粉體成形與燒結

1、粉體成形與燒結第1頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二簡介粉體成形燒結零件制品壓坯在一定的溫度下加熱燒結，使制品獲得最終的物理力學性能。制粉粉末物料在壓模中加壓成形，得到一定形狀和尺寸的壓坯 第2頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二材料分類：按化學組成（或基本組成）分類： 1. 金屬材料粉末冶金 2. 無機非金屬材料 玻璃，陶瓷，水泥，耐火材料3. 高分子材料（聚合物）4. 復合材料 第3頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二燒結制品發(fā)展概述陶瓷的發(fā)展概述中國陶器的產生距今已有11700多年的悠久歷史。早在原始社會的生活中，祖先們發(fā)現(xiàn)被

2、水浸濕后的粘土有粘性和可塑性，曬干后變得堅硬起來。曬干的泥巴被火燒之后，變得更加結實、堅硬，而且可以防水，于是陶器就隨之而產生了。在3000多年前的商代，我國已出現(xiàn)了原始青瓷。功能陶瓷:利用陶瓷對聲、光、電、磁、熱等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料 。 第4頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二粉末冶金發(fā)展史 粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造鐵的第一個方法實質上采用的就是粉末冶金方法?，F(xiàn)代粉末冶金技術的發(fā)展中共有三個重要標志： 1、克服了難熔金屬熔鑄過程中產生的困難。1909年制造電燈鎢絲(3410 )推動了粉末冶金的發(fā)展；1923年粉末冶金硬質合金的出現(xiàn)被譽為

3、機械加工中的革命。 2、三十年代成功制取多孔含油軸承；繼而粉末冶金鐵基機械零件的發(fā)展，充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優(yōu)點。 3、向更高級的新材料、新工藝發(fā)展。四十年代，出現(xiàn)金屬陶瓷、彌散強化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現(xiàn)；利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強度的零件第5頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二我國粉末冶金制品行業(yè)自上世紀五十年代中期起步第6頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二粉末冶金制品應用1.汽車行業(yè)仍然是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動力和最大用戶。 2006年北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高，為19

4、.5公斤，歐洲平均為9公斤，日本平均為8公斤，中國3.97公斤。粉末冶金鐵基零件在汽車上主要應用于發(fā)動機、傳送系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、點火裝置，汽車尾氣過濾多孔材料等。 2.工具材料是粉末冶金工業(yè)另一類重要產品，其中特別重要的是硬質合金。 目前制造業(yè)的發(fā)展朝著3A方向，即敏捷性（Agility）、適應性（Adaptivity）和可預測性（Anticipativity）。 第7頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二3.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。日本電子行業(yè)用的粉末冶金產品中熱沉材料占23%，發(fā)光與點極材料占30%。 第8頁，共47頁，2022年，5月20日，17點

5、9分，星期二粉體工程涉及的領域：陶瓷材料：氧化鋁、氧化鋯陶瓷冶金工業(yè)：粉末冶金材料、耐火材料電子材料：集成電路基板機械工業(yè)：硬質刀具礦物晶體氧化鋁陶瓷高導熱性BeO陶瓷鐵基粉末冶金制品雙面孔Al2O3基板高溫電路基板東風21洲際導彈兩級固體推進航天飛機第9頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二金屬粉末和粉末冶金材料、制品的應用 用粉末冶金法制造機械零件與儀表零件的經濟效益對比 第10頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二第一節(jié) 粉末的制取燒結制品基本工藝流程包括： 粉末制備、成形、燒結粉末制備： 機械法 物理法 化學法 高質量的原料粉末，應該具備粒度分布范圍

6、合理、平均粒徑小、顆粒外形圓整、顆粒聚集和抱團傾向小，凝聚強度低、化學純度和化學組成均勻性易于控制等特性。 第11頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二一.機械法機械法制取粉末是將原材料機械地粉碎，而化學成分基本不發(fā)生變化的工藝過程。機械法分為機械破碎法與氣流研磨。 第12頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二A.機械粉碎法機械粉碎是靠壓碎、擊碎和磨削等作用，將塊狀金屬、合金或化合物機械地粉碎成粉末。依據物料粉碎的最終程度，可以分為粗碎和細碎（研磨）兩類。壓碎劈碎折斷磨剝擊碎第13頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二球磨制粉的基本方式：滾

7、筒式行星式振動式攪動式球磨制粉第14頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二球磨制粉球磨制粉包括四個基本要素： 球磨桶 磨球 研磨物料 研磨介質球磨制粉的兩個基本準則：1.動能準則： 提高磨球的動能2.碰撞幾率準則： 提高磨球的有效碰撞幾率第15頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二球磨效率有限第16頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二球磨制粉的兩個基本準則：1.動能準則： 提高磨球的動能2.碰撞幾率準則： 提高磨球的有效碰撞幾率第17頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二第18頁，共47頁，2022年，5月20日，17點

8、9分，星期二第19頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二B.氣流研磨氣流研磨是通過氣體傳輸粉料的一種研磨方法。研磨腔內是氣體與粉末的混合體。氣流研磨的兩個基本準則：1.動能準則： 提高粉末顆粒的動能2.碰撞幾率準則： 提高粉末顆粒的有效碰撞幾率由于粉末顆粒的動能是從氣流中獲得的，因此必須提高載流氣體的速度。第20頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二高壓氣體壓力下降后：加速效應：氣體可超過音速冷卻效應：氣粉混和物的溫度降到零度以下夾帶粉料的高壓氣體通過拉瓦爾型噴嘴后，氣體壓力機具下降。第21頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二第22頁，共

9、47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二二.物理制粉法霧化法和蒸發(fā)凝聚法第23頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二(1).霧化法 霧化法是一種典型的物理制粉方法將熔化的金屬液體通過小孔緩慢下流，用高壓氣體（如壓縮空氣）或液體（如水）噴射，通過機械力與急冷作用使金屬熔液霧化。結果獲得顆粒大小不同的金屬粉末。 根據霧化介質的不同： 水霧化和氣霧化第24頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二增大氣（液）體壓力，能夠增加氣（液）體的噴射速度，因而有利于金屬液體霧化率的提高。第25頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二 霧化機理霧化聚并凝

10、固第26頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二第27頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二超聲波沖擊第28頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二第29頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二（2）物理蒸發(fā)凝聚法采用不同的能量輸入方式，使金屬氣化，然后再在冷凝壁上沉積，從而獲得金屬粉末。制備超微金屬粉。冷凝室內要通入惰性氣體（冷卻，防止氧化）。缺點：效率低 優(yōu)點：制備的粉體顆粒細?。?nm）第30頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二按照輸入能量的方式，物理蒸發(fā)冷凝法可以分為：第31頁，共47頁，2022年，

11、5月20日，17點9分，星期二第32頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二第33頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二第34頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二第35頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二三.化學沉積法電化學法化學還原法第36頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二化學還原法第37頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二典型還原制粉的類型：第38頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二電化學法第39頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二電化

12、學反應陰極反應：陽極反應：第40頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二第41頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二粉末性能粉末的性能對其成形和燒結過程，及制品的性能都有重大影響，因而對粉末的性能必須加以了解。粉末的性能可分為物理性能、化學性能和工藝性能。物理性能有顆粒形狀、粒度及粒度組成、密度、硬度、加工硬化性、塑性變形能力以及顯微組織等；化學性能有化學成分；工藝性能有粉末的松裝密度、流動性和壓制性等。通常用下述幾個主要性能來評價粉末的性能。第42頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二1）顆粒形狀、粒度及粒度組成 a顆粒形狀 顆粒形狀是決定

13、粉末工藝性能的主要因素。用不同方法制造的粉末形狀不同， a.球形b.鈍角形c.桿狀或尖角形d.不規(guī)則形e.多邊形或立方體f.海綿形第43頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二b粒度及粒度分布 粉末粒度是指顆粒的大小，可用當量直徑表示。對粉末體而言，粒度是指顆粒的平均大小。粒度大小直接影響制品的性能，如硬質合金、陶瓷材料等，要求粒度越細越好。而對常用的粉末冶金制品生產，不僅要測定粉末體平均顆粒的大小，更重要的是測定大小不同的顆粒的含量，簡稱為粒度分布。粉末的粒度分布對成形、燒結有一定的影響。如粉末粒度分布得當，粉末顆粒間的孔隙就小，成形密度高，燒結容易進行。第44頁，共47頁，

14、2022年，5月20日，17點9分，星期二（2）松裝密度、流動性和壓制性a松裝密度 松裝密度亦稱松裝比，是指單位容積自由松裝粉末的質量，常用g/cm3表示。松裝密度用粉末流動儀進行測量。b流動性 粉末流動性是指單位質量的粉末自由下落到流完的時間，常用s/50g表示。流動性也用粉末流動儀進行測量。c壓制性 粉末壓制性包括壓縮性和成形性。粉末壓縮性是指粉末在壓制過程中的壓縮能力。成型性指粉末壓制后，壓坯保持既定形狀的能力。粉末的成形性主要與顆粒形狀、粒度及粒度組成等物理性質有關。第45頁，共47頁，2022年，5月20日，17點9分，星期二（3）化學成分 粉末的化學成分應包括主要金屬或合金組元的含量及雜質的含量。粉末的雜質對后續(xù)工藝過程及最終制品質量都會有