐘內(nèi)就可制備出完整的半導(dǎo)體材料，而晶體生長卻要十幾個(gè)小時(shí)。SPS制備半導(dǎo)體熱電材料的優(yōu)點(diǎn)是，可直接加工成圓片，不需要單向生長法那樣的切割加工，節(jié)約了材料，提高了生產(chǎn)效率。

熱壓和冷壓-燒結(jié)的半導(dǎo)體性能低于晶體生長法制備的性能。現(xiàn)用于熱電致冷的半導(dǎo)體材料的主要成分是Bi,Sb,Te和Se，目前最高的Z值為3.0×10/K，而用SPS制備的熱電半導(dǎo)體的Z值已達(dá)到2.9～3.0×10/K，幾乎等于單晶半導(dǎo)體的性能[30]。表2是SPS和其他方法生產(chǎn)BiTe材料的比較。

5.3 鐵電材料

用SPS燒結(jié)鐵電陶瓷PbTiO3時(shí)，在900～1000℃下燒結(jié)1～3min,燒結(jié)后平均顆粒尺寸<1μm，相對(duì)密度超過98%。由于陶瓷中孔洞較少[31]，因此在101～106HZ之間介電常數(shù)基本不隨頻率而變化。

用SPS制備鐵電材料Bi4Ti3O12陶瓷時(shí)，在燒結(jié)體晶粒伸長和粗化的同時(shí)，陶瓷迅速致密化。用SPS容易得到晶粒取向度好的試樣，可觀察到晶粒擇優(yōu)取向的Bi4Ti3O12陶瓷的電性能有強(qiáng)烈的各向異性[32]。

用SPS制備鐵電Li置換IIVI半導(dǎo)體ZnO陶瓷，使鐵電相變溫度Tc提高到470K，而以前冷壓燒結(jié)陶瓷只有330K[34]。

5.4 磁性材料

用SPS燒結(jié)Nd Fe B磁性合金，若在較高溫度下燒結(jié)，可以得到高的致密度，但燒結(jié)溫度過高會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)溫度過高會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)α相和晶粒長大，磁性能惡化。若在較低溫度下燒結(jié)，雖能保持良好的磁性能，但粉末卻不能完全壓實(shí)，因此要詳細(xì)研究密度與性能的關(guān)系[35]。

SPS在燒結(jié)磁性材料時(shí)具有燒結(jié)溫度低、保溫時(shí)間短的工藝優(yōu)點(diǎn)。Nd Fe Co V B 在650℃下保溫5min,即可燒結(jié)成接近完全密實(shí)的塊狀磁體，沒有發(fā)現(xiàn)晶粒長大[36]。用SPS制備的865Fe6Si4Al35Ni和MgFe2O4的復(fù)合材料（850℃，130MPa），具有高的飽和磁化強(qiáng)度Bs=12T和高的電阻率ρ=1×10Ω·m[37]。

以前用快速凝固法制備的軟磁合金薄帶，雖已達(dá)到幾十納米的細(xì)小晶粒組織，但是不能制備成合金塊體，應(yīng)用受到限制。而現(xiàn)在采用SPS制備的塊體磁性合金的磁性能已達(dá)到非晶和納米晶組織帶材的軟磁性能[3]。.5 納米材料

致密納米材料的制備越來越受到重視。利用傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)等方法來制備納米材料時(shí)，很難保證能同時(shí)達(dá)到納米尺寸的晶粒和完全致密的要求。利用SPS技術(shù)，由于加熱速度快，燒結(jié)時(shí)間短，可顯著抑制晶粒粗化。例如：用平均粒度為5μm的TiN粉經(jīng)SPS燒結(jié)（1963K，196～382MPa，燒結(jié)5min），可得到平均晶粒65nm的TiN密實(shí)體[3]。文獻(xiàn)[3]中引用有關(guān)實(shí)例說明了SPS燒結(jié)中晶粒長大受到最大限度的抑制，所制得燒結(jié)體無疏松和明顯的晶粒長大。

在SPS燒結(jié)時(shí)，雖然所加壓力較小，但是除了壓力的作用會(huì)導(dǎo)致活化能力Q降低外，由于存在放電的作用，也會(huì)使晶粒得到活化而使Q值進(jìn)一步減小，從而會(huì)促進(jìn)晶粒長大，因此從這方面來說，用SPS燒結(jié)制備納米材料有一定的困難。

但是實(shí)際上已有成功制備平均粒度為65nm的TiN密實(shí)體的實(shí)例。在文獻(xiàn)[38]中，非晶粉末用SPS燒結(jié)制備出20～30nm的Fe90Zr7B3納米磁性材料。另外，還已發(fā)現(xiàn)晶粒隨SPS燒結(jié)溫度變化比較緩慢[7]，因此SPS制備納米材料的機(jī)理和對(duì)晶粒長大的影響還需要做進(jìn)一步的研究。

5.6 非晶合金的制備

在非晶合金的制備中，要選擇合金成分以保證合金具有極低的非晶形成臨界冷卻速度，從而獲得極高的非晶形成能力。在制備工藝方面主要有金屬澆鑄法和水淬法，其關(guān)鍵是快速冷卻和控制非均勻形核。由于制備非晶合金粉末的技術(shù)相對(duì)成熟，因此多年來，采用非晶粉末在低于其晶化溫度下進(jìn)行溫?cái)D壓、溫軋、沖擊（爆炸）固化和等靜壓燒結(jié)等方法來制備大塊非晶合金，但存在不少技術(shù)難題，如非晶粉末的硬度總高于靜態(tài)粉末，因而壓制性能欠佳，其綜合性能與旋淬法制備的非晶薄帶相近，難以作為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料使用[39]。可見用普通粉末冶金法制備大塊非晶材料存在不少技術(shù)難題。

SPS作為新一代燒結(jié)技術(shù)有望在這方面取得進(jìn)展，文獻(xiàn)[40]中利用SPS燒結(jié)由機(jī)械合金化制取的非晶Al基粉末得到了塊狀圓片試樣（10mm×2mm），磁非晶合金是在375MPa下503K時(shí)保溫20min制備的，含有非晶相和結(jié)晶相以及殘余的Sn相。其非晶相的結(jié)晶溫度是533K。文獻(xiàn)[41]中用脈沖電流在423K和500MPa下制備了Mg80Ni10Y5B5塊狀非晶合金，經(jīng)分析其中主要是非晶相。非晶Mg合金比A291D合金和純鎂有較高的腐蝕電位和較低的腐蝕電流密度，非晶化改善了鎂合金的抗腐蝕抗力。從實(shí)踐來看，可以采用SPS燒結(jié)法制備塊狀非晶合金。因此利用先進(jìn)的SPS技術(shù)進(jìn)行大塊非晶合金的制備研究很有必要。

6總結(jié)與展望

放電等離子燒結(jié)（SPS）是一種低溫、短時(shí)的快速燒結(jié)法，可用來制備金屬、陶瓷、納米材料、非晶材料、復(fù)合材料、梯度材料等。SPS的推廣應(yīng)用將在新材料的研究和生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

SPS的基礎(chǔ)理論目前尚不完全清楚，需要進(jìn)行大量實(shí)踐與理論研究來完善，SPS需要增加設(shè)備的多功能性和脈沖電流的容量，以便做尺寸更大的產(chǎn)品；特別需要發(fā)展全自動(dòng)化的SPS生產(chǎn)系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜形狀、高性能的產(chǎn)品和三維梯度功能材料的生產(chǎn)需要[42]。

對(duì)實(shí)際生產(chǎn)來說，需要發(fā)展適合SPS技術(shù)的粉末材料，也需要研制比目前使用的模具材料（石墨）強(qiáng)度更高、重復(fù)使用率更好的新型模具材料，以提高模具的承載能力和降低模具費(fèi)用。

在工藝方面，需要建立模具溫度和工件實(shí)際溫度的溫差關(guān)系，以便更好的控制產(chǎn)品質(zhì)量。在SPS產(chǎn)品的性能測試方面，需要建立與之相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和方法。

三 主要特點(diǎn)

粉末冶金具有獨(dú)特的化學(xué)組成和機(jī)械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運(yùn)用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等，是一種少無切削工藝。

（1）粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料（如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等）具有重要的作用。

（2）可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。

（3）可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的工藝技術(shù)。

（4）可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。

（5）可以實(shí)現(xiàn)近凈形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。

（6）可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。

我們常見的機(jī)加工刀具，五金磨具，很多就是粉末冶金技術(shù)制造的。

四 應(yīng)用分類

（1）應(yīng)用：（汽車、摩托車、紡織機(jī)械、工業(yè)縫紉機(jī)、電動(dòng)工具、五金工具。電器.工程機(jī)械等）各種粉末冶金（鐵銅基）零件。[1]

（2）分類：粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結(jié)構(gòu)零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。五生產(chǎn)過程

（1）生產(chǎn)粉末。粉末的生產(chǎn)過程包括粉末的制取、粉料的混合等步驟。為改善粉末的成型性和可塑性通常加入機(jī)油、橡膠或石蠟等增塑劑。

（2）壓制成型。粉末在15-600MPa壓力下，壓成所需形狀。[2]

（3）燒結(jié)。在保護(hù)氣氛的高溫爐或真空爐中進(jìn)行。燒結(jié)不同于金屬熔化，燒結(jié)時(shí)至少有一種元素仍處于固態(tài)。燒結(jié)過程中粉末顆粒間通過擴(kuò)散、再結(jié)晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化學(xué)過程，成為具有一定孔隙度的冶金產(chǎn)品。

（4）后處理。一般情況下，燒結(jié)好的制件可直接使用。但對(duì)于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件還要進(jìn)行燒結(jié)后處理。后處理包括精壓、滾壓、擠壓、淬火、表面淬火、浸油、及熔滲等。六工藝性能

等靜壓成型粉末冶金

金屬噴射成型粉末冶金

粉末鍛造粉末冶金

壓力燒結(jié)粉末冶金

粉末性能(property of powder)

粉末所有性能的總稱。它包括：粉末的幾何性能(粒度、比表面、孔徑和形狀等)；粉末的化學(xué)性能(化學(xué)成分、純度、氧含量和酸不溶物等)；粉體的力學(xué)特性(松裝密度、流動(dòng)性、成形性、壓縮性、堆積角和剪切角等)；粉末的物理性能和表面特性(真密度、光澤、吸波性、表面活性、ze%26mdash;ta(%26ccedil;)電位和磁性等)。粉末性能往往在很大程度上決定了粉末冶金產(chǎn)品的性能。

幾何性能最基本的是粉末的粒度和形狀。

(1)粒度。它影響粉末的加工成形、燒結(jié)時(shí)收縮和產(chǎn)品的最終性能。某些粉末冶金制品的性能幾乎和粒度直接相關(guān)，例如，過濾材料的過濾精度在經(jīng)驗(yàn)上可由原始粉末顆粒的平均粒度除以10求得；硬質(zhì)合金產(chǎn)品的性能與wc相的晶粒有很大關(guān)系，要得到較細(xì)晶粒度的硬質(zhì)合金，惟有采用較細(xì)粒度的wc原料才有可能。生產(chǎn)實(shí)踐中使用的粉末，其粒度范圍從幾百個(gè)納米到幾百個(gè)微米。粒度越小，活性越大，表面就越容易氧化和吸水。當(dāng)小到幾百個(gè)納米時(shí)，粉末的儲(chǔ)存和輸運(yùn)很不容易，而且當(dāng)小到一定程度時(shí)量子效應(yīng)開始起作用，其物理性能會(huì)發(fā)生巨大變化，如鐵磁性粉會(huì)變成超順磁性粉，熔點(diǎn)也隨著粒度減小而降低。

(2)粉末的顆粒形狀。它取決于制粉方法，如電解法制得的粉末，顆粒呈樹枝狀；還原法制得的鐵粉顆粒呈海綿片狀；氣體霧化法制得的基本上是球狀粉。此外，有些粉末呈卵狀、盤狀、針狀、洋蔥頭狀等。粉末顆粒的形狀會(huì)影響到粉末的流動(dòng)性和松裝密度，由于顆粒間機(jī)械嚙合，不規(guī)則粉的壓坯強(qiáng)度也大，特別是樹枝狀粉其壓制坯強(qiáng)度最大。但對(duì)于多孔材料，采用球狀粉最好。

力學(xué)特性粉末的力學(xué)性能即粉末的工藝性能，它是粉末冶金成形工藝中的重要工藝參數(shù)。粉末的松裝密度是壓制時(shí)用容積法稱量的依據(jù)；粉末的流動(dòng)性決定著粉末對(duì)壓模的充填速度和壓機(jī)的生產(chǎn)能力；粉末的壓縮性決定壓制過程的難易和施加壓力的高低；而粉末的成形性則決定坯的強(qiáng)度。

化學(xué)性能主要取決于原材料的化學(xué)純度及制粉方法。較高的氧含量會(huì)降低壓制性能、壓坯強(qiáng)度和燒結(jié)制品的力學(xué)性能，因此粉末冶金大部分技術(shù)條件中對(duì)此都有一定規(guī)定。例如，粉末的允許氧含量為0.2%～1.5%，這相當(dāng)于氧化物含量為1%～10%。參考文獻(xiàn)：

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