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1、粉末冶金与陶瓷成型技术粉末冶金与陶瓷成型技术粉末冶金及陶瓷成型技术粉末冶金及陶瓷成型技术 1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理 2 粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备 3 粉末冶金及陶瓷成形新技粉末冶金及陶瓷成形新技术 粉末冶金及陶瓷成型技术粉末冶金及陶瓷成型技术 1 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理概述概述 v粉末冶金和陶瓷材料以粉体（粉末）为原材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。料，经过成形和烧结工艺制备而成。粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理熔铸法熔铸法 熔、炼、铸熔、炼、铸铸
2、件铸件机加工机加工零件零件铸坯铸坯塑性成形塑性成形热处理热处理机加机加工工零件零件粉末冶金法粉末冶金法 制粉制粉压型压型烧结烧结 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理 1909年出现一种电灯钨丝的铸造方法，将钨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，这种不用熔炼和经过锻造和拉丝而制成钨丝，这种不用熔炼和铸造，而用压制、烧结金属粉末来制造零件的铸造，而用压制、烧结金属粉末来制造零件的工艺称为工艺称为“粉末冶金法粉末冶金法
3、”金属材料金属材料 冶炼冶炼铸造铸造1.概述概述l 2.2.粉末冶金一般工艺粉末冶金一般工艺（1 1）制粉）制粉（2 2）物料准备）物料准备（3 3）成形）成形（4 4）烧结）烧结 （5 5）烧结后处理）烧结后处理 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理 粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理 陶瓷成形陶瓷成形v陶瓷材料的成形过程与粉末冶金相似，所不同的是两者采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。用不同的原材料。v一般情况下，陶瓷材料的组织结构包括晶相、玻璃相和气一般情况下，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
4、的晶相是陶瓷材料的主要组成相。相三个部分，其中的晶相是陶瓷材料的主要组成相。粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉末冶金及陶瓷成型的基本原理粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备 2.1.粉体的基本性能粉体的基本性能v粒度粒度：颗粒大小：通常用直径表示。不规则颗粒用等效半径。颗粒大小：通常用直径表示。不规则颗粒用等效半径。粒度分布：不同大小颗粒占的百分比。粒度分布：不同大小颗粒占的百分比。v颗粒形状：颗粒形状：颗粒形状表示粉体颗粒的几何形状，颗粒形状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。常用的颗粒形状有球形、片形、针形、柱形等。流动性流动性 流动性指粉体的流动能力，粉体的
5、流动性主要取决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。于颗粒之间的摩擦系数。填充特性填充特性 填充特性是粉体成形的基础。由于粉体的形状不填充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。规则、表面粗糙，使堆积起来的粉体颗粒间存在大量空隙。粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.2.粉体的制备粉体的制备粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备球磨法球磨法v球磨法球磨法制备粉制备粉体的体的生生产量大、产量大、成本较成本较低，低，在在工程中工程中应用较应用较为普遍。为普遍。粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.2.粉体的
6、制备粉体的制备2.2粉体的制备粉体的制备气流研磨法气流研磨法 通过气体传输粉料的一种研磨方法。研磨腔内是粉末与气体的两相混合物。由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯度一般比机械研磨法的要高。粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.2粉体的制备粉体的制备物理化学法物理化学法 液体金属雾化法液体金属雾化法 许多雾化法部是采用双液流：一为液态金属流，许多雾化法部是采用双液流：一为液态金属流，为液为液体或气体流。后者冲击液态金属流，将之破碎成金属液体或气体流。后者冲击液态金属流，将之破碎成金属液滴，随后凝固成粉末颗粒。对于制取铁、钢粉末，一般滴，随后凝固成粉末颗粒。对于制取铁、钢粉末
7、，一般用水或油作为冲击流体；对于某些特殊金属和或应用，用水或油作为冲击流体；对于某些特殊金属和或应用，则采用空气、水蒸气或惰件气体作为冲击流体；对则采用空气、水蒸气或惰件气体作为冲击流体；对于其他金属，用惰性气体氮、氩或氮作为雾化介质；在于其他金属，用惰性气体氮、氩或氮作为雾化介质；在某些场合采用水蒸气。某些场合采用水蒸气。用机械粉碎法生产粉末，通常只能用于脆性金属，也可用用机械粉碎法生产粉末，通常只能用于脆性金属，也可用于将脆性的金属的金属间化合物或经脆件处理的金属制成于将脆性的金属的金属间化合物或经脆件处理的金属制成粉末。粉末。一般不易获得粒径在一般不易获得粒径在1 mm以下的微细颗粒。以
8、下的微细颗粒。粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.2粉体的制备粉体的制备物理化学法物理化学法液体金属雾化法液体金属雾化法粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备 雾雾化化法法是是一一种种典典型型的的物物理理制制粉粉方方法法，是是通通过过高高压压雾雾化化介介质质，如如气气体体或或水水强强烈烈冲冲击击液液流流，或或通通过过离离心心力力使使之之破破碎碎、冷冷却却凝凝固固来来实现的。实现的。雾化雾化聚聚并并凝固凝固2.2粉体的制备粉体的制备还原铁粉还原铁粉粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备（1）分级分级 分级是指将粉体按粒度分成若干等分级是指将粉体按粒度分成若干等级的过程，通过分级可以在
9、配料时控制粉体级的过程，通过分级可以在配料时控制粉体的粒度及粒度分布，以满足成形及烧结工艺的粒度及粒度分布，以满足成形及烧结工艺的要求，通常采用标准筛网进行筛分。的要求，通常采用标准筛网进行筛分。（2）去杂质去杂质 去杂质的目的是降低粉体中的杂去杂质的目的是降低粉体中的杂质含量，常用的有退火处理、酸洗处理等。质含量，常用的有退火处理、酸洗处理等。（3）混合混合 将两种以上不同成分的粉体均匀混将两种以上不同成分的粉体均匀混合的过程称为混合，球磨是常用的混合方法。合的过程称为混合，球磨是常用的混合方法。（4）造粒造粒 造粒是在细的粉体中加入一定的塑造粒是在细的粉体中加入一定的塑化剂制成粒度较粗，具
10、有一定假粒度级配、化剂制成粒度较粗，具有一定假粒度级配、流动性好的粒子。流动性好的粒子。2.3 粉体的预处理粉体的预处理粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备v通过一定的方法，将粉体原料制成具有一通过一定的方法，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定形状、尺寸、密度和强度坯体的过程称为成形为成形（1）压制成形压制成形 粉末冶金、陶瓷粉末冶金、陶瓷（2）塑性成形塑性成形 陶瓷陶瓷（3）浇注成形浇注成形 陶瓷、粉末冶金陶瓷、粉末冶金粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.4 粉体的成形粉体的成形v压制成形压制成形是粉是粉末冶金和陶瓷成形末冶金和陶瓷成形的常用方法之一。的常
11、用方法之一。将松散的粉状原料将松散的粉状原料放入模具中，并施放入模具中，并施加一定的压力后便加一定的压力后便获得块状坯体。获得块状坯体。粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.4 粉体的成形粉体的成形（1）受到压力后，颗）受到压力后，颗粒之间发生相对移动，粒之间发生相对移动，“拱桥拱桥”被破坏，密被破坏，密度随压力的增加而迅度随压力的增加而迅速增加。速增加。（2）当密度达到一定）当密度达到一定程度后，密度不随压程度后，密度不随压力的增大而明显增加。力的增大而明显增加。（3）继续增大成形压）继续增大成形压力，使颗粒之间的结力，使颗粒之间的结合进一步增强，坯体合进一步增强，坯体的密度增大。的密
12、度增大。粉体的压制过程如下：粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备v塑性成形利用各种外力，对具有可塑性的坯料进行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。主要用于陶瓷成形。形状，从而制成坯体。主要用于陶瓷成形。粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备塑性成形塑性成形浇注成形浇注成形v浇注成形是陶瓷坯体成形中的一个基本成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。些形状比较复杂的零件。
13、6.2 粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备烧结的基本原理烧结的基本原理 烧结过程烧结过程v烧结是将成形的坯体在烧结是将成形的坯体在低于低于其主要成分熔点的温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，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。形成具有一定强度和性能的固体材料的过程。2.5烧结烧结粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是推动烧结进行的基本动力。低是推动烧结进行的基本动力。烧结过程烧结过程 粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.5烧
14、结烧结烧结初期：烧结初期：烧结初期：烧结初期：坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小（即大坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小（即大气孔消失），固气孔消失），固-气总表面积没有变化。气总表面积没有变化。烧结过程烧结过程 粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.5烧结烧结烧结中期：烧结中期：烧结中期：烧结中期：传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。仍然连通，形如隧道。烧结过程烧结过程 粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.5烧结烧结烧结后期：烧结后期：烧结后期：烧结后期：传质继续进行，粒子长大，气孔
15、变成孤立闭气孔，密传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密度达到度达到95%以上，制品强度提高。以上，制品强度提高。烧结过程烧结过程 粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.5烧结烧结v按照烧结过程有无明显的液相出现进行分类，可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。分为固相烧结和液相烧结两类。固相烧结：固相烧结：固相烧结：固相烧结：指烧结温度下基本上无液相出现的烧结，指烧结温度下基本上无液相出现的烧结，如高纯氧化物之间的烧结过程。如高纯氧化物之间的烧结过程。液相烧结：液相烧结：液相烧结：液相烧结：指有液相参与下的烧结，如多组分物系在指有液相参与下的烧结
16、，如多组分物系在烧结温度下常有液相出现。烧结温度下常有液相出现。v粉末冶金和陶瓷制品在烧结中通常产生收缩、粉末冶金和陶瓷制品在烧结中通常产生收缩、变形以及一些表面缺陷，烧结后的表面粗糙变形以及一些表面缺陷，烧结后的表面粗糙度差，一般情况下，不能作为最终产品直接度差，一般情况下，不能作为最终产品直接使用。使用。v浸渍：用油、石蜡、树脂填充烧结制品的空浸渍：用油、石蜡、树脂填充烧结制品的空隙。隙。v精整：烧结后再模具中再压一次以获得所需精整：烧结后再模具中再压一次以获得所需的尺寸精度和表面粗糙度。的尺寸精度和表面粗糙度。v精压：获得特定的表面形状和适当改善密度精压：获得特定的表面形状和适当改善密度
17、的工艺。的工艺。v复压：提高制品密度、提高强度的工艺。复压：提高制品密度、提高强度的工艺。2.6后处理后处理 粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备粉末冶金及陶瓷成形新技术粉末冶金及陶瓷成形新技术1.快速成型技术2.等静压成型v选择性激光烧结：将金属粉末和陶瓷粉末在激光照将金属粉末和陶瓷粉末在激光照射下直接烧结，实现成形与烧结一体化，适合于粉体的快速成射下直接烧结，实现成形与烧结一体化，适合于粉体的快速成形。形。1.选择性激光烧结一、快速成型技术一、快速成型技术2.三维打印法三维打印法v三维打印法（three dimensional printing，3DP）采用喷墨打印原理，将熔融的材采用
18、喷墨打印原理，将熔融的材料有序喷出，一个层面又一个层料有序喷出，一个层面又一个层面地堆积而最终形成三维实体。面地堆积而最终形成三维实体。二、等静压成形二、等静压成形v冷等静压成形是在模压基础上发展起来的，冷等静压成形是在模压基础上发展起来的，它是利用液体（如油、水或甘油）作为传递它是利用液体（如油、水或甘油）作为传递介质获得均匀静压力施加到材料上的一种方介质获得均匀静压力施加到材料上的一种方法。法。v等静压成形具有以下特点：坯体密度高、均匀、缺陷少、模具等静压成形具有以下特点：坯体密度高、均匀、缺陷少、模具制作方便、成本低，可生产形状复杂、大件以及细长的制品。制作方便、成本低，可生产形状复杂、大件以及细长的制品。1.冷等静压v热等静压中用金属热等静压中用金属箔代替冷等静压中箔代替冷等静压中的橡皮模具，用气的橡皮模具，用气体代替液体，使金体代替液体，使金属箔内的粉料均匀属箔内的粉料均匀受压。受压。v采用热等静压法获采用热等静压法获得的制品，性能优得的制品，性能优良、均匀、强度高，良、均匀、强度高，但成本较高。但成本较高。2.热等静压