粉末冶金燒結

粉末冶金燒結

粉末冶金燒結是使壓坯或松裝粉末體進一步結合起來,以提高強度及其他性能的一種高溫處理工藝。

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燒結機理 在燒結過程中粉末體要經歷一系列的物理化學變化,如水分或有機物的蒸發或揮發,吸附氣體的排除,應力的消除,粉末顆粒表面氧化物的還原,顆粒間的物質遷移、再結晶、晶粒長大等,因而使顆粒間的晶體接觸面增加,孔隙收縮甚至消失。出現液相時,還會發生固相的溶解與析出。這些過程彼此間並無明顯的界限,而是互相重疊,互相影響。再加上其他燒結工藝條件,使整個燒結過程的反應複雜化。1942年德國許蒂希(G.F.Hüttig)利用物理化學的研究手段測定了燒結溫度對燒結體的電動勢、溶解度、密度、顯微組織、力學性能等的影響,發現燒結是一個十分複雜的過程。1949年美國庫琴斯基 (G.C.Kuczynski)研究了金屬球與金屬板的燒結,認為燒結時的物質遷移主要是以擴散方式進行的(見金屬中的擴散)。他們的工作把燒結理論的研究推向新的階段。後來的許多研究工作都是圍繞著燒結過程中的物質遷移機理進行的。

燒結過程中物質遷移 一般認為有下列五種機理:粘性或塑性流動,蒸發和凝聚,體積擴散,晶界擴散,表面擴散。兩個相互接觸的球形顆粒(圖1)燒結時,接觸頸部半徑x 的增長與燒結時間t可能有下列關係:

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燒結工藝 燒結必須在有保護氣氛的燒結爐內進行,以避免燒結體氧化,或發生不利的化學反應。燒結爐的種類很多,可用天然氣、煤氣、油、電等作熱源。電加熱爐經濟方便,易於調節控制。常用的保護氣氛有真空,氬、氦、氮、二氧化碳等惰性氣體和氫、分解氨、一氧化碳、轉化天然氣等還原性氣體。

為了進一步提高燒結製品的使用性能以及尺寸和形狀精度,往往要進行整形、精整、復壓、浸油、機械加工、熱處理等後續工序。

參考書目

黃培雲主編,《粉末冶金原理》,冶金工業出版社,北京,1982。

Joel S. Hirschhorn,Introduction to Powder Metallurgy,APMI,New York,1969.

F. V. Lenel,Powder Metallurgy Principles and Applications,MPIF,Princeton,New Jersey,1980.

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