粉末冶金烧结是使压坯或松装粉末体进一步结合起来,以提高强度及其他性能的一种高温处理工艺。
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烧结机理 在烧结过程中粉末体要经历一系列的物理化学变化,如水分或有机物的蒸发或挥发,吸附气体的排除,应力的消除,粉末颗粒表面氧化物的还原,颗粒间的物质迁移、再结晶、晶粒长大等,因而使颗粒间的晶体接触面增加,孔隙收缩甚至消失。出现液相时,还会发生固相的溶解与析出。这些过程彼此间并无明显的界限,而是互相重叠,互相影响。再加上其他烧结工艺条件,使整个烧结过程的反应复杂化。1942年德国许蒂希(G.F.Hüttig)利用物理化学的研究手段测定了烧结温度对烧结体的电动势、溶解度、密度、显微组织、力学性能等的影响,发现烧结是一个十分复杂的过程。1949年美国库琴斯基 (G.C.Kuczynski)研究了金属球与金属板的烧结,认为烧结时的物质迁移主要是以扩散方式进行的(见金属中的扩散)。他们的工作把烧结理论的研究推向新的阶段。后来的许多研究工作都是围绕着烧结过程中的物质迁移机理进行的。
烧结过程中物质迁移 一般认为有下列五种机理:粘性或塑性流动,蒸发和凝聚,体积扩散,晶界扩散,表面扩散。两个相互接触的球形颗粒(图1)烧结时,接触颈部半径x 的增长与烧结时间t可能有下列关系:
烧结工艺 烧结必须在有保护气氛的烧结炉内进行,以避免烧结体氧化,或发生不利的化学反应。烧结炉的种类很多,可用天然气、煤气、油、电等作热源。
电加热炉经济方便,易于调节控制。常用的保护气氛有真空,氩、氦、氮、二氧化碳等
惰性气体和氢、分解氨、
一氧化碳、转化天然气等还原性气体。
为了进一步提高烧结制品的使用性能以及尺寸和形状精度,往往要进行整形、精整、复压、浸油、机械加工、热处理等后续工序。
参考书目
黄培云主编,《
粉末冶金原理》,
冶金工业出版社,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.