粉末冶金概论教案.ppt

粉末冶金概论粉末冶金概论 李慧中李慧中 E-mail: lhz606@E-mail: lhz606@ 联系方式：联系方式：88303778830377 13574866388 13574866388 中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院1 目 录¡一、粉末冶金制备技术¡二、粉末的性能及其测定¡三、粉末成形¡四、烧结¡五、粉末冶金材料和制品¡六、粉末冶金的安全知识¡七、其它2 绪论1 1. .粉末冶金粉末冶金————是用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物是用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各类型作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各类型制品的工艺过程粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此也制品的工艺过程。

粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此也叫金属陶瓷法叫金属陶瓷法2.2.粉末冶金的发展粉末冶金的发展 粉末冶金方法起源于公元前粉末冶金方法起源于公元前三千三千多年制造铁的第一方多年制造铁的第一方 法实质上采用的就是粉末冶金方法而现代粉末冶金技法实质上采用的就是粉末冶金方法而现代粉末冶金技 术的发展中共有三个重要标志：术的发展中共有三个重要标志：1 1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难19091909年制造电灯钨丝，年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；推动了粉末冶金的发展；19231923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命机械加工中的革命3 绪论¡2 2、、三十三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点¡3 3、向更高级的新材料、新工艺发展向更高级的新材料、新工艺发展四十四十年代，出现金年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料，属陶瓷、弥散强化等材料，六十六十年代末至年代末至七十七十年代初，粉年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。

热等静压已能制造高强度的零件¡粉末冶金工艺的基本工序粉末冶金工艺的基本工序4 绪论¡1.1.原料粉末的制备原料粉末的制备现有的制粉方法大体可分为两类：机现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；械法和物理化学法而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原- -化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法其中应化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法¡2 2、、粉末成型为所需形状的坯块粉末成型为所需形状的坯块成型的目的是制得一定成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度成型形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度成型的方法基本上分为加压成型和无压成型加压成型中应用的方法基本上分为加压成型和无压成型加压成型中应用最多的是模压成型最多的是模压成型5 绪论¡3 3、、坯块的烧结坯块的烧结。

烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理力学性成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理力学性能烧结又分为单元系烧结和多元系烧结对于单元系和能烧结又分为单元系烧结和多元系烧结对于单元系和多元系的固相烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点多元系的固相烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；对于多元系的液相烧结，烧结温度一般比其中难熔成低；对于多元系的液相烧结，烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低，而高于易熔成分的熔点除普通烧结外，还分的熔点低，而高于易熔成分的熔点除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺¡4 4、、产品的后序处理产品的后序处理烧结后的处理，可以根据产品要求烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式如精整、浸油、机加工、热处理的不同，采取多种方式如精整、浸油、机加工、热处理及电镀此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于及电镀此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。

6 绪论 粉末冶金工艺的优点粉末冶金工艺的优点 1 1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造粉末冶金方法来制造 2 2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%1-5%，而用一般熔，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%80% 3 3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。

取高纯度的材料 4 4、粉末冶金能保证材料成分配比的正确性和均匀性粉末冶金能保证材料成分配比的正确性和均匀性 5 5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本 7 绪论¡粉末冶金材料和制品的发展方向粉末冶金材料和制品的发展方向¡1 1、具有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高、具有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展质量的结构零部件发展2 2、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金的高性能合金3 3、用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊、用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金4 4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金5 5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。

8 一、粉末制备技术一、粉末制备技术1. 在不同状态下制备粉末的方法在不同状态下制备粉末的方法1.1 在固态下制备粉末的方法在固态下制备粉末的方法 （（1）从固态金属与合金制取金属与合金粉末的有机械粉）从固态金属与合金制取金属与合金粉末的有机械粉碎法和电碎法和电 化腐蚀法；化腐蚀法； （（2）从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的还）从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的还原法；原法； （（3）从金属和非金属粉末、金属氧化物和非金属粉末制）从金属和非金属粉末、金属氧化物和非金属粉末制取金属化合物粉末的还原－化合法取金属化合物粉末的还原－化合法9 一、粉末制备技术一、粉末制备技术1.2 在液态下制备粉末的方法在液态下制备粉末的方法 （（1））从液态金属与合金制取金属与合金粉末从液态金属与合金制取金属与合金粉末的雾化法；的雾化法； （（2）从金属盐溶液置换和还原制金属、合金）从金属盐溶液置换和还原制金属、合金以及包覆粉末的置换法、溶液氢还原法；从金属以及包覆粉末的置换法、溶液氢还原法；从金属熔盐中沉淀制金属粉末的熔盐沉淀法；从辅助金熔盐中沉淀制金属粉末的熔盐沉淀法；从辅助金属浴中析出制金属化合物粉末的金属浴法；属浴中析出制金属化合物粉末的金属浴法； （（3）从金属盐溶液电解制金属与合金粉末的）从金属盐溶液电解制金属与合金粉末的水溶液电解法；从金属熔盐电解制金属和金属化水溶液电解法；从金属熔盐电解制金属和金属化合物粉末的熔盐电解法。

合物粉末的熔盐电解法10 一、粉末制备技术一、粉末制备技术1.3 在气态下制备粉末的方法在气态下制备粉末的方法 （（1）从金属蒸气冷凝制取金属粉末的蒸气冷）从金属蒸气冷凝制取金属粉末的蒸气冷凝法；凝法； （（2) ) 从气态金属羰基物离解制取金属、合金从气态金属羰基物离解制取金属、合金粉末以及包覆粉末的羰基物热离解法；粉末以及包覆粉末的羰基物热离解法； （（3）从气态金属卤化物气相还原制取金属、）从气态金属卤化物气相还原制取金属、合金粉末以及金属、合金涂层的气相氢还原法；合金粉末以及金属、合金涂层的气相氢还原法；从气态金属卤化物沉积制取金属化合物粉末以及从气态金属卤化物沉积制取金属化合物粉末以及涂层的化学气相沉积法涂层的化学气相沉积法11 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 从实质过程看，现有制粉方法大体可归纳为两从实质过程看，现有制粉方法大体可归纳为两大类，即大类，即机械法机械法和和物理化学法物理化学法机械法是将原材料。

机械法是将原材料机械地粉碎，而化学成分基本上不发生变化；物理机械地粉碎，而化学成分基本上不发生变化；物理化学法是借助化学的或物理的作用，改变原材料的化学法是借助化学的或物理的作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末的化学成分或聚集状态而获得粉末的 粉末的生产方法很多，从工业规模而言，应用粉末的生产方法很多，从工业规模而言，应用最广泛的是最广泛的是还原法、雾化法和电解法还原法、雾化法和电解法；而气相沉淀；而气相沉淀法和液相沉淀法在特殊应用时亦很重要法和液相沉淀法在特殊应用时亦很重要 表表1-1为制取粉末的一些方法为制取粉末的一些方法12 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 表表1-1 粉末生产方法粉末生产方法13 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 续表续表1-114 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.常用的粉末制备方法常用的粉末制备方法2.1 机械粉碎法机械粉碎法 固态金属的机械粉碎既是一种独立的制粉方法，又常固态金属的机械粉碎既是一种独立的制粉方法，又常常作为某些制粉方法的补充工序。

机械粉碎是靠常作为某些制粉方法的补充工序机械粉碎是靠压碎压碎、、击击碎碎和和磨削磨削等作用，将块状金属、合金或化合物机械地粉碎等作用，将块状金属、合金或化合物机械地粉碎成粉末的依据物料粉碎的最终程度，可以分为成粉末的依据物料粉碎的最终程度，可以分为粗碎粗碎和和细细碎碎两类以压碎为主要作用的有两类以压碎为主要作用的有碾压碾压、、锟轧锟轧以及以及颚式破碎颚式破碎等；以击碎为主的有锤磨；属于击碎和磨削等多方面作用等；以击碎为主的有锤磨；属于击碎和磨削等多方面作用的机械粉碎有球磨、棒磨等实践表明，机械研磨比较适的机械粉碎有球磨、棒磨等实践表明，机械研磨比较适用于脆性材料塑性金属或合金制取粉末多采用用于脆性材料塑性金属或合金制取粉末多采用涡旋研磨、涡旋研磨、冷气流粉碎冷气流粉碎等方法15 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.1.1机械研磨法机械研磨法 研磨的任务包括：减少或增大粉末粒度；合金化；固态混料；研磨的任务包括：减少或增大粉末粒度；合金化；固态混料；改善、转变或改变材料的性能等在大多数情况下，研磨的任改善、转变或改变材料的性能等。

在大多数情况下，研磨的任务是使粉末的粒度变细研磨后的金属粉末会有加工硬化，现务是使粉末的粒度变细研磨后的金属粉末会有加工硬化，现状不规则以及出现流动性变坏和团块等特征状不规则以及出现流动性变坏和团块等特征 （（1））研磨规律研磨规律 在研磨时，有四种力作用于颗粒材料上：在研磨时，有四种力作用于颗粒材料上：冲击、磨耗、剪切冲击、磨耗、剪切以及以及压缩压缩 在球磨机中球体运动的方式有四种（如图在球磨机中球体运动的方式有四种（如图1-1））：：滑动、滚滑动、滚动、自由下落以及在临界转速时球体的运动动、自由下落以及在临界转速时球体的运动 临界转速与圆筒直径有关，其关系为：临界转速与圆筒直径有关，其关系为： 球体发生滚动的临界条件为：球体发生滚动的临界条件为： 16 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 图图1-1 在球磨机中球体运动示意图在球磨机中球体运动示意图 (a)(a)滑动；滑动；(b)(b)滚动；滚动；(c)(c)自由下落；自由下落；(d)(d)在临界转速时球体的运动在临界转速时球体的运动 （（2））影响球磨的因素影响球磨的因素 球磨机中的研磨过程取决于众多因素：装料球磨机中的研磨过程取决于众多因素：装料量、球磨筒尺寸、球磨机转速、研磨时间、球体量、球磨筒尺寸、球磨机转速、研磨时间、球体与被研磨物料的比例、研磨介质以及球体直径等。

与被研磨物料的比例、研磨介质以及球体直径等17 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 研磨硬而脆的材质时，可选用球筒直径研磨硬而脆的材质时，可选用球筒直径D D与长度与长度L L之比之比D/L>3D/L>3的球的球磨机，这时可保证球体的冲击作用当磨机，这时可保证球体的冲击作用当D/L<3D/L<3时，只发生摩擦作用，时，只发生摩擦作用，此时适于研磨塑性的材质此时适于研磨塑性的材质 在一定范围内，增加装球量能提高研磨效率如果把球体体积在一定范围内，增加装球量能提高研磨效率如果把球体体积与球筒容积之比称为装填系数，则一般球磨机的装填系数取与球筒容积之比称为装填系数，则一般球磨机的装填系数取0.40.4～～0.50.5为宜随转速的提高，装填系数可略为增大随转速的提高，装填系数可略为增大 在研磨过程中要注意球体与物料的比例一般在球体装填系数在研磨过程中要注意球体与物料的比例一般在球体装填系数为为0.40.4～～0.50.5时，装料量应以填满球体的空隙，稍掩盖住球体表面为时，装料量应以填满球体的空隙，稍掩盖住球体表面为原则。

可取装料量为球磨筒容积的原则可取装料量为球磨筒容积的2020％％ 球体的大小对物料的粉球体的大小对物料的粉碎有很大的影响实践中，球磨铁粉一般选用碎有很大的影响实践中，球磨铁粉一般选用1010～～20mm20mm的钢球；球的钢球；球磨硬质合金混合料时，则选用磨硬质合金混合料时，则选用5 5～～10mm10mm大小的硬质合金球大小的硬质合金球 （（3））强化球磨强化球磨 球磨粉碎物料是一个很慢的过程，因此提高研磨效率、强化球球磨粉碎物料是一个很慢的过程，因此提高研磨效率、强化球磨效果很有意义例如采用振动球磨和行星球磨即属于此图磨效果很有意义例如采用振动球磨和行星球磨即属于此图1-2为一种湿式振动球磨机为一种湿式振动球磨机18 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.1.2机械合金化机械合金化 它是种高能球磨法用这种方法可制造具有可控细显它是种高能球磨法用这种方法可制造具有可控细显微组织的复合金属粉末它是在高速搅拌球磨的条件下，微组织的复合金属粉末它是在高速搅拌球磨的条件下，利用金属粉末混合物的重复冷焊和断裂进行进行合金化的。

利用金属粉末混合物的重复冷焊和断裂进行进行合金化的也可以在金属粉末中加入非金属粉末来实现机械合金化也可以在金属粉末中加入非金属粉末来实现机械合金化 用机械合金化制造的材料，其内部的均一性与原材料用机械合金化制造的材料，其内部的均一性与原材料粉末的粒度无关因此，用较粗的原材料粉末粉末的粒度无关因此，用较粗的原材料粉末(50～～100μｍｍ)可制成超细弥散体（颗粒间距小于可制成超细弥散体（颗粒间距小于1μｍｍ）制造机械）制造机械合金化弥散强化高温合金的原材料都是工业上广泛采用的合金化弥散强化高温合金的原材料都是工业上广泛采用的纯粉末，粒度约为纯粉末，粒度约为1~200μｍｍ 对用于机械合金化的粉末混合物，其唯一限制对用于机械合金化的粉末混合物，其唯一限制( (除上述粒度要求和需要控制极低的氧含量外)是混合物至少有1515％％（容积）的可压缩变形的金属粉末 19 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 图图1-3为机械合金化装置示意图为机械合金化装置示意图 机械合金化与滚动球磨的区别在于使球体运动的驱动力不机械合金化与滚动球磨的区别在于使球体运动的驱动力不同。

同 图图1-2 斯韦科湿式振动球磨机斯韦科湿式振动球磨机 图图1-3 机械合金化装置示意图机械合金化装置示意图20 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.2 雾化法雾化法 雾化法是一种将液体金属或合金直接破碎成为细小的液滴，其大小一般小于150μｍｍ，而成为粉末雾化法可以用来制取多种金属粉末，也可以制取各种预合金粉末实践上，任何能形成液体的材料都可以进行雾化 机械粉碎法是藉机械作用破坏固体金属原子间的结合，雾化法则只要克服液体金属原子间的结合力就能使之分散成粉末因而雾化过程所消耗的外力比机械粉碎化要小得多从能量消耗来说，雾化法是一种简便且经济的粉末生产方法 雾化可以分为二流雾化、离心雾化、真空雾化以及超声波雾化等等21 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.2.1二流雾化二流雾化 借助高压水流或气流的冲击来破碎液流，称为水雾化或借助高压水流或气流的冲击来破碎液流，称为水雾化或气雾化，也称二流雾化（气雾化，也称二流雾化（图图1-4）） 。

根据雾化介质（气体、水）对金属液流作用的方式不同，根据雾化介质（气体、水）对金属液流作用的方式不同，雾化具有多种形式（雾化具有多种形式（图图1-5）：）：平行喷射、垂直喷射、平行喷射、垂直喷射、V形喷形喷射、锥形喷射以及漩涡环形喷射射、锥形喷射以及漩涡环形喷射 雾化过程很复杂，按雾化介质与金属液流相互作用的实雾化过程很复杂，按雾化介质与金属液流相互作用的实质，既有质，既有物理机械作用物理机械作用，又有，又有物理化学变化物理化学变化高速的气流或高速的气流或水流，既是破碎金属液的动力，又是金属液流的冷却剂因水流，既是破碎金属液的动力，又是金属液流的冷却剂因此在雾化介质同金属液流之间既有能量交换，又有热量交换此在雾化介质同金属液流之间既有能量交换，又有热量交换并且，液态金属的粘度和表面张力在雾化过程和冷却过程中并且，液态金属的粘度和表面张力在雾化过程和冷却过程中不断发生变化，以及液态金属与雾化介质的化学作用（氧化、不断发生变化，以及液态金属与雾化介质的化学作用（氧化、脱碳），使雾化过程变得较为复杂脱碳），使雾化过程变得较为复杂22 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 图图1-4 水雾化和气雾化示意图水雾化和气雾化示意图 图图1-5 雾化的多种形式雾化的多种形式23 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 （（1））气雾化气雾化 在气雾化中，金属由感应炉熔化并流入喷嘴，气流由排在气雾化中，金属由感应炉熔化并流入喷嘴，气流由排列在熔化金属四周的多个喷嘴喷出。

雾化介质采用的是惰性列在熔化金属四周的多个喷嘴喷出雾化介质采用的是惰性气体雾化可获得粒度分布范围较宽的球形粉末在气雾化气体雾化可获得粒度分布范围较宽的球形粉末在气雾化中，雾化过程可以用中，雾化过程可以用图图1-6来说明 图图1-6 气雾化时金属粉末的形成气雾化时金属粉末的形成24 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 （（2））水雾化水雾化 水雾化时制取金属或合金粉末最常用的工艺技术水水雾化时制取金属或合金粉末最常用的工艺技术水可以单个的、多个的或环形的方式喷射高压水流直接喷可以单个的、多个的或环形的方式喷射高压水流直接喷射在金属液流上，强制其粉碎并加速凝固，因此粉末形状射在金属液流上，强制其粉碎并加速凝固，因此粉末形状比起气雾化来呈不规则形状粉末的表面是粗糙的并且含比起气雾化来呈不规则形状粉末的表面是粗糙的并且含有一些氧化物由于散热快，过热度要超过熔融金属熔点有一些氧化物由于散热快，过热度要超过熔融金属熔点较多，以便控制粉末的形状在水雾化中，包括制取合金较多，以便控制粉末的形状。

在水雾化中，包括制取合金粉末在内，其化学偏析是非常有限的粉末在内，其化学偏析是非常有限的 在水雾化时，金属液滴的形成是水滴对液体金属表面在水雾化时，金属液滴的形成是水滴对液体金属表面的冲击作用而不是剪切作用水雾化中，雾化的粉末粒度的冲击作用而不是剪切作用水雾化中，雾化的粉末粒度D主要与水速主要与水速v有关：有关： 表表1-2为气雾化与水雾化的一些比较为气雾化与水雾化的一些比较25 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 表表1-2 气雾化与水雾化的比较气雾化与水雾化的比较 （（3））影响二流雾化性能的因素影响二流雾化性能的因素 雾化粉末有三个重要的性能：一是粒度，它包括平均粒雾化粉末有三个重要的性能：一是粒度，它包括平均粒度、粒度分布及可用粉末收得率等；二是颗粒形状及与其有度、粒度分布及可用粉末收得率等；二是颗粒形状及与其有关得性能，如松散密度、流动性、压坯密度及比表面等；三关得性能，如松散密度、流动性、压坯密度及比表面等；三是颗粒得纯度和结构。

是颗粒得纯度和结构 影响这些性能的主要因素是雾化介质、金属液流的特征影响这些性能的主要因素是雾化介质、金属液流的特征以及雾化装置的结构特征等以及雾化装置的结构特征等 26 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.2.2离心雾化离心雾化 用离心力破碎液流称为离心雾化离心雾化的发展是与用离心力破碎液流称为离心雾化离心雾化的发展是与控制粉末粒度的要求和解决制取活性金属粉末的困难有关控制粉末粒度的要求和解决制取活性金属粉末的困难有关离心雾化有旋转圆盘雾化、旋转坩埚雾化、旋转电极雾化等离心雾化有旋转圆盘雾化、旋转坩埚雾化、旋转电极雾化等多种形式（如多种形式（如图图1-7所示）所示） 图图1-7 离心雾化示意图离心雾化示意图27 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.2.3其他雾化工艺其他雾化工艺 除了用水或气体冲击熔化金属，以及和旋转相关的雾化除了用水或气体冲击熔化金属，以及和旋转相关的雾化方法之外，还有一些可使用熔融金属破碎的工艺方法。

比如：方法之外，还有一些可使用熔融金属破碎的工艺方法比如：锟筒雾化法、振动电极雾化法、熔滴雾化法、超声雾化法以锟筒雾化法、振动电极雾化法、熔滴雾化法、超声雾化法以及真空雾化法等等及真空雾化法等等表表1-3为一些雾化工艺的比较为一些雾化工艺的比较 表表1-3为一些雾化工艺的比较为一些雾化工艺的比较28 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.2.4雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制 在快速冷却的合金粉末中，显微组织结构的控制取决于形核在快速冷却的合金粉末中，显微组织结构的控制取决于形核和长大因素在凝固中，较大的温度梯度的情况易于形成非晶和长大因素在凝固中，较大的温度梯度的情况易于形成非晶态，相反，要在低的冷却速率和小的温度梯度的条件下，易形态，相反，要在低的冷却速率和小的温度梯度的条件下，易形成具有偏析的显微组织结构成具有偏析的显微组织结构图图1-8是显微组织结构与粉末颗粒是显微组织结构与粉末颗粒温度梯度和温度之间的关系温度梯度和温度之间的关系 图图1-8 温度梯度和温度对快速凝固粉末的显微组织结构的影响温度梯度和温度对快速凝固粉末的显微组织结构的影响29 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.3 还原法还原法 用还原剂还原金属氧化物及盐类来制取金属粉末是一种广泛采用的制粉方法。

还原剂可呈固态、气态或液态；被还原的物料也可采用固态、气态或液态物质表表1-4为用不同还为用不同还原剂和被还原的物原剂和被还原的物 表表1-4 还原法广义的使用范围还原法广义的使用范围 质进行还原作用来质进行还原作用来 制取粉末的一些例制取粉末的一些例 子30 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 工艺上所说的还原是指通过一种物质——还原剂，夺取氧化物或盐类中的氧(或酸根)而使其转变为元素或低价氧化物（低价盐）的过程最简单的反应可用下式表示： 对于进行还原反应来说，还原剂X对氧的化学亲和力必须大于金属对氧的亲和力由于不同的金属元素对氧的作用情况不同，因而生成氧化物的稳定性也不大一样可采用标准生成自由能作为衡量对氧亲和力大小的尺度凡是对氧的亲和力比被还原的金属对氧的亲和力大的物质，都能作用该金属氧化物的还原剂 一般说来，在冶金过程中，特别是在粉末冶金中，可采用气体(氢、一氧化碳)、碳或某些金属作还原剂因此可把这些还原称为碳还原、气体还原和金属热还原31 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 在还原过程中，还原进行的速度和还原的程度是与还原的在还原过程中，还原进行的速度和还原的程度是与还原的条件有关的。

影响还原反应速度和还原程度的因素是很复杂条件有关的影响还原反应速度和还原程度的因素是很复杂的图1-9是氧化物被还原形成金属粉末的示意图，其反应是氧化物被还原形成金属粉末的示意图，其反应速率取决于两个扩散流速率取决于两个扩散流图图1-10为吸附自动催化的反应速度为吸附自动催化的反应速度与时间的关系与时间的关系 图图1-9 氧化物颗粒部分还原为氧化物颗粒部分还原为 图图1-10 吸附自动催化的反应速度吸附自动催化的反应速度 金属粉末的示意图金属粉末的示意图 与时间的关系与时间的关系32 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.3.1碳还原法碳还原法 用固体碳可以还原很多金属氧化物，但用这种方法制成的用固体碳可以还原很多金属氧化物，但用这种方法制成的铜粉、镍粉等易被碳玷污，故一般不使用碳来还原这类金属铜粉、镍粉等易被碳玷污，故一般不使用碳来还原这类金属氧化物制取相应的金属粉末。

在工业上，大规模应用碳作还氧化物制取相应的金属粉末在工业上，大规模应用碳作还原剂的方法时制取还原铁粉图原剂的方法时制取还原铁粉图1-11为用一氧化碳还原铁的为用一氧化碳还原铁的氧化物的反应状态图有图可看出一氧化碳的量以及确定氧氧化物的反应状态图有图可看出一氧化碳的量以及确定氧化物还原反应的方向与温度、气相成分的关系化物还原反应的方向与温度、气相成分的关系 图图1-11 用一氧化碳还原铁的氧化物的反应状态图用一氧化碳还原铁的氧化物的反应状态图33 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.3.2气体还原法气体还原法 该法不仅可以制取铁、镍、钴、铜以及钨等金属粉末，还该法不仅可以制取铁、镍、钴、铜以及钨等金属粉末，还可以制取一些合金粉末气体还原法制取的铁粉比固体还原可以制取一些合金粉末气体还原法制取的铁粉比固体还原法制取的要纯，从而得到了很大的发展钨粉的生产主要是法制取的要纯，从而得到了很大的发展钨粉的生产主要是用氢还原法用氢还原法 （（1））氢还原法制取铁粉氢还原法制取铁粉 （（2））水冶法生产钴粉水冶法生产钴粉 （（3））氢还原法制取钨粉氢还原法制取钨粉 影响钨粉粒度和纯度的主要因素有：原料；氢气；还原影响钨粉粒度和纯度的主要因素有：原料；氢气；还原速度、时间和料层厚度；以及添加剂等。

速度、时间和料层厚度；以及添加剂等34 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.3.3金属热还原金属热还原 金属热还原法主要应用于制取稀有金属粉末，如钛、锆、金属热还原法主要应用于制取稀有金属粉末，如钛、锆、铀、钍、铌等金属粉末在金属还原法中，多采用钠、钙、铀、钍、铌等金属粉末在金属还原法中，多采用钠、钙、镁作金属还原剂镁作金属还原剂2.3.4难熔化合物粉末的制取难熔化合物粉末的制取 制取难熔化合物粉末（碳化物、硼化物、氮化物和硅化物）制取难熔化合物粉末（碳化物、硼化物、氮化物和硅化物）的主要方法，与还原法制取金属粉末极为相似碳、硼和氮的主要方法，与还原法制取金属粉末极为相似碳、硼和氮能与过渡族金属元素形成间隙固溶体或间隙化合物，而硅与能与过渡族金属元素形成间隙固溶体或间隙化合物，而硅与这类金属元素只能形成非间隙固溶体或非间隙化合物这类金属元素只能形成非间隙固溶体或非间隙化合物 难熔化合物具有高熔点、高硬度以及其他有用的性能，因难熔化合物具有高熔点、高硬度以及其他有用的性能，因此在现代技术中已被广泛地用来作为硬质合金、耐热材料、此在现代技术中已被广泛地用来作为硬质合金、耐热材料、电工材料、耐蚀材料以及其他材料地基体。

电工材料、耐蚀材料以及其他材料地基体35 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2. 4 气相沉积法气相沉积法 在粉末冶金技术中应用气相沉积法有几种方式：金属蒸气冷凝、羰基物热离解、气相还原以及化学气相沉积2.4.1金属蒸气冷凝金属蒸气冷凝法法 这种方法主要用于制取具有大的蒸气压的金属（如锌、镉这种方法主要用于制取具有大的蒸气压的金属（如锌、镉等）粉末由于这些金属的特点是具有较低的熔点和等）粉末由于这些金属的特点是具有较低的熔点和较高的挥发性如果将这些金属蒸气在冷却面上冷凝下来，便可形成很细的球形粉末2.4.2羰基物热离解法羰基物热离解法 羰基物热离解法羰基物热离解法( (简称羰基法简称羰基法) )就是离解金属羰基化合物而就是离解金属羰基化合物而制取金属粉末的方法用这种方法不仅可以生产纯金属粉末，制取金属粉末的方法用这种方法不仅可以生产纯金属粉末，而且如果同时离解几种羰基物的混合物，则可制得合金粉末；而且如果同时离解几种羰基物的混合物，则可制得合金粉末；如果在一些颗粒表面上沉积热离解羰基物，就可以制得包覆如果在一些颗粒表面上沉积热离解羰基物，就可以制得包覆粉末。

图粉末图1-12是常压羰基法制取镍粉的工艺流程是常压羰基法制取镍粉的工艺流程 36 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 图图1-12 常压羰基法制取镍粉的工艺流程示意图常压羰基法制取镍粉的工艺流程示意图2.4.3化学气相沉积法化学气相沉积法 化学气相沉积法（化学气相沉积法（CVD)CVD)是从气态金属卤化物（主要是氯化是从气态金属卤化物（主要是氯化物）还原化合沉积制取难熔化合物粉末和各种涂层，包括碳物）还原化合沉积制取难熔化合物粉末和各种涂层，包括碳化物、硼化物、硅化物和氮化物等的方法在沉积法中化物、硼化物、硅化物和氮化物等的方法在沉积法中也可也可用等离子弧法这种方法可用来制取微细碳化物，用等离子弧法这种方法可用来制取微细碳化物，图图1-13为为等离子弧法装置示意图等离子弧法装置示意图37 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 图图1-13 等离子弧法装置示意图等离子弧法装置示意图2.4.4气相还原法气相还原法 气相还原法包括气相氢还原法和气相金属热还原法。

气相气相还原法包括气相氢还原法和气相金属热还原法气相氢还原是指用氢还原气态金属卤化物，主要是还原金属氯化氢还原是指用氢还原气态金属卤化物，主要是还原金属氯化物此法可制取钨、钼、铌、铬、钒、镍、钴等金属粉末，物此法可制取钨、钼、铌、铬、钒、镍、钴等金属粉末，也可同时还原几种金属氯化物而制得合金粉末，也可以制取也可同时还原几种金属氯化物而制得合金粉末，也可以制取包覆粉末此法所得粉末一般都是很细或超细的而用镁还包覆粉末此法所得粉末一般都是很细或超细的而用镁还原气态四氯化钛、四氯化锆等属于气相金属热还原原气态四氯化钛、四氯化锆等属于气相金属热还原38 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.5 液相沉淀法液相沉淀法 用液相沉淀法可以制取复合粉末，一般有两种方案： （1）用基体金属和弥散相金属盐或氢氧化物在某种溶液中同时析出达到均匀分布，然后经过干燥、分解、还原过程以得到基体金属和弥散相的复合粉末 （2）将弥散相制成最终粒度，然后悬浮在含基体金属的水溶液中作为沉淀结晶核心待基体金属以某种化合物沉淀后，经过干燥和还原就得到以弥散相为核心，基体金属包覆在弥散相核心外面的包覆粉末。

39 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 2.6 电解法电解法 在一定条件下，粉末可以在电解槽的阴极上沉积出来一般说来，电解法生产的粉末成本较高，因此在粉末生产中所占的比重是较小的电解粉末具有吸引力的原因是它的纯度高电解法制取粉末主要采用水溶液电解和熔盐电解 水溶液电解可以生产铜、铁、镍、银、锡、铅、铬、锰等金属粉末；在一定条件下也可以使几种元素同时沉积而制得铁－镍、铁－铬等合金粉末图图1-14为电解过程示意图为电解过程示意图 图图1-14 电解过程示意图电解过程示意图40 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 熔盐电解法可以制取钛、锆、钽、铌、钍、铀、铍等纯金属粉末，也可制取如钽－铌等合金粉末，以及制取各种难熔化合物粉末影响熔盐电解过程和电流效率的主要因素有：电解质成分、电解质温度、电流密度和极间距离等图图1-15为电解制钽示意图为电解制钽示意图 图图1-15 电解制钽示意图电解制钽示意图41 一、粉末制备技术一、粉末制备技术3. 小结小结 综上所述，制取粉末的方法使多种多样的，并且在工程中应用的所有金属材料几乎都可以加工成为粉末形态。

在选择制取粉末方法时，应该考虑到对粉末所提出的要求和遵循经济的原则当需要采用廉价的粉末作原料时，经济问题便是先决条件；但是当需要粉末具有严格的性能要求时，则也可选用昂贵的制粉方法 表1-5为为一些金属和合金粉末推荐的制取方法 表1-5 金属和合金粉末的推荐制取方法42 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 续续表1-5 43 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定1.粉末及粉末性能粉末及粉末性能1.1粉末体和粉末颗粒粉末体和粉末颗粒 （（1））粉末体粉末体 固态物质按分散程度不同可分为致密体、粉末体和胶体固态物质按分散程度不同可分为致密体、粉末体和胶体三类，大小在三类，大小在1mm以上的称为致密体或常说的固体，以上的称为致密体或常说的固体，0.1μｍｍ以下的称为胶体，而介与两者之间的称为粉末体。

以下的称为胶体，而介与两者之间的称为粉末体 粉末体简称粉末，是由大量颗粒及颗粒之间的空隙所构粉末体简称粉末，是由大量颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体粉末体内颗粒之间有许多小孔隙而且联结面很成的集合体粉末体内颗粒之间有许多小孔隙而且联结面很少，面上的原子之间不能形成强的健力因此它不像致密体少，面上的原子之间不能形成强的健力因此它不像致密体那样具有固定形状，而表现出与液体相似的流动性但由于那样具有固定形状，而表现出与液体相似的流动性但由于相对移动时有摩擦，故粉末的流动性是有限的相对移动时有摩擦，故粉末的流动性是有限的 44 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 （（2））粉末颗粒粉末颗粒 粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒单颗粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒单颗粒如果以某种形式聚集就构成所谓二次颗粒，其中的原始颗粒如果以某种形式聚集就构成所谓二次颗粒，其中的原始颗粒就称为一次颗粒粒就称为一次颗粒 颗粒的聚集状态和聚集程度不同，粒度的含义和测试方颗粒的聚集状态和聚集程度不同，粒度的含义和测试方法也就不同。

粉末颗粒的聚集状态和程度对粉末的工艺性能法也就不同粉末颗粒的聚集状态和程度对粉末的工艺性能影响很大从粉末的流动性和松装密度看，聚集颗粒相当于影响很大从粉末的流动性和松装密度看，聚集颗粒相当于一个大的单颗粒，流动性和松装密度均比细的单颗粒高，压一个大的单颗粒，流动性和松装密度均比细的单颗粒高，压缩性也较好而在烧结过程中，则一次颗粒的作用比二次颗缩性也较好而在烧结过程中，则一次颗粒的作用比二次颗粒显得更重要粒显得更重要45 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定1.2粉末颗粒结晶构造和表面状态粉末颗粒结晶构造和表面状态 (1)金属及多数非金属颗粒都是结晶体金属及多数非金属颗粒都是结晶体 (2)制粉工艺对粉末颗粒的结晶构造起着主要作用一般制粉工艺对粉末颗粒的结晶构造起着主要作用一般说来，粉末颗粒具有多晶结构，而晶粒的大小取决于工艺特说来，粉末颗粒具有多晶结构，而晶粒的大小取决于工艺特点和条件，对于极细粉末可能出现单晶颗粒粉末颗粒实际点和条件，对于极细粉末可能出现单晶颗粒粉末颗粒实际构造的复杂性还表现为晶体的严重不完整性，即存在许多结构造的复杂性还表现为晶体的严重不完整性，即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等。

因此粉末总是贮存有较高晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等因此粉末总是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性的晶格畸变能，具有较高的活性 (3)粉末颗粒的表面状态十分复杂一般粉末颗粒愈细，粉末颗粒的表面状态十分复杂一般粉末颗粒愈细，外表面愈发达；同时粉末颗粒的缺陷多，内表面也就相当大外表面愈发达；同时粉末颗粒的缺陷多，内表面也就相当大粉末发达的表面贮藏着高的表面能，因而超细粉末容易自发粉末发达的表面贮藏着高的表面能，因而超细粉末容易自发地聚集成二次颗粒，并且在空气中极易氧化和自燃地聚集成二次颗粒，并且在空气中极易氧化和自燃46 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定1.3粉末性能粉末性能 粉末是颗粒与颗粒间的空隙所粉末是颗粒与颗粒间的空隙所组成的集合体因此组成的集合体因此研究研究粉末体时应分别研究单颗粒、粉末体和粉末体中空隙等的一粉末体时应分别研究单颗粒、粉末体和粉末体中空隙等的一切性质 单颗粒的性质：单颗粒的性质： （（1）由粉末材料决定的性质，如点阵）由粉末材料决定的性质，如点阵结构、理论密度、熔点、塑性、弹性、电磁性质、化学成分结构、理论密度、熔点、塑性、弹性、电磁性质、化学成分等；（等；（2）由粉末生产方法所决定的性质，如粒度、颗粒形状、）由粉末生产方法所决定的性质，如粒度、颗粒形状、密度、表面状态、晶粒结构、点阵缺陷、颗粒内气体含量、密度、表面状态、晶粒结构、点阵缺陷、颗粒内气体含量、表面吸附的气体与氧化物、活性等。

表面吸附的气体与氧化物、活性等 粉末体的性质：除单颗粒的性质、以外，还有平均粒度、粉末体的性质：除单颗粒的性质、以外，还有平均粒度、粒度组成、比表面、松装密度、振实密度、流动性、颗粒间粒度组成、比表面、松装密度、振实密度、流动性、颗粒间的摩擦状态的摩擦状态 粉末的孔隙性质：总孔隙体积、颗粒间的孔隙体积、颗粉末的孔隙性质：总孔隙体积、颗粒间的孔隙体积、颗粒内孔隙体积、颗粒间孔隙数量、平均孔隙大小、孔隙大小粒内孔隙体积、颗粒间孔隙数量、平均孔隙大小、孔隙大小的分布以及孔隙的形状的分布以及孔隙的形状 47 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 在实践中在实践中通常按通常按化学成分化学成分、、物理性能物理性能和和工艺性能工艺性能来进行划来进行划分和测定分和测定 化学成分主要是指化学成分主要是指金属的含量金属的含量和和杂质含量杂质含量 物理性能包括颗粒形状与结构、粒度与粒度组成、比表面物理性能包括颗粒形状与结构、粒度与粒度组成、比表面积、颗粒密度、显微硬度，以及光学、电学、滋学和热学等积、颗粒密度、显微硬度，以及光学、电学、滋学和热学等诸性质。

实际上，粉末的熔点、蒸气压、比热容与同成分的诸性质实际上，粉末的熔点、蒸气压、比热容与同成分的致密材料差别很小，一些性质与粉末冶金关系不大，因此本致密材料差别很小，一些性质与粉末冶金关系不大，因此本部分仅介绍颗粒形状、较度及粒度组成、比表面、颗较密度、部分仅介绍颗粒形状、较度及粒度组成、比表面、颗较密度、粉末体密度及其测试的方法粉末体密度及其测试的方法 工艺性能包括工艺性能包括松装密度、振实密度、流动性、压缩性和成松装密度、振实密度、流动性、压缩性和成形性48 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定2.金属粉末的取样和分析金属粉末的取样和分析2.1取样数目取样数目 由于粉末在由于粉末在装料、出料、运输装料、出料、运输过程中以及过程中以及贮存贮存时受到时受到震动震动等都可能造成等都可能造成物料的分布不均匀物料的分布不均匀因此，取样要按国家标准因此，取样要按国家标准规定规定(GB5314—85)进行如果粉末是装在容器中的，则按表进行如果粉末是装在容器中的，则按表2-1数目取样如果整批粉末是通过一个孔口连续流动的，数目取样。

如果整批粉末是通过一个孔口连续流动的，则取样应在全部出料时间内，按一定的则取样应在全部出料时间内，按一定的时间间隔时间间隔进行 取样数目取决于要求的精确度至少应取取样数目取决于要求的精确度至少应取三份三份试样，一份试样，一份在出料开始后不久，一份在出料过程中，一份在出料结束前在出料开始后不久，一份在出料过程中，一份在出料结束前不久 49 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定2.2取样和分样取样和分样 如果是在连续流动出料时取样，则在垂直于粉流方向上，如果是在连续流动出料时取样，则在垂直于粉流方向上，等速地用大干粉流截面的矩形取样器贯穿粉末流即可取出等速地用大干粉流截面的矩形取样器贯穿粉末流即可取出的粉末注入总样容器内取样器如图的粉末注入总样容器内取样器如图2-1所示 总样容器内的试样粉末，要分总样容器内的试样粉末，要分 成若干份，以随后进行测试之用成若干份，以随后进行测试之用 可用分样器进行分样以达到测定可用分样器进行分样以达到测定 粉末性能所要求的粉重粉末性能所要求的粉重。

图图2-1 插入式取样器插入式取样器50 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定3.化学检验化学检验 金属粉末的化学分析与常规的分析方法相同，金属粉末的化学分析与常规的分析方法相同，首先测定主要首先测定主要 成分的含量，然后测定其它成分包括杂质的含量成分的含量，然后测定其它成分包括杂质的含量 粉末的化学成分包括主要粉末的化学成分包括主要金属的含量金属的含量和和杂质的含量杂质的含量杂质主要杂质主要包括：包括：(1)与主要金属结合，形成因溶体或化台物的金属或非金与主要金属结合，形成因溶体或化台物的金属或非金属成分、如还原铁粉中的属成分、如还原铁粉中的硅、锰、碳、硫、磷、氧硅、锰、碳、硫、磷、氧等；等；(2)从原从原料和从粉末生产过程中带入的机械夹杂，如二氧化硅、氧化铝、料和从粉末生产过程中带入的机械夹杂，如二氧化硅、氧化铝、硅酸盐、难熔金属碳化物等酸不溶物；硅酸盐、难熔金属碳化物等酸不溶物；(3)粉末表面因吸附的氧、粉末表面因吸附的氧、水蒸气和其它气体水蒸气和其它气体(氮、二氧化碳氮、二氧化碳)；；(4)制粉工艺带进的杂质，制粉工艺带进的杂质，如水溶液电解粉末中的氢，气体还原粉末中溶解的碳、氮和氢，如水溶液电解粉末中的氢，气体还原粉末中溶解的碳、氮和氢，羰基粉末中溶解的碳等。

羰基粉末中溶解的碳等 金属粉末的氧含量，除采用库仑分析华田定全氧以外．还可根金属粉末的氧含量，除采用库仑分析华田定全氧以外．还可根据据GB4164—84和和GB51E8—85的标准分别测定金属粉末中的标准分别测定金属粉末中可被氢还原的氧含量可被氢还原的氧含量 51 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 菲水滴定法菲水滴定法是将含有金属氧化物的金属粉末试祥置于纯是将含有金属氧化物的金属粉末试祥置于纯净、干燥的氢气流中加热，金属氧化物与氢反应生成的水用净、干燥的氢气流中加热，金属氧化物与氢反应生成的水用试剂滴定，从而确定氧的含量氢损测定是把金属粉末的试试剂滴定，从而确定氧的含量氢损测定是把金属粉末的试祥在纯氢气流中燃烧足够长的时间祥在纯氢气流中燃烧足够长的时间(铁粉为铁粉为1000-l050℃℃，，1h，铜粉为，铜粉为875℃℃，，o.5h)，粉末中的氧被还原生成水，粉末中的氧被还原生成水蒸气，某些元素蒸气，某些元素(碳、硫碳、硫)与氢生成挥发性化合物，与挥发性与氢生成挥发性化合物，与挥发性金属金属(锌、镉、铅锌、镉、铅)一同排出，测得试样粉末的质量损失称为一同排出，测得试样粉末的质量损失称为氢损。

氢损按下式计算：氢损氢损按下式计算： 金属粉末的杂质测定方法还采用金属粉末的杂质测定方法还采用酸不溶物酸不溶物法粉末试样法粉末试样用某种无机酸用某种无机酸(铜用硝酸，铁用盐酸铜用硝酸，铁用盐酸)溶解将不溶物沉淀并溶解将不溶物沉淀并过滤，在过滤，在980℃℃下煅烧下煅烧lh后称重，再按下式计算酸不溶物后称重，再按下式计算酸不溶物含量，例如测定铁粉时：含量，例如测定铁粉时：52 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定4.颗粒形状颗粒形状 颗粒的形状是指粉末颗粒的颗粒的形状是指粉末颗粒的几何形状几何形状可以笼统地划分可以笼统地划分为为规则形状规则形状和和不规则形状不规则形状两大类规则形状的颗粒外形可近两大类规则形状的颗粒外形可近似地用某种几何形状地名称描述，它们与粉末生产方法密切似地用某种几何形状地名称描述，它们与粉末生产方法密切相关表2-2描述了颗粒形状和生产方法之间的关系粉末描述了颗粒形状和生产方法之间的关系粉末颗粒外形如图颗粒外形如图2-2所示 表表2-2 颗粒形状与粉末生产方法的关系颗粒形状与粉末生产方法的关系 53 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 图图2-2 粉末颗粒形状粉末颗粒形状 一般说来，准确描述粉末颗粒的形状是一般说来，准确描述粉末颗粒的形状是很困难很困难的。

在测的在测定和表示粉末粒度时，常常采用定和表示粉末粒度时，常常采用表形状因子表形状因子、、体积形状因子体积形状因子和和比形状因子比形状因子54 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 对于任意形状的颗粒，其表面积和体积可以认为与某一对于任意形状的颗粒，其表面积和体积可以认为与某一相当的直径的平方和立方成正比，而相当的直径的平方和立方成正比，而比例系数则与选择的直比例系数则与选择的直径有关径有关形状愈复杂，则比形状因子就愈大（表形状愈复杂，则比形状因子就愈大（表2-3）颗粒的形状对粉末的流动性、松装密度以及压制和烧结均有影粒的形状对粉末的流动性、松装密度以及压制和烧结均有影响 表表2-3 某些金属粉末的形状因子某些金属粉末的形状因子55 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定5. 粉末的粒度及其测定粉末的粒度及其测定 粉末的粒度和粒度组成对金属粉末的加工性能有重大影响，粉末的粒度和粒度组成对金属粉末的加工性能有重大影响，在很大程度上，它们决定着最终粉末冶金材料和制品的性能。

在很大程度上，它们决定着最终粉末冶金材料和制品的性能粉末的粒度和粒度的组成主要与粉末的制取方法和工艺有关粉末的粒度和粒度的组成主要与粉末的制取方法和工艺有关机械粉碎粉末一般较粗，气相沉积粉末极细，而还原粉末和机械粉碎粉末一般较粗，气相沉积粉末极细，而还原粉末和电解粉末则可以通过还原温度或电流密度，在较宽的范围的电解粉末则可以通过还原温度或电流密度，在较宽的范围的范围内变化范围内变化5.1粒度和粒度组成粒度和粒度组成 用直径表示颗粒大小称为粒度由于组成粉末的无数颗粒用直径表示颗粒大小称为粒度由于组成粉末的无数颗粒不属于同一粒径，于是又用不同粒径的颗粒占全部粉末的百不属于同一粒径，于是又用不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量来表示粉末颗粒大小的状况，称为粒度组成，又称粒分含量来表示粉末颗粒大小的状况，称为粒度组成，又称粒度分布因此，粒度仅指单颗粒而言，粒度组成则指整个粉度分布因此，粒度仅指单颗粒而言，粒度组成则指整个粉末体但通常所说的粒度包含有粉末平均粒度的意思，也就末体但通常所说的粒度包含有粉末平均粒度的意思，也就是粉末的某种统计学平均粒径是粉末的某种统计学平均粒径。

56 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定5.1.1粒径基准粒径基准 多数粉末颗粒由于形状不对称，仅用一维几何尺寸不能精多数粉末颗粒由于形状不对称，仅用一维几何尺寸不能精确地表示颗粒地真实大小，可用长、宽、高三维尺寸地某种确地表示颗粒地真实大小，可用长、宽、高三维尺寸地某种平均值来度量，这称为几何学粒度径由于度量颗粒地几何平均值来度量，这称为几何学粒度径由于度量颗粒地几何尺寸非常麻烦，计算几何学平均粒径比较繁琐，因此又有通尺寸非常麻烦，计算几何学平均粒径比较繁琐，因此又有通过测定粉末地沉降速度、比表面、光波衍射和散射等性质，过测定粉末地沉降速度、比表面、光波衍射和散射等性质，而用当量或名义直径表示粒度的方法可以采用四种粒径作而用当量或名义直径表示粒度的方法可以采用四种粒径作为基准 （（1））几何学粒径几何学粒径dg：用显微镜投影几何学原理测得的粒：用显微镜投影几何学原理测得的粒径称为投影径一般要根据与颗粒最稳定平面垂直方法投影径称为投影径一般要根据与颗粒最稳定平面垂直方法投影所测得的投影像来测量，然后取各种几何学平均径；还可根所测得的投影像来测量，然后取各种几何学平均径；还可根据与颗粒最大投影面积据与颗粒最大投影面积f与颗粒体积与颗粒体积v相同的矩形、正方形或相同的矩形、正方形或圆、球的边长或直径来确定颗粒的平均粒径，称名义粒径。

圆、球的边长或直径来确定颗粒的平均粒径，称名义粒径57 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 （（2））当量粒径当量粒径de：用沉降法、离心法或水利学方法（风：用沉降法、离心法或水利学方法（风筛法，水筛法）测得的粉末粒度称为当量粒径当量粒径中筛法，水筛法）测得的粉末粒度称为当量粒径当量粒径中有一种斯托克斯径，其物理意义是与被测粉末具有相同沉降有一种斯托克斯径，其物理意义是与被测粉末具有相同沉降速度且服从斯托克斯定律的同质球形粒子的直径由于粉末速度且服从斯托克斯定律的同质球形粒子的直径由于粉末的实际沉降速度还受颗粒形状和表面状态的影响，故形状复的实际沉降速度还受颗粒形状和表面状态的影响，故形状复杂、表面粗糙的粉末，斯托克斯径总比按体积计算的几何学杂、表面粗糙的粉末，斯托克斯径总比按体积计算的几何学名义径小名义径小 （（3））比表面粒径比表面粒径dsp ：利用吸附法、透过法和润湿热法测：利用吸附法、透过法和润湿热法测定粉末的比表面，再换算成具有相同比表面值的均匀球形颗定粉末的比表面，再换算成具有相同比表面值的均匀球形颗粒的直径表示，称为比表面粒径。

因此，由比表面相同、大粒的直径表示，称为比表面粒径因此，由比表面相同、大小相等的均匀小球直径可以求得粉末的比表面粒径小相等的均匀小球直径可以求得粉末的比表面粒径 （（4））衍射粒径衍射粒径dsc：对于粒度接近电磁波波长的粉末，基：对于粒度接近电磁波波长的粉末，基于光和电磁波（如于光和电磁波（如X线等）的衍射现象所测得的粒径称为衍射线等）的衍射现象所测得的粒径称为衍射粒径X线小角度衍射法测定极细粉末的粒度就属于这一类线小角度衍射法测定极细粉末的粒度就属于这一类58 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定5.1.2粒度分布基准粒度分布基准 粉末粒度组成为各种粒径的颗粒在全体粉末总数量中所占粉末粒度组成为各种粒径的颗粒在全体粉末总数量中所占的百分数，可用某种统计分布曲线或统计分布函数来描述粒的百分数，可用某种统计分布曲线或统计分布函数来描述粒度的统计分布可以选择四种不同的基准度的统计分布可以选择四种不同的基准 （（1）个数基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒数占全部颗）个数基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒数占全部颗粒总数中的个数表示，又称为频度分布。

粒总数中的个数表示，又称为频度分布 （（2）长度基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全）长度基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和的多少表示部颗粒的长度总和的多少表示 （（3）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的总表面积和中的多少表示全部颗粒的总表面积和中的多少表示 （（4）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总质量占全）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总质量占全部颗粒的质量总和中的多少表示部颗粒的质量总和中的多少表示 四种基准之间虽存在一定的换算关系，但实际应用的是频四种基准之间虽存在一定的换算关系，但实际应用的是频率分布和质量分布率分布和质量分布59 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定5.1.3粒度分布函数粒度分布函数 粒度分布函数若用数学式表达，就称为分布函数黑赤粒度分布函数若用数学式表达，就称为分布函数黑赤－乔特由正态几率分布函数导出计算粉末中具有粒径－乔特由正态几率分布函数导出计算粉末中具有粒径d的颗的颗粒频度粒频度n的公式：的公式： 按正态分布函数作出频度分布曲线是以算术平均值为均按正态分布函数作出频度分布曲线是以算术平均值为均值的，这时算术平均值与多数径和累积分布曲线中的中位径值的，这时算术平均值与多数径和累积分布曲线中的中位径是一致的，是一种最理想的分布曲线。

而用各种粉末实测的是一致的，是一种最理想的分布曲线而用各种粉末实测的粒度分布曲线常比正态分布曲线复杂得多（图粒度分布曲线常比正态分布曲线复杂得多（图2-3） 图图2-3 粒度分布曲线的几种类型粒度分布曲线的几种类型60 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定5.1.4平均粒度平均粒度 粉末粒度组成的表示比较麻烦，应用也不大方便，许多情粉末粒度组成的表示比较麻烦，应用也不大方便，许多情况下只需要知道粉末的平均粒度即可计算平均粒度的公式如况下只需要知道粉末的平均粒度即可计算平均粒度的公式如表表2-4所示公式中的粒径可以按前述四种基准中的任一种统所示公式中的粒径可以按前述四种基准中的任一种统计 表表2-4 粉末统计平均粒径的计算公式粉末统计平均粒径的计算公式61 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定5.2粉末粒度的测定方法粉末粒度的测定方法 粉末粒度的测定是粉末冶金生产中检验粉末质量，以及调粉末粒度的测定是粉末冶金生产中检验粉末质量，以及调节和控制工艺过程的重要依据。

测定粉末粒度的方法很多节和控制工艺过程的重要依据测定粉末粒度的方法很多表表2-5为常用的一些测量粒度的方法及其应用的范围为常用的一些测量粒度的方法及其应用的范围 表表2-5 常用的一些测量粒度的方法常用的一些测量粒度的方法 62 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定5.2.1筛分析法筛分析法 筛分析法是粒度分布测量方法中最简单最快速的方法，应筛分析法是粒度分布测量方法中最简单最快速的方法，应用很广筛分析所用的设备主要有震筛机和试验筛筛分析所用的设备主要有震筛机和试验筛 网筛标准则因各国制定的标准不同，网丝直径和筛孔大小网筛标准则因各国制定的标准不同，网丝直径和筛孔大小也不一样目前，国际标准采用泰勒筛制（表也不一样目前，国际标准采用泰勒筛制（表2-62-6） 表表2-6 2-6 泰勒标准筛制泰勒标准筛制 习惯上以网目数（简称目）表示筛网的孔径和粉末的粒度。

习惯上以网目数（简称目）表示筛网的孔径和粉末的粒度所谓目数是指筛网所谓目数是指筛网1 1英寸（英寸（25.4mm25.4mm）长度上的网孔数目数愈）长度上的网孔数目数愈大，网孔愈细大，网孔愈细63 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定5.2.2显微镜法显微镜法 光学显微镜的分辨能力，在理想情况下可达到光学显微镜的分辨能力，在理想情况下可达到0.2μm，它，它和光源的波长，透镜的数值孔径有关但在实际应用中，光和光源的波长，透镜的数值孔径有关但在实际应用中，光学显微镜的粒度测量范围是学显微镜的粒度测量范围是0.8~150μm，再小的粉末粒度唯再小的粉末粒度唯有电子显微镜等方法才能观察和测定有电子显微镜等方法才能观察和测定 由于反射光工作的光学显微镜仅能测量粒度大于由于反射光工作的光学显微镜仅能测量粒度大于5μm颗颗粒物质，因此粒度分析一般采用透射光工作的显微镜粒物质，因此粒度分析一般采用透射光工作的显微镜 为了计算颗粒的大小，在显微镜目镜上配有显微刻度尺为了计算颗粒的大小，在显微镜目镜上配有显微刻度尺常用于分析的显微刻度尺有三种：（常用于分析的显微刻度尺有三种：（1）带十字线的直线刻度）带十字线的直线刻度尺；（尺；（2）网络显微刻度尺；（）网络显微刻度尺；（3）花样显微刻度尺。

三种使）花样显微刻度尺三种使用时事先都应校准用时事先都应校准 64 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 用透射显微镜测定时，一般采用玻璃片制样此时，分散用透射显微镜测定时，一般采用玻璃片制样此时，分散介质的选择是重要的，对分散介质的要求：介质的选择是重要的，对分散介质的要求：（（1）分散介质与）分散介质与所测粉末颗粒不起化学反应；（所测粉末颗粒不起化学反应；（2）分散介质挥发的蒸气对显）分散介质挥发的蒸气对显微镜镜头没有腐蚀作用；（微镜镜头没有腐蚀作用；（3）分散介质应是无色透明并能较）分散介质应是无色透明并能较好地湿润所测颗粒；（好地湿润所测颗粒；（4）分散介质对人体健康没有危害分散介质对人体健康没有危害 显微镜法测量的是颗粒的表现粒度，即颗粒的投影尺寸显微镜法测量的是颗粒的表现粒度，即颗粒的投影尺寸对称性好的球形颗粒（如雾化粉）或立方体颗粒可直接按直径对称性好的球形颗粒（如雾化粉）或立方体颗粒可直接按直径或长度计算但对于非球形的不规则颗粒，不能用直接计算的或长度计算但对于非球形的不规则颗粒，不能用直接计算的方法，必须考虑到不同的表示方法。

方法，必须考虑到不同的表示方法 实际上，粒度测量应用垂直投影法比较简单比垂直投影实际上，粒度测量应用垂直投影法比较简单比垂直投影法更简单的是线切割法法更简单的是线切割法 显微镜法最大的缺点是操作繁琐且费力显微镜法最大的缺点是操作繁琐且费力 65 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定5.2.3沉降分析法沉降分析法 沉降的方法一般分为液体沉降和气体沉降两大类沉降的方法一般分为液体沉降和气体沉降两大类 沉降法的优点是粉末取样较多，代表性好，使结果的统沉降法的优点是粉末取样较多，代表性好，使结果的统计性和再现性提高能适应较宽的粒度范（计性和再现性提高能适应较宽的粒度范（50~0.01μm） 沉降分析法测定粉末颗粒大小的原理在于测定粉末颗粒沉降分析法测定粉末颗粒大小的原理在于测定粉末颗粒在某一分散介质中的沉降速度颗粒在介质中等速降落时同在某一分散介质中的沉降速度颗粒在介质中等速降落时同时受三种力的作用：颗粒重力、介质（一般只用液体）的浮时受三种力的作用：颗粒重力、介质（一般只用液体）的浮力和悬浊液介质对球形颗粒运动的阻力。

力和悬浊液介质对球形颗粒运动的阻力 （（1）沉降天平法）沉降天平法 沉降天平的形式很多，图沉降天平的形式很多，图2-4为其工作原理示意图为其工作原理示意图 （（2）光透过法）光透过法 光透过法属于增量分析法，特点是沉降槽容积小，悬浊光透过法属于增量分析法，特点是沉降槽容积小，悬浊液浓度稀薄且用量少光透过式粒度测定仪常见的有：比浊液浓度稀薄且用量少光透过式粒度测定仪常见的有：比浊66 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 仪、仪、X光比浊仪以及光扫描比浊仪图光比浊仪以及光扫描比浊仪图2-5为比浊仪测量为比浊仪测量粒度的原理图粒度的原理图 图图2-4 沉降天平法工作原理示意图沉降天平法工作原理示意图 图图2-5 比浊仪测量粒度的原理图比浊仪测量粒度的原理图67 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 （（3））X光透过法光透过法 对于对于0.1~1μｍ的细颗粒，可采用ｍ的细颗粒，可采用X光作为入射光源，这光作为入射光源，这样既避免了细颗粒组分的散射效应，又可直接测得悬浊液的样既避免了细颗粒组分的散射效应，又可直接测得悬浊液的颗粒浓度。

颗粒浓度 （（4）光扫描比浊法）光扫描比浊法 该法的原理为：在固定沉降时间该法的原理为：在固定沉降时间t内，如果测定沉降槽中内，如果测定沉降槽中不同高度的悬浊液浓度差，便可求出悬浊液中颗粒的粒度组不同高度的悬浊液浓度差，便可求出悬浊液中颗粒的粒度组成（如图成（如图2-6所示） 图图2-6 光透过不同高度的悬浊液光透过不同高度的悬浊液68 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定5.2.4淘析法淘析法 颗粒在流动介质（气体或液体）中发生非自然沉降而分颗粒在流动介质（气体或液体）中发生非自然沉降而分级称为重力淘析或简称淘析气体淘析就是风选；液体淘析级称为重力淘析或简称淘析气体淘析就是风选；液体淘析也称为水力分级淘析法用于极细和超细粉末的分级，具有也称为水力分级淘析法用于极细和超细粉末的分级，具有设备简单、操作方便和效率高的特点设备简单、操作方便和效率高的特点 （（1）水平液流式）水平液流式 图图2-7为水平液流分级器。

为水平液流分级器 （（2）上升液流式）上升液流式 （（3）离心淘析式）离心淘析式 图图2-7 水平分级器原理水平分级器原理69 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定6. 粉末的比表面及其测定粉末的比表面及其测定 比表面属于粉末体的一种综合性质，是由单颗粒性质和比表面属于粉末体的一种综合性质，是由单颗粒性质和粉末体性质共同决定的粉末体性质共同决定的 粉末比表面定义为粉末比表面定义为1g质量的粉末所具有的总表面积，是质量的粉末所具有的总表面积，是粉末的平均粒度、颗粒形状和颗粒密度的函数测定粉末比粉末的平均粒度、颗粒形状和颗粒密度的函数测定粉末比表面通常采用吸附法和透过法表面通常采用吸附法和透过法 尺寸效应法是根据粉末粒度组成和形状因子计算表面积尺寸效应法是根据粉末粒度组成和形状因子计算表面积的一种方法如以的一种方法如以f为表面形状因子，为表面形状因子，K为体积形状因子，为体积形状因子， 为颗粒有效密度，则计算的比表面等于：为颗粒有效密度，则计算的比表面等于： 因此，按上式由均匀球形颗粒比表面计算的统计粒径就因此，按上式由均匀球形颗粒比表面计算的统计粒径就是体面积平均径。

是体面积平均径70 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定6.1气体吸附法气体吸附法 利用气体在固体表面的物理吸附测定物质比表面的原理利用气体在固体表面的物理吸附测定物质比表面的原理是：测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积，再是：测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积，再由气体分子的横截面积计算由气体分子的横截面积计算1g物质的总表面积，即得克比表物质的总表面积，即得克比表面积描述吸附量与气体压力关系的有所谓面积描述吸附量与气体压力关系的有所谓“等温吸附线等温吸附线”（图（图2-8） 气体吸附法测定比表面的灵敏度和精确度最高它分气体吸附法测定比表面的灵敏度和精确度最高它分为静态法和动态法两大类，前者又包括容量法、重量法和简为静态法和动态法两大类，前者又包括容量法、重量法和简易单点吸附法易单点吸附法 图图2-8 等温吸附线的几种类型等温吸附线的几种类型71 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定6.2透过法透过法 气体透过法是测定气体透过粉末层（床）的透过率来计气体透过法是测定气体透过粉末层（床）的透过率来计算粉末比表面或平均粒径的方法。

透过法测定的粒度是一种算粉末比表面或平均粒径的方法透过法测定的粒度是一种当量粒径，即比表面平均径透过法根据所用的介质的不同，当量粒径，即比表面平均径透过法根据所用的介质的不同，分为气体透过法和液体透过法后者只适用于粗粉末或孔隙分为气体透过法和液体透过法后者只适用于粗粉末或孔隙较大的多孔性固体（如金属过滤器），在粉末测试中用得很较大的多孔性固体（如金属过滤器），在粉末测试中用得很少 液体透过粉末床的透过率或所受的阻力与粉末的粗细或液体透过粉末床的透过率或所受的阻力与粉末的粗细或比表面的大小有关当粉末床的孔隙度不变时，液体通过粗比表面的大小有关当粉末床的孔隙度不变时，液体通过粗粉末比通过细粉末的流量大根据柯青粉末比通过细粉末的流量大根据柯青-卡门推导，可得出粉卡门推导，可得出粉末的比表面末的比表面S0的基本公式：的基本公式： 如果将比表面平均径的计算式如果将比表面平均径的计算式 代入上式并以微代入上式并以微米表示，则平均粒度的计算公式为：米表示，则平均粒度的计算公式为：72 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定6.2.1空气透过法空气透过法 常压空气透过法分为稳流式和变流式两种基本形式。

稳常压空气透过法分为稳流式和变流式两种基本形式稳流式是在空气流速和压力不变的情况下来测定粉末的比表面流式是在空气流速和压力不变的情况下来测定粉末的比表面和平均粒度的，如费歇尔微粉粒度分析仪变流式则在空气和平均粒度的，如费歇尔微粉粒度分析仪变流式则在空气流速和压力随时间而变化的条件下，测定粉末的比表面或平流速和压力随时间而变化的条件下，测定粉末的比表面或平均粒度，如布莱因粒度仪均粒度，如布莱因粒度仪 （（1））费歇尔微粉粒度分析仪费歇尔微粉粒度分析仪 简称费歇尔筛，已被许多国家列入标准费氏空气透过简称费歇尔筛，已被许多国家列入标准费氏空气透过仪如图仪如图2-9所示 图图2-9 费歇尔仪示意图费歇尔仪示意图73 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 （（2））布莱因法布莱因法 与费歇尔法不同，布莱因法是在变流条件下测定空气透与费歇尔法不同，布莱因法是在变流条件下测定空气透过粉末床时，平均压力或流量达到某规定值时所需的时间过粉末床时，平均压力或流量达到某规定值时所需的时间。

图图2-10为微粉测试仪的示意图为微粉测试仪的示意图 变流透过法计算比表面的近似公变流透过法计算比表面的近似公 式是凯斯提出的：式是凯斯提出的： 图图2-10 变流式变流式U形管透过仪形管透过仪74 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定6.2.2低压气体扩散法低压气体扩散法 用气体扩散装置来测定比表面，就可适用于粒度小至用气体扩散装置来测定比表面，就可适用于粒度小至0.01μｍｍ的粉末气体扩散法分为静态和动态两类前者与的粉末气体扩散法分为静态和动态两类前者与常压透过法相同，测得的是外比表面，而用动态法测定的才常压透过法相同，测得的是外比表面，而用动态法测定的才接近于全比表面接近于全比表面 （（1））静态扩散装置静态扩散装置 图图2-11为克努曾流动仪，它利用公式：为克努曾流动仪，它利用公式： 在实验中，只要测出在实验中，只要测出P和和q就可计算出比表面就可计算出比表面Sw （（2））动态扩散装置动态扩散装置 当粉末颗粒内存在大量潜孔和微细裂隙时，可利用分子当粉末颗粒内存在大量潜孔和微细裂隙时，可利用分子75 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 流原理，设计动态扩散装置（如图流原理，设计动态扩散装置（如图2-12所示）。

此时，测定所示）此时，测定全比表面的计算公式为：全比表面的计算公式为： 图图2-11 克努曾流动仪克努曾流动仪 图图2-12 动态扩散实验装置动态扩散实验装置76 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定7. 金属粉末工艺性能测试金属粉末工艺性能测试 金属粉末的工艺性能包括松装密度、振实密度、流动性、金属粉末的工艺性能包括松装密度、振实密度、流动性、压缩性和成形性工艺性能主要取决于粉末的生产方法和粉压缩性和成形性工艺性能主要取决于粉末的生产方法和粉末的处理工艺（球磨、退火、加润滑剂、制粒等）末的处理工艺（球磨、退火、加润滑剂、制粒等）7.1金属粉末的松装密度和振实密度的测定金属粉末的松装密度和振实密度的测定7.1.1松装密度松装密度 松装密度是粉末试样自然地充满规定的容器时，单位容松装密度是粉末试样自然地充满规定的容器时，单位容积的粉末质量松装密度可用漏斗法、斯柯特容量计法或震积的粉末质量松装密度可用漏斗法、斯柯特容量计法或震动漏斗法来测定。

动漏斗法来测定 漏斗法是用图漏斗法是用图2-13所示的标准漏斗来测定金属粉末松装所示的标准漏斗来测定金属粉末松装密度的本法仅适用于能自由流过孔径为密度的本法仅适用于能自由流过孔径为2.5mm或或5mm标标准漏斗的粉末准漏斗的粉末77 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 斯柯特容量计法（如图斯柯特容量计法（如图2-14所示）适用于不能自由流过所示）适用于不能自由流过漏斗法中孔径为漏斗法中孔径为5mm的漏斗和用振动漏斗法易改变特性的金的漏斗和用振动漏斗法易改变特性的金属粉末，特别适用于难熔金属属粉末，特别适用于难熔金属 及化合物粉末及化合物粉末 图图2-13 漏斗法测量松装密度装置漏斗法测量松装密度装置 图图2-14 斯柯特容量计法测定松装密度装置斯柯特容量计法测定松装密度装置78 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 震动漏斗法适用于不能自由流过漏斗法中孔径为震动漏斗法适用于不能自由流过漏斗法中孔径为5mm漏漏斗的金属粉末。

但不适用于在震动过程中易于破碎的金属粉斗的金属粉末但不适用于在震动过程中易于破碎的金属粉末，如团聚颗粒，纤维状或针状的粉末震动漏斗装置如图末，如团聚颗粒，纤维状或针状的粉末震动漏斗装置如图2-15所示 图图2-15 震动漏斗装置示意图震动漏斗装置示意图79 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定7.1.2振实密度振实密度 金属粉末的振实密度是指将粉末装入振动容器中，在规金属粉末的振实密度是指将粉末装入振动容器中，在规定条件下经过振实后测得的粉末密度一般振实密度比松装定条件下经过振实后测得的粉末密度一般振实密度比松装密度高密度高20％％~30％ 振实密度的测定通常是在振实装置上进行的振实装置振实密度的测定通常是在振实装置上进行的振实装置上的量筒有几种，因此所用量筒和粉末量应根据粉末的松装上的量筒有几种，因此所用量筒和粉末量应根据粉末的松装密度来选择（密度来选择（表表2-7） 表表2-7 2-7 粉末松装密度与所选用量筒和粉末质量关系粉末松装密度与所选用量筒和粉末质量关系80 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定7.1.3影响松装密度和振实密度的因素影响松装密度和振实密度的因素 松装密度是粉末自然堆积的密度，因而取决于颗粒间的松装密度是粉末自然堆积的密度，因而取决于颗粒间的粘附力、相对滑动的阻力以及粉末体孔隙被小颗粒填充的程粘附力、相对滑动的阻力以及粉末体孔隙被小颗粒填充的程度、粉末体的密度、颗粒形状、颗粒密度和表面状态、粉末度、粉末体的密度、颗粒形状、颗粒密度和表面状态、粉末的粒度和粒度组成等因素。

的粒度和粒度组成等因素 （（1）粉末颗粒形状愈规则，其松装密度就愈大；颗粒表）粉末颗粒形状愈规则，其松装密度就愈大；颗粒表面愈光滑，松装密度也愈大面愈光滑，松装密度也愈大表表2-8为粒度大小和粒度组成为粒度大小和粒度组成大致相同的三种铜粉，由于形状不同表现出密度和孔隙度的大致相同的三种铜粉，由于形状不同表现出密度和孔隙度的差异 表表2-8 三种颗粒形状不同的铜粉密度三种颗粒形状不同的铜粉密度 81 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 （（2）粉末颗粒愈粗大，其松装密度就愈大粉末颗粒愈粗大，其松装密度就愈大表表2-9表示粉表示粉末粒度对松装密度的影响细粉末形成拱桥和互相粘结防碍末粒度对松装密度的影响细粉末形成拱桥和互相粘结防碍了颗粒相互移动，故粉末的松装密度减少了颗粒相互移动，故粉末的松装密度减少 表表2-9 钨粉的粒度对松装密度的影响钨粉的粒度对松装密度的影响 （（3）粉末颗粒愈致密，松装密度就愈大。

表面氧化物的）粉末颗粒愈致密，松装密度就愈大表面氧化物的生成提高了粉末的松装密度生成提高了粉末的松装密度 （（4）粉末粒度范围窄的粗细粉末，松装密度都较低当）粉末粒度范围窄的粗细粉末，松装密度都较低当粗细粉末按一定比例混合均匀后，可获得最大松装密度粗细粉末按一定比例混合均匀后，可获得最大松装密度82 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定7.2金属粉末其他工艺性能的测试金属粉末其他工艺性能的测试 金属粉末的其他工艺性能还有流动性、压制性以及与压金属粉末的其他工艺性能还有流动性、压制性以及与压制、烧结有关的尺寸测定制、烧结有关的尺寸测定7.2.1流动性流动性 粉末的流动性是指粉末的流动性是指50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间，单位为时间，单位为s/50g其倒数是单位时间流出粉末的质量，其倒数是单位时间流出粉末的质量，称为流速流速的测定方法可采用前述图称为流速流速的测定方法可采用前述图2-13所示孔径为所示孔径为2.5mm的标准漏斗的标准漏斗 粉末颗粒愈大，颗粒形状愈规则，粒度组成中极细粉末粉末颗粒愈大，颗粒形状愈规则，粒度组成中极细粉末所占比例小，流动性都将变好。

粉末氧化能提高流动性如所占比例小，流动性都将变好粉末氧化能提高流动性如果颗粒密度不变，相对密度增加，会使流动性提高颗粒表果颗粒密度不变，相对密度增加，会使流动性提高颗粒表面吸附水分、气体或加入成形剂会降低粉末流动性面吸附水分、气体或加入成形剂会降低粉末流动性83 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定7.2.2压缩性和成形性压缩性和成形性 压缩性是压缩性和成形性的总称压缩性就是金属粉末压缩性是压缩性和成形性的总称压缩性就是金属粉末在规定的压制条件下被压紧的能力成形性是指粉末压制后，在规定的压制条件下被压紧的能力成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力压坯保持既定形状的能力 压缩性的测定是在封闭模具中采用单轴双向压制，在规压缩性的测定是在封闭模具中采用单轴双向压制，在规定的润滑条件下加以测定，用规定的单位压力下粉末所达到定的润滑条件下加以测定，用规定的单位压力下粉末所达到的压坯密度来表示成形性的测定可通过转鼓试验我国国的压坯密度来表示成形性的测定可通过转鼓试验我国国家标准规定采用矩形压坯的横向断裂来测定压坯强度方法表家标准规定采用矩形压坯的横向断裂来测定压坯强度方法表示成形性。

示成形性 影响压缩性和成形性的主要因素有颗粒的塑性和颗粒形影响压缩性和成形性的主要因素有颗粒的塑性和颗粒形状 在评价粉末的压制性时，必须综合比较压缩性和成形性在评价粉末的压制性时，必须综合比较压缩性和成形性一般说来，成形性好的粉末，往往压缩性差；压缩性好的粉一般说来，成形性好的粉末，往往压缩性差；压缩性好的粉末，成形性差末，成形性差84 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 7.2.3金属粉末与成形和烧结有联系的尺寸测定金属粉末与成形和烧结有联系的尺寸测定 所谓金属粉末与成形和烧结有联系的尺寸变化（简称尺所谓金属粉末与成形和烧结有联系的尺寸变化（简称尺寸变化），通常是指金属粉末在压制成形过程中发生的弹性寸变化），通常是指金属粉末在压制成形过程中发生的弹性后效，和压坯在烧结中发生的尺寸缩小或增大后效，和压坯在烧结中发生的尺寸缩小或增大 （（1））尺寸变化的测量尺寸变化的测量 与金属粉末成形和烧结有联系的尺寸变化有下列三种：与金属粉末成形和烧结有联系的尺寸变化有下列三种： A 从模腔尺寸到压坯尺寸（弹性后效从模腔尺寸到压坯尺寸（弹性后效 ）：）： B 从压坯尺寸到烧结尺寸（烧结尺寸变化从压坯尺寸到烧结尺寸（烧结尺寸变化 ）：）： C 从模腔尺寸到烧结尺寸（总尺寸变化从模腔尺寸到烧结尺寸（总尺寸变化 ）：）：85 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 （（2））影响尺寸变化的的因素影响尺寸变化的的因素 影响金属粉末与成形和烧结有联系的尺寸变化的因素很影响金属粉末与成形和烧结有联系的尺寸变化的因素很多，主要有三种因素：多，主要有三种因素： A 金属粉末的类型不同（包括金属粉末性能），其尺寸变化金属粉末的类型不同（包括金属粉末性能），其尺寸变化也不同。

与尺寸变化有联系的性能是粉末的粒度及其组成、也不同与尺寸变化有联系的性能是粉末的粒度及其组成、颗粒形状和内部结构、金属粉末的塑性或加工硬化情况、以颗粒形状和内部结构、金属粉末的塑性或加工硬化情况、以及金属粉末的化学组成等粒度愈细，颗粒表面愈光滑，氧及金属粉末的化学组成等粒度愈细，颗粒表面愈光滑，氧含量愈高以及低塑性的金属粉末等，其弹性后效愈大含量愈高以及低塑性的金属粉末等，其弹性后效愈大 B 成形压力与尺寸变化关系十分密切一般而言，低压成形成形压力与尺寸变化关系十分密切一般而言，低压成形时，金属粉末的弹性后效随成形压力的增大而增大；高压成时，金属粉末的弹性后效随成形压力的增大而增大；高压成形时，金属粉末的弹性后效随成形压力的增大而减少形时，金属粉末的弹性后效随成形压力的增大而减少 C 烧结条件通常以烧结温度、时间和气氛为主要条件升温烧结条件通常以烧结温度、时间和气氛为主要条件升温速度、冷却速度等对烧结时尺寸变化也有影响速度、冷却速度等对烧结时尺寸变化也有影响86 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定7.3金属粉末有效密度的测定金属粉末有效密度的测定 粉末材料的理论密度通常不能代表粉末颗粒的实际密度。

粉末材料的理论密度通常不能代表粉末颗粒的实际密度因此计算颗粒密度时，颗粒的体积由于是否计入这些孔隙的因此计算颗粒密度时，颗粒的体积由于是否计入这些孔隙的体积而会有不同的值，一般说来有下列三种颗粒密度：体积而会有不同的值，一般说来有下列三种颗粒密度：真密真密度、似密度（有效密度）和表观密度度、似密度（有效密度）和表观密度 测量有效密度的方法有两种：一是比重瓶法（测量有效密度的方法有两种：一是比重瓶法（如图如图2-16所示所示）；另一个是吊斗法（）；另一个是吊斗法（如图如图2-17所示所示） 图图2-16 比重瓶比重瓶 图图2-17 吊斗法示意图吊斗法示意图87 三、成形三、成形 粉末冶金成形是将松散的粉末体加工成具有一定尺寸、形粉末冶金成形是将松散的粉末体加工成具有一定尺寸、形状，以及一定密度和强度的坯块粉末可以用普通模压法或状，以及一定密度和强度的坯块粉末可以用普通模压法或用特殊方法成形。

用特殊方法成形1. 成形前原料准备成形前原料准备1.1退火退火1.2混合混合1.3筛分筛分1.4制粒制粒1.5加润滑剂加润滑剂88 三、粉末成形三、粉末成形2. 金属粉末压制过程金属粉末压制过程2.1金属粉末压制现象金属粉末压制现象 压模压制是指松散的粉末在压模内经受一定的压制压力压模压制是指松散的粉末在压模内经受一定的压制压力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯图后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯图3-1是压模示意图是压模示意图 图图3-1 压模示意图压模示意图89 三、粉末成形三、粉末成形2.2粉末颗粒变形与位移的几种形式粉末颗粒变形与位移的几种形式 （（1）粉末的位移）粉末的位移 可用图可用图3-2所示的两颗粉末来近似地说所示的两颗粉末来近似地说明 图图3-2 粉末位移的形式粉末位移的形式90 三、粉末成形三、粉末成形 （（2）粉末的变形）粉末的变形 变形有三种情况，即弹性变形、塑性变变形有三种情况，即弹性变形、塑性变形和脆性断裂。

粉末的变形图形和脆性断裂粉末的变形图3-3所示 图图3-3 压制时粉末的变形压制时粉末的变形91 三、粉末成形三、粉末成形2.3金属粉末的压坯强度金属粉末的压坯强度 压坯强度是指压坯反抗外力作用，保持其几何形状尺寸压坯强度是指压坯反抗外力作用，保持其几何形状尺寸不变的能力压坯强度的测定方法主要用：压坯抗弯强度试不变的能力压坯强度的测定方法主要用：压坯抗弯强度试验法，测定压坯边角稳定性的转鼓试验法以及测试破坏强度验法，测定压坯边角稳定性的转鼓试验法以及测试破坏强度的方法电解铜粉和还原铁粉压坯的抗弯强度与成形压力的的方法电解铜粉和还原铁粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系如图关系如图3-4和图和图3-5所示 图3-4电解铜粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系 图3-5还原铁粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系92 三、粉末成形三、粉末成形3. 压制压力与压坯密度的关系压制压力与压坯密度的关系3.1金属粉末压制时压坯密度的变化规律金属粉末压制时压坯密度的变化规律 粉末体在压模中受压后发生位移和变形，随着压力的增加，粉末体在压模中受压后发生位移和变形，随着压力的增加，压坯的相对密度出现有规律的变化，通常将这种变化规律假压坯的相对密度出现有规律的变化，通常将这种变化规律假设为如图设为如图3-6所示的三个阶段。

所示的三个阶段 图图3-6 压坯密度与成形压力的关系压坯密度与成形压力的关系93 三、粉末成形三、粉末成形3.2压制压力与压坯密度的定量关系压制压力与压坯密度的定量关系 目前已经提出的压制压力与压坯密度的定量关系式（包目前已经提出的压制压力与压坯密度的定量关系式（包括理论公式和经验公式）有几十种之多公式虽多，但却无括理论公式和经验公式）有几十种之多公式虽多，但却无理想的公式这是由于多数理论都把粉末体作为弹性体来处理想的公式这是由于多数理论都把粉末体作为弹性体来处理；并且未考虑到粉末在压制过程中的加工硬化；有的未考理；并且未考虑到粉末在压制过程中的加工硬化；有的未考虑到粉末之间的摩擦；而且多数理论都忽略了压制时间的影虑到粉末之间的摩擦；而且多数理论都忽略了压制时间的影响这些都将影响到压制理论的正确性和使用范围这些都将影响到压制理论的正确性和使用范围 以下是几个有代表性的压制理论：以下是几个有代表性的压制理论： （（1）巴尔申压制方程）巴尔申压制方程 巴尔申认为在压制金属粉末的情况下，压力与变形之间巴尔申认为在压制金属粉末的情况下，压力与变形之间的关系符合虎克定律。

如果忽略加工硬化因素，经数学处理的关系符合虎克定律如果忽略加工硬化因素，经数学处理后可以得到：后可以得到： 但此方程仅在一定的场合中才是正确但此方程仅在一定的场合中才是正确94 三、粉末成形三、粉末成形 （（2）川北公夫压制理论）川北公夫压制理论 日本的川北公夫研究了多种粉末（大部分是金属氧化物）日本的川北公夫研究了多种粉末（大部分是金属氧化物）在压制过程中的行为采用钢压模，粉末装入压模后在压机在压制过程中的行为采用钢压模，粉末装入压模后在压机上逐步加压，然后测定粉末体的体积变化，作出各种粉末的上逐步加压，然后测定粉末体的体积变化，作出各种粉末的压力压力-体积曲线，并得出有关经验公式：体积曲线，并得出有关经验公式： （（3）黄培云压制理论方程）黄培云压制理论方程 黄培云对粉末压制成形提出一种新的压制理论公式：黄培云对粉末压制成形提出一种新的压制理论公式： 比较上述各压制方程可以看出：在多数情况下，黄培云比较上述各压制方程可以看出：在多数情况下，黄培云的双对数方程不论硬、软粉末适用效果都比较好。

巴尔申方的双对数方程不论硬、软粉末适用效果都比较好巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果好川北公夫方程则在压制压力程用于硬粉末比软粉末效果好川北公夫方程则在压制压力不太大时较为优越不太大时较为优越95 三、三、粉末成形粉末成形4. 压制过程中力的分析压制过程中力的分析4.1侧压力侧压力 粉末体在压模内受压时，压坯会向周围膨胀，模壁就会粉末体在压模内受压时，压坯会向周围膨胀，模壁就会给压坯一个大小相等、方向相反的反作用力，这个力就叫侧给压坯一个大小相等、方向相反的反作用力，这个力就叫侧压力侧压力对压坯过程和压坯质量具有重要意义侧压力对压坯过程和压坯质量具有重要意义4.1.1侧压力与压制压力的关系侧压力与压制压力的关系 为研究侧压力与压制压力的关系，可取一个简化的立方为研究侧压力与压制压力的关系，可取一个简化的立方体压坯在压模中受力的情况来分析（如图体压坯在压模中受力的情况来分析（如图3-7所示） 图图3-7 压坯受力示意图压坯受力示意图96 三、粉末成形三、粉末成形4.1.2侧压系数与压坯密度的关系侧压系数与压坯密度的关系 研究得出，粉末体的侧压系数研究得出，粉末体的侧压系数 和压坯密度有如下关系：和压坯密度有如下关系： 侧压系数侧压系数 随侧压力的增加而增加。

当侧压力沿着压坯随侧压力的增加而增加当侧压力沿着压坯高度逐渐减少时，侧压系数也随之减少图高度逐渐减少时，侧压系数也随之减少图3-8为压制压力为压制压力与侧压系数的关系与侧压系数的关系 图图3-8 压制压力与侧压系数的关系压制压力与侧压系数的关系97 三、粉末成形三、粉末成形4.2外摩擦力外摩擦力4.2.1外摩擦力与压制压力的关系外摩擦力与压制压力的关系 外摩擦力又叫摩擦压力损失可用下式来表达：外摩擦力又叫摩擦压力损失可用下式来表达：4.2.2摩擦压力损失与压坯尺寸的关系摩擦压力损失与压坯尺寸的关系 假设压坯是一个理想的正方体，而粉末颗粒也是一些小假设压坯是一个理想的正方体，而粉末颗粒也是一些小立方体，如图立方体，如图3-9所示当压坯之截面积与高度之比为一定所示当压坯之截面积与高度之比为一定值时，压坯尺寸越大，消耗于克服外摩擦的压力损失便相应值时，压坯尺寸越大，消耗于克服外摩擦的压力损失便相应减少由于总的压制压力是消耗于粉末颗粒的位移、变形，减少由于总的压制压力是消耗于粉末颗粒的位移、变形，以及粉末颗粒的内摩擦和摩擦压力损失。

所以对于大的压坯以及粉末颗粒的内摩擦和摩擦压力损失所以对于大的压坯来说，由于压力损失相对减少，因而所需的总的压制压力和来说，由于压力损失相对减少，因而所需的总的压制压力和单位压制压力也会相应地减少表单位压制压力也会相应地减少表3-1是从压坯比表面积的是从压坯比表面积的角度来说明上述规律的角度来说明上述规律的98 三、粉末成形三、粉末成形 图图3-9 粉末压坯与模壁接触的断面示意图粉末压坯与模壁接触的断面示意图 表表3-1 压坯尺寸与压坯比表面积的关系压坯尺寸与压坯比表面积的关系99 三、三、粉末成形粉末成形4.2.3摩擦力对压制过程及压坯质量的影响摩擦力对压制过程及压坯质量的影响 图图 3-10可知，在无润滑剂情况下进行压制时，外摩擦压可知，在无润滑剂情况下进行压制时，外摩擦压力损失可达力损失可达60％～％～90％，％，压力损失是很大的。

这就引起了压压力损失是很大的这就引起了压坯密度沿高度分布的不均匀可以看出，在压制过程中，外坯密度沿高度分布的不均匀可以看出，在压制过程中，外摩擦力对压制过程会有一系列的影响摩擦力对压制过程会有一系列的影响 图图 3-10100 三、三、粉末成形粉末成形4.3脱模压力脱模压力 把压坯从阴模内卸出所需要的压力称为脱模压力脱模把压坯从阴模内卸出所需要的压力称为脱模压力脱模压力同样受到一系列因素的影响，其中包括压制压力、压坯压力同样受到一系列因素的影响，其中包括压制压力、压坯密度、粉末材料的性质、压坯尺寸、模壁的状况，以及润滑密度、粉末材料的性质、压坯尺寸、模壁的状况，以及润滑条件等等条件等等 脱模压力与压制压力的关系，取决于摩擦系数和泊松比。

脱模压力与压制压力的关系，取决于摩擦系数和泊松比因此可知，脱模压力与压制压力成线性关系因此可知，脱模压力与压制压力成线性关系 但是，对氧化镁进行压制过程的研究，，得出脱模压力但是，对氧化镁进行压制过程的研究，，得出脱模压力与压制压力的关系为与压制压力的关系为 由上式可知脱模压力与压制压力并不是简单的线性关系由上式可知脱模压力与压制压力并不是简单的线性关系 在小压力和中等压力下压制时，一般说来，压制压力小在小压力和中等压力下压制时，一般说来，压制压力小于或等于于或等于300～～400MPa时，脱模压力一般不超过时，脱模压力一般不超过0.3P101 三、三、粉末成形粉末成形4.4弹性后效弹性后效 在压制过程中，当卸掉压制压力并把压坯从压模中压出在压制过程中，当卸掉压制压力并把压坯从压模中压出后，由于弹性内应力的作用，压坯将发生弹性膨胀，这种现后，由于弹性内应力的作用，压坯将发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。

弹性后效通常以压坯胀大的百分数表示：象称为弹性后效弹性后效通常以压坯胀大的百分数表示： 不同粉末在轴向上的弹性后效或径向上的弹性后效与压不同粉末在轴向上的弹性后效或径向上的弹性后效与压制压力的关系如图制压力的关系如图3-11和图和图3-12所示 图图3-11 各种粉末的轴向弹性后效与压制压力的关系各种粉末的轴向弹性后效与压制压力的关系 图图3-12 径向弹性后效与压制压力的关系径向弹性后效与压制压力的关系102 三、粉末成形三、粉末成形 影响弹性后效大小的因素很多，如粉末的种类及其粉末影响弹性后效大小的因素很多，如粉末的种类及其粉末特性（如粒度和粒度组成、粉末颗粒形状、粉末硬度等）、特性（如粒度和粒度组成、粉末颗粒形状、粉末硬度等）、压制压力大小、加压速度、压坯孔隙度、压模材质和结构以压制压力大小、加压速度、压坯孔隙度、压模材质和结构以及成形剂等图及成形剂等图3-13为不同方法制取的铁粉和铜粉的弹性后为不同方法制取的铁粉和铜粉的弹性后效。

效 图图3-13 各种粉末的弹性后效各种粉末的弹性后效 103 三、三、粉末成形粉末成形5. 压制密度及其分布压制密度及其分布5.1压坯密度分布规律压坯密度分布规律 实践证明，在单向压制时，压坯沿其高度方向上密度分实践证明，在单向压制时，压坯沿其高度方向上密度分布是不均匀的任取一个圆柱形压模，用锡箔纸作垫片（或布是不均匀的任取一个圆柱形压模，用锡箔纸作垫片（或用石墨粉作隔层），将同等质量的粉末，分别装入压模中，用石墨粉作隔层），将同等质量的粉末，分别装入压模中，然后进行单向压制，即可得到如图然后进行单向压制，即可得到如图3-14所示的压坯形状。

所示的压坯形状 图图3-14 用石墨粉作隔层的单向压制压坯用石墨粉作隔层的单向压制压坯104 三、粉末成形三、粉末成形5.2影响压坯密度分布的因素影响压坯密度分布的因素 实验证明，增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增实验证明，增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增大，而加大直径则会使密度的分布更加均匀压坯中密度分大，而加大直径则会使密度的分布更加均匀压坯中密度分布的不均匀性，在很大程度上可以用双向压制来改善在双布的不均匀性，在很大程度上可以用双向压制来改善在双向压制时，与上、下模冲接触的两端密度较低（图向压制时，与上、下模冲接触的两端密度较低（图3-15） 图图3-15 单向压制与双向压制的压坯密度沿高度方向的分布单向压制与双向压制的压坯密度沿高度方向的分布105 三、粉末成形三、粉末成形5.3复杂形状压坯的压制复杂形状压坯的压制 在压制横截面不同的复杂形状压坯时，必须保证整个压在压制横截面不同的复杂形状压坯时，必须保证整个压坯内的密度相同。

坯内的密度相同 而为了使横截面不同的复杂形状压坯的密度均匀，需要而为了使横截面不同的复杂形状压坯的密度均匀，需要设计不同动作的多模冲压模，并且使它们的压缩比相等如设计不同动作的多模冲压模，并且使它们的压缩比相等如图图3-16所示 图图3-16 异形压坯的压制异形压坯的压制106 三、粉末成形三、粉末成形 对于具有曲折形状的压坯，压模结构也必须作相应的调对于具有曲折形状的压坯，压模结构也必须作相应的调整，以便使压坯密度尽可能均匀（图整，以便使压坯密度尽可能均匀（图3-17）由图可知，当）由图可知，当压坯截面上各部分的压缩比相同时，其密度也就可以均匀压坯截面上各部分的压缩比相同时，其密度也就可以均匀 图图3-17 曲面压坯的压制方法曲面压坯的压制方法107 三、三、粉末成形粉末成形6. 成形剂成形剂6.1使用成形剂的目的使用成形剂的目的 粉末体在压制过程中，外摩擦力的存在会引起压制粉末体在压制过程中，外摩擦力的存在会引起压制压力沿压坯高度降低。

减少摩擦的方法有两种：一是使压力沿压坯高度降低减少摩擦的方法有两种：一是使用高光洁度、高硬度的模具；二是在粉末混合料中加入用高光洁度、高硬度的模具；二是在粉末混合料中加入成形剂（或称粘结剂）成形剂（或称粘结剂） 使用成形剂的目的有：使用成形剂的目的有： a 促进颗粒变形，改善压制过程，降低单位压制力；促进颗粒变形，改善压制过程，降低单位压制力； b 提高压坯强度，减少粉尘飞扬，改善劳动条件；提高压坯强度，减少粉尘飞扬，改善劳动条件； c 提高压坯密度的均匀性，改善压坯表面质量；提高压坯密度的均匀性，改善压坯表面质量； d 可明显提高压模寿命等等可明显提高压模寿命等等108 三、三、粉末成形粉末成形6.2成形剂的选择原则和种类成形剂的选择原则和种类 选择成形剂的原则有以下几个方面：选择成形剂的原则有以下几个方面： （（1）成形剂的加入不会改变混合料的化学成分；成形剂）成形剂的加入不会改变混合料的化学成分；成形剂在随后的预烧或烧结过程中能全部排除，不残留有害物质；在随后的预烧或烧结过程中能全部排除，不残留有害物质；所放出的气体对人体无害。

所放出的气体对人体无害 （（2）成形剂应具有很好的分散性能；具有较好的粘性和）成形剂应具有很好的分散性能；具有较好的粘性和良好的润滑性；并且易于和粉末料混合均匀良好的润滑性；并且易于和粉末料混合均匀 （（3）对混合后的粉末松装密度和流动性影响不大；除特）对混合后的粉末松装密度和流动性影响不大；除特殊情况外其软化点应当高，以防止混合过程中的温升而熔化殊情况外其软化点应当高，以防止混合过程中的温升而熔化 （（4）烧结后对产品性能和外观等没有不良影响烧结后对产品性能和外观等没有不良影响 （（5）成本低，来源广成本低，来源广 实践中，不同的金属粉末必须选用不同的物质作成形剂实践中，不同的金属粉末必须选用不同的物质作成形剂109 三、三、粉末成形粉末成形6.3成形剂的用量及效果成形剂的用量及效果 成形剂的加入量与粉末种类、颗粒大小、压制压力以及成形剂的加入量与粉末种类、颗粒大小、压制压力以及摩擦表面有关，并与成形剂本身的性质有关一般说来，细摩擦表面有关，并与成形剂本身的性质有关。

一般说来，细颗粒粉末所需的成形剂加入量比粗粒度粉末的量要多一些颗粒粉末所需的成形剂加入量比粗粒度粉末的量要多一些成形剂的加入随压坯形状因素的不同而不同（图成形剂的加入随压坯形状因素的不同而不同（图3-18）由图可知，成形剂的加入量与形状因素成正比图可知，成形剂的加入量与形状因素成正比 图图3-18 形状因素对成形剂加入量的影响形状因素对成形剂加入量的影响110 三、粉末成形三、粉末成形 加入不同粒度的成形剂对粉末流动性、松装密度和脱模加入不同粒度的成形剂对粉末流动性、松装密度和脱模压力的影响如图压力的影响如图3-19和图和图3-20所示成形剂的加入量还影所示成形剂的加入量还影响压坯密度和脱模压力（图响压坯密度和脱模压力（图3-21）图3-22是成形剂对烧是成形剂对烧结体的抗弯强度的影响结体的抗弯强度的影响 图图3-19 成形剂粒度对粉末流动性和松装密度的影响成形剂粒度对粉末流动性和松装密度的影响111 三、粉末成形三、粉末成形 图图3-20 成形剂粒度对脱模压力的影响成形剂粒度对脱模压力的影响112 三、粉末成形三、粉末成形 图图3-21 成形剂加入量对涡旋铁粉成形剂加入量对涡旋铁粉 图图3-22 成形剂对烧结体抗弯强度的影响成形剂对烧结体抗弯强度的影响 压坯密度和脱模压力的影响压坯密度和脱模压力的影响113 三、粉末成形三、粉末成形 从图从图3-19～～ 图图3-22可知，加入成形剂对压坯质量和烧可知，加入成形剂对压坯质量和烧结性能都有影响，因此应从多方面综合考虑正确地选择和使结性能都有影响，因此应从多方面综合考虑正确地选择和使用成形剂。

用成形剂 由上分析，也可不把成形剂加入混合料中而直接润滑压由上分析，也可不把成形剂加入混合料中而直接润滑压模常用润滑压模地润滑剂有：硬脂酸、硬脂酸盐类、丙酮、模常用润滑压模地润滑剂有：硬脂酸、硬脂酸盐类、丙酮、苯、甘油、油酸、三氯乙烷等图苯、甘油、油酸、三氯乙烷等图3-23为不同润滑方式对压为不同润滑方式对压坯密度的影响坯密度的影响 图图3-23 不同润滑方式对压坯密度的影响不同润滑方式对压坯密度的影响114 三、粉末成形三、粉末成形7. 压制废品分析压制废品分析 压制废品的种类很多，主要有分层、裂纹、掉边掉角、压压制废品的种类很多，主要有分层、裂纹、掉边掉角、压坯密度严重不均匀、毛刺过大、表面划伤、同轴度超差等坯密度严重不均匀、毛刺过大、表面划伤、同轴度超差等 （（1）分层）分层 沿压坯的棱边向内部发展的裂纹，并且大约与沿压坯的棱边向内部发展的裂纹，并且大约与受压面呈受压面呈45°角的整齐界面角的整齐界面（图（图3-24） 图图3-24 压制分层压制分层 图图3-25 压制裂纹压制裂纹 （（2）裂纹）裂纹 裂纹一般是不规则的，并且无整齐的界面。

但裂纹一般是不规则的，并且无整齐的界面但裂纹同样出现在应力集中的部位（图裂纹同样出现在应力集中的部位（图3-25） （（3）掉边掉角）掉边掉角 （（4）压坯密度严重不均和其它废品）压坯密度严重不均和其它废品115 三、三、粉末成形粉末成形8. 影响压制过程和压坯质量的因素影响压制过程和压坯质量的因素8.1粉末性能对压制过程的影响粉末性能对压制过程的影响8.1.1粉末的物理性能的影响粉末的物理性能的影响 （（1）金属粉末的硬度和可塑性对压制过程的影响很大软）金属粉末的硬度和可塑性对压制过程的影响很大软金属粉末比硬金属粉末易于压制，所需的压制压力要小的多金属粉末比硬金属粉末易于压制，所需的压制压力要小的多（表（表3-2） 表表3-2 金属粉末的硬度与压制压力的关系金属粉末的硬度与压制压力的关系 （（2）金属粉末的摩擦性能对压模的磨损影响很大一般说）金属粉末的摩擦性能对压模的磨损影响很大一般说来，压制硬金属粉末压模的寿命短。

来，压制硬金属粉末压模的寿命短116 三、粉末成形三、粉末成形8.1.2粉末纯度的影响粉末纯度的影响 粉末纯度愈高，压制愈易进行制造高密度零件时，粉粉末纯度愈高，压制愈易进行制造高密度零件时，粉末的化学成分对其成形性能影响较大末的化学成分对其成形性能影响较大8.1.3粉末颗粒及粒度组成的影响粉末颗粒及粒度组成的影响 粉末的粒度及粒度组成不同时，在压制过程中的行为就粉末的粒度及粒度组成不同时，在压制过程中的行为就不一致与颗粒形状相同的粗粉末相比，细颗粒粉末的压缩不一致与颗粒形状相同的粗粉末相比，细颗粒粉末的压缩性较差，而成形性好性较差，而成形性好8.1.4粉末颗粒形状的影响粉末颗粒形状的影响 粉末颗粒形状对压制过程和压坯质量的影响具体反映在粉末颗粒形状对压制过程和压坯质量的影响具体反映在其填充性能、压制性等粉末颗粒形状对压坯性能也有影响其填充性能、压制性等粉末颗粒形状对压坯性能也有影响8.1.5粉末松装密度的影响粉末松装密度的影响 粉末松装密度是设计模具尺寸时所必须考虑的重要因素粉末松装密度是设计模具尺寸时所必须考虑的重要因素松装密度小时，模具的高度和模冲的长度必须增大。

松装密松装密度小时，模具的高度和模冲的长度必须增大松装密度大时，模具的高度及模冲的长度可以缩短实践中应采用度大时，模具的高度及模冲的长度可以缩短实践中应采用的松装密度大小，需根据实际情况而定的松装密度大小，需根据实际情况而定117 三、三、粉末成形粉末成形8.2成形剂对压制过程及压坯质量的影响成形剂对压制过程及压坯质量的影响 成形剂的加入可以改善粉末的成形性、塑性、增加压坯成形剂的加入可以改善粉末的成形性、塑性、增加压坯强度等8.3压制方式对压制过程及压坯质量的影响压制方式对压制过程及压坯质量的影响8.3.1加压方式的影响加压方式的影响 为了减少压制过程中的压坯密度出现不均匀现象，可以为了减少压制过程中的压坯密度出现不均匀现象，可以采用双向压制及多向压制（等静压制），或者改变压模结构采用双向压制及多向压制（等静压制），或者改变压模结构等特别是当压坯的高径比较大时，采用单向压制不能保证等特别是当压坯的高径比较大时，采用单向压制不能保证制品的密度要求某些难熔金属化合物（如碳化硼）的压制，制品的密度要求某些难熔金属化合物（如碳化硼）的压制，有时为了保证密度要求，还可采用换向压制的方法。

有时为了保证密度要求，还可采用换向压制的方法8.3.2加压速度的影响加压速度的影响 通常的压制过程均是以静压（缓慢加压）状态进行的通常的压制过程均是以静压（缓慢加压）状态进行的粉末体受到高速冲击负荷作用时，压坯的致密化过程与静压粉末体受到高速冲击负荷作用时，压坯的致密化过程与静压时的情况是不同的时的情况是不同的118 三、三、粉末成形粉末成形8.3.3加压保持时间的影响加压保持时间的影响 粉末在压制过程中，如果在某一特定的压力下保持一定粉末在压制过程中，如果在某一特定的压力下保持一定的时间，往往可得到非常好的效果这对于形状复杂或体积的时间，往往可得到非常好的效果这对于形状复杂或体积较大的制品来说更为重要（如图较大的制品来说更为重要（如图3-26所示） 图图3-26 加压保持时间对压坯密度的影响加压保持时间对压坯密度的影响 对于形状简单、体积小的制品通常不采取保压如需保压，对于形状简单、体积小的制品通常不采取保压。

如需保压，保压时间可根据具体时间确定保压时间可根据具体时间确定119 三、三、粉末成形粉末成形8.3.4振动压制的影响振动压制的影响 振动压制对制品的致密化有良好的作用，是广泛引起人们振动压制对制品的致密化有良好的作用，是广泛引起人们注意的新工艺试验表明，振动压制对于铜、钴、铝、铁等注意的新工艺试验表明，振动压制对于铜、钴、铝、铁等软粉末的效果，远不如碳化钛、碳化钨等硬而脆的粉末软粉末的效果，远不如碳化钛、碳化钨等硬而脆的粉末8.3.5磁场影响磁场影响 磁场压制所用的压模结构与普通压模不同（图磁场压制所用的压模结构与普通压模不同（图3-27）由图可知，加压方式和磁场方向有相互平行和相互垂直两种由图可知，加压方式和磁场方向有相互平行和相互垂直两种方式后者不但成形比较困难且制品的收缩也可能不均匀后者不但成形比较困难且制品的收缩也可能不均匀 图图3-27 磁场压制压模结构图磁场压制压模结构图120 三、粉末成形三、粉末成形9. 特殊成形特殊成形9.1等静压成形等静压成形9.1.1等静压制的基本原理等静压制的基本原理 等静压制是借助高压泵的作用把液体介质（气体或液体）等静压制是借助高压泵的作用把液体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体密封容器内（如图压入耐高压的钢体密封容器内（如图3-28），高压流体的静），高压流体的静压力直接作用在弹性模套内粉末上，使粉末体在同一时间内压力直接作用在弹性模套内粉末上，使粉末体在同一时间内各个方法均匀受压而获得密度各个方法均匀受压而获得密度 分布均匀和强度较高的压坯。

分布均匀和强度较高的压坯 （（A）压力分布和摩擦力对）压力分布和摩擦力对 压坯密度分布的影响压坯密度分布的影响 （（B）压制压力与压坯密度）压制压力与压坯密度 的关系的关系 图图3-28 等静压原理图等静压原理图121 三、粉末成形三、粉末成形9.1.2冷等静压制冷等静压制 冷等静压制主要工艺过程包括模具材料的选择及模冷等静压制主要工艺过程包括模具材料的选择及模具的制作，粉末料的准备，以及将粉末料装入模袋、密具的制作，粉末料的准备，以及将粉末料装入模袋、密封、压制和脱模图封、压制和脱模图3-29为冷等静压工艺的流程图为冷等静压工艺的流程图 图图3-29 冷等静压制的流程图冷等静压制的流程图122 三、粉末成形三、粉末成形 （（1）模具材料的选择及制作）模具材料的选择及制作 冷等静压制模具大多采用弹性物，例如天然橡胶和合成冷等静压制模具大多采用弹性物，例如天然橡胶和合成橡胶。

这些弹性材料的性质如表橡胶这些弹性材料的性质如表3-3所示近年来又采用了所示近年来又采用了塑料热塑性软性树脂是目前制作模具的主要材料热塑性软性树脂是目前制作模具的主要材料 表表3-3 某些弹性材料的性质某些弹性材料的性质 （（2）粉末料的准备）粉末料的准备123 三、粉末成形三、粉末成形 （（3）装料、密封及抽气）装料、密封及抽气 冷等静压制按粉料装模及其受压形式可分为湿袋模具压冷等静压制按粉料装模及其受压形式可分为湿袋模具压制（图制（图3-30）和干袋模具压制（图）和干袋模具压制（图3-31）两种 图图3-30 湿袋模具压制试图湿袋模具压制试图 图图3-31干袋模具压制图干袋模具压制图 （（4）压制和脱模）压制和脱模124 三、三、粉末成形粉末成形9.1.3软模压制软模压制 软模成形是利用塑性的弹性好的特点，它能与液体介质软模成形是利用塑性的弹性好的特点，它能与液体介质一样均匀传递压力，而且不收缩。

用塑料作模具，图一样均匀传递压力，而且不收缩用塑料作模具，图3-32为为软模成形示意图软模压制可以不用复杂设备而制得密度均软模成形示意图软模压制可以不用复杂设备而制得密度均匀的异形制品软模材料通常选取聚氯乙稀塑料匀的异形制品软模材料通常选取聚氯乙稀塑料 图图3-32 软模成形示意图软模成形示意图125 三、粉末成形三、粉末成形9.2三轴压制三轴压制 三轴压制可以近似地认为就是三轴压制（模压）和等静三轴压制可以近似地认为就是三轴压制（模压）和等静压制的结果三轴压制＝周压＋轴压三轴压制的效果，无压制的结果三轴压制＝周压＋轴压三轴压制的效果，无论从压坯密度还是从压坯抗弯强度上看都是较好的只要在论从压坯密度还是从压坯抗弯强度上看都是较好的只要在很低的周压条件下增大轴压，就可生产比其它两种成形方法很低的周压条件下增大轴压，就可生产比其它两种成形方法均好的压坯三轴压制的产品均好的压坯三轴压制的产品 具有高密度、高强度的特性具有高密度、高强度的特性 三轴压制装置如图三轴压制装置如图3-33所示。

所示 图图3-33 三轴压制装置简图三轴压制装置简图 126 三、三、粉末成形粉末成形9.3粉浆浇注粉浆浇注 粉浆浇注是金属粉末在不施加外压力的情况下而实现成粉浆浇注是金属粉末在不施加外压力的情况下而实现成形的过程对于压制性差的脆性粉末，如碳化物、硅化物、形的过程对于压制性差的脆性粉末，如碳化物、硅化物、氮化物、铬和硅等粉末，粉浆浇注是特别有效的成形方法氮化物、铬和硅等粉末，粉浆浇注是特别有效的成形方法 用粉浆浇注方法制得的制品密度应是均匀的用粉浆浇注用粉浆浇注方法制得的制品密度应是均匀的用粉浆浇注法可以生产坩埚、圆柱体和矩形坯块、涡轮叶片等制品法可以生产坩埚、圆柱体和矩形坯块、涡轮叶片等制品9.4金属粉末压制金属粉末压制 粉末压制法与模压法相比，优点是制品的长度原则上不粉末压制法与模压法相比，优点是制品的长度原则上不受限制；轧制制品密度比较均匀。

但粉末压制法只能制取形受限制；轧制制品密度比较均匀但粉末压制法只能制取形状较简单的板带板以及直径与厚度比值很大的衬套状较简单的板带板以及直径与厚度比值很大的衬套 粉末压制的主要设备是粉末轧机和烧结炉用粉末轧制可粉末压制的主要设备是粉末轧机和烧结炉用粉末轧制可制造接近理论密度的制品制造接近理论密度的制品127 三、三、粉末成形粉末成形 粉末轧制的原理如图粉末轧制的原理如图3-34所示压制可以在垂直的或水所示压制可以在垂直的或水平的轧机上进行（图平的轧机上进行（图3-35）） 图图3-34 粉末轧制过程示意图粉末轧制过程示意图 图图3-35 粉末轧制方式示意图粉末轧制方式示意图128 三、粉末成形三、粉末成形9.5稧形压制稧形压制 采用锲形压制是为了改进粉末压制中不能轧制较厚带材的采用锲形压制是为了改进粉末压制中不能轧制较厚带材的不足图3-36为锲形压制装置示意图，图为锲形压制装置示意图，图3-37为锲形压制为锲形压制过程示意图。

过程示意图 图图3-36 锲形压制装置示意图锲形压制装置示意图 图图3-37 锲形压制过程示意图锲形压制过程示意图129 三、粉末成形三、粉末成形9.6挤压挤压 挤压法的优点是可以把难压制的组元（难熔金属化合物、挤压法的优点是可以把难压制的组元（难熔金属化合物、氧化物为基的材料）制成密度均匀而较长的制品图氧化物为基的材料）制成密度均匀而较长的制品图3-38是是挤压时混合料受力状态图挤压时混合料受力状态图 图图3-38 挤压时混合料的受力状态挤压时混合料的受力状态130 三、粉末成形三、粉末成形9.7高能成形高能成形 爆炸成形法是高能成形的方法之一。

图爆炸成形法是高能成形的方法之一图3-39是类似液体是类似液体等静压一样的间接法爆炸成形原理图等静压一样的间接法爆炸成形原理图 图图3-39 爆炸成形原理爆炸成形原理131 四、烧结四、烧结1. 概述概述 为了提高压坯或松装粉末体的强度，把压坯或松装粉末为了提高压坯或松装粉末体的强度，把压坯或松装粉末体加热到其基本组元熔点以下的温度（约体加热到其基本组元熔点以下的温度（约0.7～～0.8T绝对熔绝对熔点），借颗粒间的联结以提高强度这种热处理就叫做烧结点），借颗粒间的联结以提高强度这种热处理就叫做烧结 烧结对粉末冶金材料和制品的性能有着烧结对粉末冶金材料和制品的性能有着决定性决定性的影响用粉末烧结的方法可以制得各种纯金属、合金、化合物以及用粉末烧结的方法可以制得各种纯金属、合金、化合物以及复合材料复合材料 烧结的研究主要是围绕两个最基本的问题：一是烧结为烧结的研究主要是围绕两个最基本的问题：一是烧结为什么会发生？即所谓烧结的什么会发生？即所谓烧结的原动力或热力学原动力或热力学问题；二是烧结问题；二是烧结是怎样进行的？即烧结的是怎样进行的？即烧结的结构和动力学结构和动力学问题。

问题132 四、烧结四、烧结¡烧结的分类¡（1）单元系烧结：纯金属或化合物¡（2）多元系固相烧结¡a 无限固溶系：Cu-Ni、Fe-Ni、Cu-Au¡b 有限固溶系: Fe-C、 Fe-Cu、W-Ni¡C 完全不互溶系(假合金）：Ag-W、Cu-W（3）多元系液相烧结a 稳定液相烧结系统：WC-Co、W-Cu-Nib 瞬时液相烧结系统：Cu-Sn、Cu-Pb133 四、烧结四、烧结2. 烧结过程的热力学烧结过程的热力学2.1烧结的热力学烧结的热力学 （（1）烧结时所需能量在粉末中存在的形式）烧结时所需能量在粉末中存在的形式 首先被考虑到的当然是粉末的首先被考虑到的当然是粉末的表面能表面能粉末粒度愈小，其粉末粒度愈小，其粉末体的表面积就愈大，相对地具有的表面能也就较高表粉末体的表面积就愈大，相对地具有的表面能也就较高表4-1为几种金属粉末的比表面积为几种金属粉末的比表面积134 四、烧结四、烧结 除表面能外，还有各种形式的除表面能外，还有各种形式的晶格缺陷所贮存晶格缺陷所贮存的能量。

的能量晶格缺陷会因粉末制造方法的不同而有显著的差异晶格缺陷会因粉末制造方法的不同而有显著的差异 （（2）烧结时所需能量对烧结过程所起的作用）烧结时所需能量对烧结过程所起的作用 粉末的表面能越大，所贮存的能量就越高粉末的表面能越大，所贮存的能量就越高这样的粉末这样的粉末要释放能量使其变为低能状态的趋势也就越大，烧结也就易要释放能量使其变为低能状态的趋势也就越大，烧结也就易于进行 （（3）热力学方程式：）热力学方程式： 一般来说，一般来说， △△ A的值总是小于的值总是小于△△ U据估算，表面能的据估算，表面能的数值与化学反应中的能量变化相比较是相当小的但是，一数值与化学反应中的能量变化相比较是相当小的但是，一般认为这种能量是发生烧结的原动力般认为这种能量是发生烧结的原动力135 四、烧结四、烧结2.2烧结的基本过程烧结的基本过程 粉末的等温烧结过程大致可分为三个界限不十分明显的粉末的等温烧结过程大致可分为三个界限不十分明显的阶段：阶段：开始阶段、中间阶段以及最终阶段开始阶段、中间阶段以及最终阶段。

具体过程如图具体过程如图4-1所示 图图4-1 烧结阶段的示意图烧结阶段的示意图136 四、烧结四、烧结2.3烧结原动力烧结原动力 可应用库钦斯基的简化烧结模型，推导烧结原动力的计可应用库钦斯基的简化烧结模型，推导烧结原动力的计算公式根据理想的两球模型（图算公式根据理想的两球模型（图4-2）作用于烧结颈的应）作用于烧结颈的应力为：力为： 图图4-2 烧结的两球模型烧结的两球模型 137 四、烧结四、烧结3. 烧结中的物质迁移烧结中的物质迁移 在烧结过程中，存在着两种类型的物质迁移结构在烧结过程中，存在着两种类型的物质迁移结构——物物质的表面迁移和体积迁移（图质的表面迁移和体积迁移（图4-3） 图图4-3两种类型的物质迁移两种类型的物质迁移 138 四、烧结四、烧结3.1开始阶段烧结开始阶段烧结 在烧结的开始阶段，假定开始时是单一球形的点接触，烧在烧结的开始阶段，假定开始时是单一球形的点接触，烧结颈长大可以用一般的通式来表示结颈长大可以用一般的通式来表示: n、、m和和B取决于物质迁移机构。

通常上式所示模式，在取决于物质迁移机构通常上式所示模式，在x/R之比小于之比小于0.3是有效的表是有效的表4-2为各种物质迁移机构的为各种物质迁移机构的n、、m和和B的值 139 四、烧结四、烧结 3.1.1粘性流动机构粘性流动机构 1945年由佛兰克尔提出它把烧结分成为两个过程，即年由佛兰克尔提出它把烧结分成为两个过程，即粉末颗粒之间由点接触到面接触的变化过程和后期的孔隙收粉末颗粒之间由点接触到面接触的变化过程和后期的孔隙收缩过程粘性流动被认为是以图缩过程粘性流动被认为是以图4-4（（a）那样的方式来进行）那样的方式来进行的，也就是由于应力的作用使原子或空位顺着应力的方向发的，也就是由于应力的作用使原子或空位顺着应力的方向发生流动在体积扩散的情况下，则是由于存在空位浓度而使生流动在体积扩散的情况下，则是由于存在空位浓度而使原子发生移动（图原子发生移动（图 4-4（（b ）） ）两者是有一定差别的两者是有一定差别的 图图4-4 原子移动示意图原子移动示意图 （（a）粘性流动；）粘性流动； （（b）体积扩散）体积扩散140 四、烧结四、烧结 假定作用于烧结颈部的表面张力使物质发生迁移，则在假定作用于烧结颈部的表面张力使物质发生迁移，则在完全粘性流动时为：完全粘性流动时为： 上式经数学处理后可以得到：上式经数学处理后可以得到： 即烧结颈半径即烧结颈半径x的的2次方与烧结时间次方与烧结时间t成比例。

库钦斯基成比例库钦斯基采用的烧结模型，证实了佛兰克尔的上述关系不过佛兰克采用的烧结模型，证实了佛兰克尔的上述关系不过佛兰克尔的粘性流动机构实际上只适用于非晶体物质尔的粘性流动机构实际上只适用于非晶体物质 1955年，金捷里年，金捷里-伯格用玻璃球在玻璃板上烧结，实验伯格用玻璃球在玻璃板上烧结，实验结果也得出了结果也得出了x的的2次方与次方与t的直线关系的直线关系 141 四、烧结四、烧结3.1.2蒸发蒸发-凝聚机构凝聚机构 物质可能会在粉末颗粒表面蒸发，在接触颈部凝聚发生物质可能会在粉末颗粒表面蒸发，在接触颈部凝聚发生迁移，因而使烧结颈部长大迁移，因而使烧结颈部长大 假定在单位时间内，在接触处的单位面积上凝聚的物质假定在单位时间内，在接触处的单位面积上凝聚的物质为为G，则，则G与与△△P成比例，成比例，G=k △△P经数学处理后便可以经数学处理后便可以得到：得到： 即烧结颈半径即烧结颈半径x的三次方与烧结时间的三次方与烧结时间t成正比。

成正比 不过，只有那些具有较高蒸气压的物质才可能发生蒸发不过，只有那些具有较高蒸气压的物质才可能发生蒸发-凝聚的物质迁移过程凝聚的物质迁移过程 蒸发蒸发-凝聚对烧结后期孔隙的球化起作用凝聚对烧结后期孔隙的球化起作用142 四、烧结四、烧结3.1.3体积扩散机构体积扩散机构 在扩散理论中，认为晶格点阵中原子的迁移是原子连续在扩散理论中，认为晶格点阵中原子的迁移是原子连续迁移与空位交换位置的结果图迁移与空位交换位置的结果图4-5（（a）表示了这种扩散机）表示了这种扩散机构此外，图构此外，图4-5（（b）表示原子的间隙扩散机构，图）表示原子的间隙扩散机构，图4-5（（c）表示原子间的相互换位或环转换位机构表示原子间的相互换位或环转换位机构 图图4-5 三种扩散机构示意图三种扩散机构示意图 （（a）空位扩散；）空位扩散； （（b）间隙扩散；）间隙扩散； （（c）相互换位或环转换位扩散）相互换位或环转换位扩散143 四、烧结四、烧结 在金属粉末的烧结过程中，空位及其扩散起着很重要的作在金属粉末的烧结过程中，空位及其扩散起着很重要的作用。

在烧结的体积扩散机构中，空位体积的扩散可以采取如用在烧结的体积扩散机构中，空位体积的扩散可以采取如图图4-6所示的几种途径和方法所示的几种途径和方法 图图4-6 烧结时空位扩散途径烧结时空位扩散途径 烧结如果以体积扩散机构进行，则烧结颈半径烧结如果以体积扩散机构进行，则烧结颈半径x的的5次方次方与与t成比例数学表达式为：成比例数学表达式为：144 四、烧结四、烧结3.1.4表面扩散机构表面扩散机构 金属表面即使能够做成在物理上没有畸变的表面，其原金属表面即使能够做成在物理上没有畸变的表面，其原子排列也是呈阶梯状的因此表面原子很易发生移动和扩散子排列也是呈阶梯状的因此表面原子很易发生移动和扩散 实验表明，在低温烧结时占优势的不是体积扩散而是表实验表明，在低温烧结时占优势的不是体积扩散而是表面扩散 表面扩散机构也是在表面的原子与表面的空位互相交换表面扩散机构也是在表面的原子与表面的空位互相交换位置而进行的所谓表面，是指在表面之中而不是在表面之位置而进行的。

所谓表面，是指在表面之中而不是在表面之上表面扩散机构可用下式表达：上表面扩散机构可用下式表达： 该式表明在表面扩散机构占优势时，接触颈部半径该式表明在表面扩散机构占优势时，接触颈部半径x的的7次方与烧结时间次方与烧结时间t成正比145 四、烧结四、烧结3.1.5晶界扩散机构晶界扩散机构 空位扩散时，晶界可以作为空位空位扩散时，晶界可以作为空位“阱阱”晶界扩散在许晶界扩散在许多反应或过程中起着重要作用晶界对烧结的重要性有两方多反应或过程中起着重要作用晶界对烧结的重要性有两方面：（面：（1）烧结时，在颗粒接触面上容易形成稳定的晶界特）烧结时，在颗粒接触面上容易形成稳定的晶界特别是细粉末烧结后形成许多网状晶界与孔隙相互交错，使烧别是细粉末烧结后形成许多网状晶界与孔隙相互交错，使烧结颈边缘和细孔隙表面的过剩空位容易通过邻接的晶界进行结颈边缘和细孔隙表面的过剩空位容易通过邻接的晶界进行扩散或被吸收；（扩散或被吸收；（2）晶界扩散的激活能只是体积扩散激活能）晶界扩散的激活能只是体积扩散激活能的一半，而扩散系数要大的一半，而扩散系数要大1000倍，并且随着温度的降低，这倍，并且随着温度的降低，这种差别会增大。

种差别会增大 如果两个粉末颗粒的接触表面形成了晶界，那么，靠近如果两个粉末颗粒的接触表面形成了晶界，那么，靠近接触颈部的过剩空位就可以通过晶界进行扩散原子则沿空接触颈部的过剩空位就可以通过晶界进行扩散原子则沿空位扩散的相反方向流入接触颈部表面这样就使接触颈部通位扩散的相反方向流入接触颈部表面这样就使接触颈部通过晶界扩散而长大，两个颗粒中心相互靠近过晶界扩散而长大，两个颗粒中心相互靠近146 四、烧结四、烧结 晶界对烧结颈长大和烧结体收缩的作用，可用图晶界对烧结颈长大和烧结体收缩的作用，可用图4-7来说来说明 图图4-7 空位从颗粒接触面向颗粒表面空位从颗粒接触面向颗粒表面 （（a）或晶界；）或晶界； （（b）扩散的模型）扩散的模型 晶界扩散机构的数学表达式为：晶界扩散机构的数学表达式为： 即烧结接触颈即烧结接触颈半径半径x的的6次方与烧结时间次方与烧结时间t成正比147 四、烧结四、烧结3.1.6塑性流动机构塑性流动机构 塑性流动与粘性流动不同，外应力必须通过塑性材料的塑性流动与粘性流动不同，外应力必须通过塑性材料的屈服应力才能发生。

塑性流动理论的最新发展是将高温微蠕屈服应力才能发生塑性流动理论的最新发展是将高温微蠕变理论应用于烧结过程变理论应用于烧结过程 根据扩散蠕变与应力作用下空位扩散的关系，得出代表根据扩散蠕变与应力作用下空位扩散的关系，得出代表塑性流动阻力的粘性系数与自扩散系数塑性流动阻力的粘性系数与自扩散系数D的关系式：的关系式： 假定两球烧结后，烧结颈区的大小等于两球贯穿形成透假定两球烧结后，烧结颈区的大小等于两球贯穿形成透镜状部分的体积塑性流动机构数学表达式为：镜状部分的体积塑性流动机构数学表达式为： 表明烧结过程中，接触颈部半径表明烧结过程中，接触颈部半径x的的9次方与烧结时间次方与烧结时间t成成比例塑性流动适用于金属粉末烧结的早期阶段塑性流动适用于金属粉末烧结的早期阶段148 四、烧结四、烧结3.1.7小结小结 综上所述，烧结过程中粉末颗粒的粘结是一个十分复杂的过综上所述，烧结过程中粉末颗粒的粘结是一个十分复杂的过程，由许多方面的因素决定在具体的烧结过程中，何种机构起程，由许多方面的因素决定。

在具体的烧结过程中，何种机构起主导作用，要由具体情况而定如细粉末颗粒烧结时，表面扩散主导作用，要由具体情况而定如细粉末颗粒烧结时，表面扩散机构可能起着决定作用；在高温烧结时，主要是体积扩散机构；机构可能起着决定作用；在高温烧结时，主要是体积扩散机构；某些易于蒸发的金属粉末烧结时，可能蒸发某些易于蒸发的金属粉末烧结时，可能蒸发-凝聚的过程起着十凝聚的过程起着十分重要的作用；加压烧结时，则起主要作用的将是塑性流动机构分重要的作用；加压烧结时，则起主要作用的将是塑性流动机构 （（1）当讨论粉末粒度对烧结开始阶段的影响时，考虑粉末的）当讨论粉末粒度对烧结开始阶段的影响时，考虑粉末的分布特性是很重要的如果物质迁移机构是已知的话，那么粉末分布特性是很重要的如果物质迁移机构是已知的话，那么粉末粒度变化的影响是可以预测的烧结并不只是单一的烧结机构起粒度变化的影响是可以预测的烧结并不只是单一的烧结机构起作用许多材料是由包括几个物质迁移模式在内的复杂过程来进作用许多材料是由包括几个物质迁移模式在内的复杂过程来进行烧结的随着粉末粒度的变化，由于对粒度不同的敏感性，因行烧结的随着粉末粒度的变化，由于对粒度不同的敏感性，因而有可能改变占优势的烧结机构。

而有可能改变占优势的烧结机构149 四、烧结四、烧结 通常，细的粉末颗粒有利于借助表面扩散来进行的烧结通常，细的粉末颗粒有利于借助表面扩散来进行的烧结体积扩散对粉末颗粒大小的敏感性不及表面扩散和晶界扩散体积扩散对粉末颗粒大小的敏感性不及表面扩散和晶界扩散 （（2）收缩率对烧结过程是个有用的参数由于在压坯中）收缩率对烧结过程是个有用的参数由于在压坯中存在着密度的梯度，密度梯度将会在烧结过程中有不同的收存在着密度的梯度，密度梯度将会在烧结过程中有不同的收缩对于一些材料来说，高的密度是通过烧结时的收缩来达缩对于一些材料来说，高的密度是通过烧结时的收缩来达到的在这种情况下，烧结过程中的物质体积迁移活动是十到的在这种情况下，烧结过程中的物质体积迁移活动是十分重要的分重要的 计算收缩率的数学表达式为：计算收缩率的数学表达式为： 烧结开始阶段，如上所述的收缩烧结模式只有在最初的烧结开始阶段，如上所述的收缩烧结模式只有在最初的收缩率为收缩率为3%时才是有效的图时才是有效的图4-8为细不锈钢粉在氢气中烧为细不锈钢粉在氢气中烧结的收缩行为。

结的收缩行为150 四、烧结四、烧结 图图4-8 细水雾化不锈钢粉在烧结时的致密化和收缩细水雾化不锈钢粉在烧结时的致密化和收缩 （（3）表面积变化测定的优点是对于所有物质迁移机构均）表面积变化测定的优点是对于所有物质迁移机构均适用可用下式表示等温烧结时表面积的变化：适用可用下式表示等温烧结时表面积的变化： 表表4-3不同物质迁移机构的表面积减少指数；图不同物质迁移机构的表面积减少指数；图4-9为两为两个铜粉在个铜粉在1010℃℃烧结时表面积减少的例子烧结时表面积减少的例子 （（4）致密化参数是烧结时压坯密度变化的另一检测法致密化参数是烧结时压坯密度变化的另一检测法151 四、烧结四、烧结 图图4-9 铜粉烧结时的表面积减少铜粉烧结时的表面积减少 152 四、烧结四、烧结3.2中间阶段烧结中间阶段烧结 中间阶段烧结是决定压坯性能的最重要阶段。

这阶段可中间阶段烧结是决定压坯性能的最重要阶段这阶段可以用烧结体的致密化和晶粒长大来表征在一些情况中，烧以用烧结体的致密化和晶粒长大来表征在一些情况中，烧结时不允许烧结体有尺寸的变化为此，通常采用较短的烧结时不允许烧结体有尺寸的变化为此，通常采用较短的烧结时间、较低的烧结温度和较高的压制压力相配合，从而达结时间、较低的烧结温度和较高的压制压力相配合，从而达到最低程度的致密化到最低程度的致密化 在中间阶段烧结时，晶粒边界和孔隙的几何形状（如图在中间阶段烧结时，晶粒边界和孔隙的几何形状（如图4-10所示）控制着烧结的速率所示）控制着烧结的速率 图图4-10中间阶段烧结时，孔隙结构及其相互联系中间阶段烧结时，孔隙结构及其相互联系153 四、烧结四、烧结 在烧结时孔隙与晶界之间的作用可能有两种形式在烧结时孔隙与晶界之间的作用可能有两种形式：（：（1））孔隙可能在晶粒长大时被运动着的晶界所平直化；（孔隙可能在晶粒长大时被运动着的晶界所平直化；（2）晶界）晶界可能从孔隙处中断可能从孔隙处中断 考虑到两种可能，孔隙可以占据晶粒的棱边，或者占据考虑到两种可能，孔隙可以占据晶粒的棱边，或者占据晶粒内部的位置。

前者可以发生烧结体的致密化；而后者的晶粒内部的位置前者可以发生烧结体的致密化；而后者的情况则没有致密化发生，成了闭孔隙图情况则没有致密化发生，成了闭孔隙图4-11为孔隙为孔隙-晶粒晶粒边界的分布形貌示意边界的分布形貌示意 图图4-11 孔隙孔隙-晶粒边界在中间阶段烧结时的两种可能性晶粒边界在中间阶段烧结时的两种可能性 （（a）能致密化；）能致密化； （（b）不能致密化）不能致密化154 四、烧结四、烧结 限制烧结时的晶粒长大，可获得高的烧结密度晶粒长大限制烧结时的晶粒长大，可获得高的烧结密度晶粒长大的速率取决于晶界移动和在晶界上所受到的力晶界上所受的速率取决于晶界移动和在晶界上所受到的力晶界上所受到的力由曲率半径、晶界能量和晶粒大小来决定对于多孔到的力由曲率半径、晶界能量和晶粒大小来决定对于多孔固体（假定没有孔隙固体（假定没有孔隙-晶界的分离），晶粒大小晶界的分离），晶粒大小G与时间与时间t的的关系可表示为：关系可表示为： 决定中间阶段烧结时的致密化速率，需作些简化的假设。

决定中间阶段烧结时的致密化速率，需作些简化的假设假定几何形状为位于晶粒棱边上的圆柱形如果孔隙的消失假定几何形状为位于晶粒棱边上的圆柱形如果孔隙的消失过程是借助体积扩散来达到，根据菲克定律和凯尔文公式可过程是借助体积扩散来达到，根据菲克定律和凯尔文公式可以表示为：以表示为： 致密化速率可以表达为：致密化速率可以表达为：155 四、烧结四、烧结 图图4-12的模型说明晶界对收缩的作用图中（的模型说明晶界对收缩的作用图中（a）表示）表示孔隙周围的空位向晶界（空位阱）扩散并被其吸收，使孔隙孔隙周围的空位向晶界（空位阱）扩散并被其吸收，使孔隙缩小，烧结体收缩；图中（缩小，烧结体收缩；图中（b）晶界上孔隙周围的空位沿晶界）晶界上孔隙周围的空位沿晶界（扩散通道）向两端扩散，消失在烧结体之外，也使孔隙缩（扩散通道）向两端扩散，消失在烧结体之外，也使孔隙缩小，烧结体收缩小，烧结体收缩 图图4-12 晶界、空位与收缩的关系模型晶界、空位与收缩的关系模型 （（a)晶界成为空位阱；（晶界成为空位阱；（b)晶界成为空位扩散通道晶界成为空位扩散通道 由上可知，烧结过程的致密化明显取决于晶粒大小、密由上可知，烧结过程的致密化明显取决于晶粒大小、密度、烧结温度和烧结时间。

其中烧结温度的效果占优势度、烧结温度和烧结时间其中烧结温度的效果占优势156 四、烧结四、烧结 在烧结的中间阶段，孔隙的消失是与晶粒长大和孔隙尺在烧结的中间阶段，孔隙的消失是与晶粒长大和孔隙尺寸的减少一起发生的，原动力的变化引起表面积的变化为：寸的减少一起发生的，原动力的变化引起表面积的变化为： 综上所述，在粉末未加压烧结的致密化过程中，体积扩综上所述，在粉末未加压烧结的致密化过程中，体积扩散、晶界扩散起主导作用尤其是后期，晶界对致密化有很散、晶界扩散起主导作用尤其是后期，晶界对致密化有很重要的作用如欲促进烧结过程，首先要提高空位或原子的重要的作用如欲促进烧结过程，首先要提高空位或原子的扩散系数，这就要求高温加热在致密化后期要防止晶粒长扩散系数，这就要求高温加热在致密化后期要防止晶粒长大和晶界减少，甚至可积极制造晶界为了防止晶粒长大，大和晶界减少，甚至可积极制造晶界为了防止晶粒长大，可以加入少量的能阻碍晶粒长大、而且在高温时是稳定的碳可以加入少量的能阻碍晶粒长大、而且在高温时是稳定的碳化物、氧化物等添加剂。

这些添加物的粒度要尽量细，而且化物、氧化物等添加剂这些添加物的粒度要尽量细，而且能很均匀地分布在物料中能很均匀地分布在物料中157 四、烧结四、烧结3.3最终阶段烧结最终阶段烧结 烧结的最终阶段是一个很缓慢的过程在该阶段借助于烧结的最终阶段是一个很缓慢的过程在该阶段借助于体积扩散机构将发生孔隙的孤立、球化以及收缩在此阶段体积扩散机构将发生孔隙的孤立、球化以及收缩在此阶段中，孔隙的孤立可用图中，孔隙的孤立可用图4-13来说明 图图4-13 孔隙孤立和球化过程示意孔隙孤立和球化过程示意158 四、烧结四、烧结 在最终阶段烧结过程中，孔隙消失速率可用下式表示：在最终阶段烧结过程中，孔隙消失速率可用下式表示： 在大多数的材料中，在烧结的最终阶段时的孔隙大小分在大多数的材料中，在烧结的最终阶段时的孔隙大小分布，是由粉末的粒度分布和它的堆积方式造成的图布，是由粉末的粒度分布和它的堆积方式造成的。

图4-14为为烧结铁粉的孔隙度、晶粒大小、孔隙大小与烧结时间的关系，烧结铁粉的孔隙度、晶粒大小、孔隙大小与烧结时间的关系，孔隙大小将随烧结时间的延长而粗化，单个孔隙尺寸增大，孔隙大小将随烧结时间的延长而粗化，单个孔隙尺寸增大，但其晶粒大小仍按公式：但其晶粒大小仍按公式： 长大 图图4-14 孔隙度、晶粒大小和孔隙大小与烧结时间的关系孔隙度、晶粒大小和孔隙大小与烧结时间的关系159 四、烧结四、烧结3.4烧结体显微组织的变化烧结体显微组织的变化3.4.1孔隙的变化孔隙的变化 图图4-15示意地描述了粉末颗粒烧结时，接触点颈部长大示意地描述了粉末颗粒烧结时，接触点颈部长大与球形孔隙形成的过程与球形孔隙形成的过程 图图4-15 粉末颗粒烧结时，接触点颈部长大与球形孔隙形成过程示意图粉末颗粒烧结时，接触点颈部长大与球形孔隙形成过程示意图160 四、烧结四、烧结3.4.2烧结过程中的再结晶及晶粒长大烧结过程中的再结晶及晶粒长大 粉末的粒度、形状和表面状况、成形压力以及烧结的温粉末的粒度、形状和表面状况、成形压力以及烧结的温度和时间均对再结晶和晶粒长大有显著影响。

再结晶的核心度和时间均对再结晶和晶粒长大有显著影响再结晶的核心多数是产生于粉末颗粒的接触点或接触面上形核后的晶粒多数是产生于粉末颗粒的接触点或接触面上形核后的晶粒长大是通过吸收形变过的颗粒基体来进行的，可以使晶界由长大是通过吸收形变过的颗粒基体来进行的，可以使晶界由一个颗粒向另一个颗粒移动图一个颗粒向另一个颗粒移动图4-16示意地描述了这种形核、示意地描述了这种形核、再结晶和晶粒长大地过程再结晶和晶粒长大地过程 图图4-16在烧结过程中晶核地形成、再结晶和晶粒长大示意图在烧结过程中晶核地形成、再结晶和晶粒长大示意图161 四、烧结四、烧结 A 孔隙的影响孔隙的影响 孔隙是阻止晶界移动和晶粒长大的主要因素孔隙阻碍孔隙是阻止晶界移动和晶粒长大的主要因素孔隙阻碍晶粒长大在很大程度上取决于粉末的粒度图晶粒长大在很大程度上取决于粉末的粒度图4-17表示晶界表示晶界如有孔隙，晶界长度就减少图如有孔隙，晶界长度就减少。

图4-18显示了晶界扫过晶粒面显示了晶界扫过晶粒面上的无数小孔隙向前移动的情况上的无数小孔隙向前移动的情况 图图4-17 孔隙阻止晶界移动示意孔隙阻止晶界移动示意 图图4-18 氧化铝烧结时，由于晶界的移动而扫除了氧化铝烧结时，由于晶界的移动而扫除了 孔隙，原来的晶界位置如虚线所示孔隙，原来的晶界位置如虚线所示162 四、烧结四、烧结 B 第二相的作用第二相的作用 如图如图4-19所示，当原始晶界（所示，当原始晶界（a）移动碰到第二相质点，）移动碰到第二相质点，例如杂质时，晶界首先弯曲，晶界线拉长，如图中（例如杂质时，晶界首先弯曲，晶界线拉长，如图中（b）所示但这时杂质相的原始界面的一部分也变为晶界，使系统总的但这时杂质相的原始界面的一部分也变为晶界，使系统总的相界面和能量仍维持不变。

但如果晶界继续移动，超越杂质相界面和能量仍维持不变但如果晶界继续移动，超越杂质相（图中（相（图中（c）），基体和杂质相的那部分界面就得到恢复，）），基体和杂质相的那部分界面就得到恢复，系统又需增加一部分能量所以，晶界是不容易挣脱质点的系统又需增加一部分能量所以，晶界是不容易挣脱质点的障碍向前移动的障碍向前移动的 图图4-19 晶界移动通过第二相质点晶界移动通过第二相质点163 四、烧结四、烧结 C 晶界沟的影响晶界沟的影响 在多晶材料内，露出晶体表面形成所谓的晶界沟（图在多晶材料内，露出晶体表面形成所谓的晶界沟（图4-20（（a）））当晶界沟上的晶界移动时（图）当晶界沟上的晶界移动时（图4-20（（b））），），晶界面将增加，使系统界面自由能增高因此，晶界沟是阻晶界面将增加，使系统界面自由能增高因此，晶界沟是阻止晶界移动或晶粒长大的在致密材料中，它的阻碍作用不止晶界移动或晶粒长大的在致密材料中，它的阻碍作用不很强但粉末烧结材料的晶粒细，且粉末在高温烧结后形成很强但粉末烧结材料的晶粒细，且粉末在高温烧结后形成许多类似金属高温退火的晶界沟，因此阻碍作用较明显。

许多类似金属高温退火的晶界沟，因此阻碍作用较明显 图图4-20 晶界沟的影响晶界沟的影响 164 四、烧结四、烧结4. 混合粉末的烧结混合粉末的烧结4.1多元系固相烧结多元系固相烧结 多元系固相烧结有三种情况：（多元系固相烧结有三种情况：（1）均匀（单相）固溶体；）均匀（单相）固溶体； （（2）混合粉末；（）混合粉末；（3）烧结过程中固溶体分解但一般讨论）烧结过程中固溶体分解但一般讨论混合粉末的烧结较为实际混合粉末的烧结较为实际 使用金属粉末的混合物进行烧结，通常是为了实现其合使用金属粉末的混合物进行烧结，通常是为了实现其合金化采用混合粉末来代替预合金粉末的优点是：（金化采用混合粉末来代替预合金粉末的优点是：（1）容易）容易改变成分；（改变成分；（2）由于这类粉末具有低的强度、硬度以及加工）由于这类粉末具有低的强度、硬度以及加工硬化现象，所以容易进行压制成形；（硬化现象，所以容易进行压制成形；（3）有较高的压坯密度）有较高的压坯密度和强度；（和强度；（4）可能形成均匀的显微组织；（）可能形成均匀的显微组织；（5）有一些与烧）有一些与烧结致密化相关的可能的优点。

结致密化相关的可能的优点 165 四、烧结四、烧结4.1.1无限互溶的混合粉末烧结无限互溶的混合粉末烧结 铜铜-镍、铜镍、铜-钴、铜钴、铜-金、银金、银-金、钨金、钨-钼、铁钼、铁-镍等都属于镍等都属于无限互溶的混合粉末无限互溶的混合粉末 图图4-21为相互无限溶解的二元系统为相互无限溶解的二元系统 模型假定粉末的几何形状为球形假定粉末的几何形状为球形开 始时，始时，t0＝＝0，浓度梯度呈台阶状随，浓度梯度呈台阶状随 着烧结时间的延长，浓度梯度逐渐减缓着烧结时间的延长，浓度梯度逐渐减缓 最终，当最终，当t∞＝＝∞时，达到一个常数值通时，达到一个常数值通 常，粉末颗粒较细，烧结温度较高，常，粉末颗粒较细，烧结温度较高， 以及烧结时间较长，则混合粉末的均匀以及烧结时间较长，则混合粉末的均匀 化程度就较好化程度就较好 图图4-21 二元混合粉末的均匀化二元混合粉末的均匀化166 四、烧结四、烧结 均匀化程度可以用定量金相、均匀化程度可以用定量金相、X线衍射或探针技术来测定。

线衍射或探针技术来测定图图4-22为为80％％铜铜-20％％镍的合金在镍的合金在950℃℃烧结前后的烧结前后的X线衍线衍射强度分布曲线随着烧结时间的延长，衍射强度分布曲线射强度分布曲线随着烧结时间的延长，衍射强度分布曲线愈窄，表明合金成分愈均匀愈窄，表明合金成分愈均匀 图图4-22 80％铜％铜-20％镍烧结的％镍烧结的X线衍射强度分布曲线线衍射强度分布曲线 图图4-23 在铜在铜-镍混合粉末系统中的镍混合粉末系统中的 烧结温度为烧结温度为950℃℃ 致密化和均匀化致密化和均匀化167 四、烧结四、烧结 在混合粉末的烧结系统中，由于存在均匀化过程而会变在混合粉末的烧结系统中，由于存在均匀化过程而会变得复杂化在得复杂化在1000 ℃℃烧结的铜烧结的铜-镍合金系统中，铜向镍中扩镍合金系统中，铜向镍中扩散的速率比镍扩散到铜中要快。

因此，烧结致密化可能会由散的速率比镍扩散到铜中要快因此，烧结致密化可能会由于不同的扩散系数引起的膨胀而被抵消于不同的扩散系数引起的膨胀而被抵消 图图4-23是采用是采用44μm的铜粉和的铜粉和55~71μm的镍粉所组成的镍粉所组成的合金系统的烧结结果烧结体密度显示出其取决于镍的数的合金系统的烧结结果烧结体密度显示出其取决于镍的数量、烧结时间和烧结温度烧结时间采用对数坐标在镍含量、烧结时间和烧结温度烧结时间采用对数坐标在镍含量低的时候，膨胀发生在烧结的中间时间因此在烧结过程量低的时候，膨胀发生在烧结的中间时间因此在烧结过程的早期，由于不同的扩散能力而有孔隙形成的可能性均匀的早期，由于不同的扩散能力而有孔隙形成的可能性均匀化之后，孔隙的消失是明显的化之后，孔隙的消失是明显的 烧结时的均匀化可以代替由预合金粉末成形的压坯烧结时的均匀化可以代替由预合金粉末成形的压坯168 四、烧结四、烧结4.1.2有限互溶的混合粉末烧结有限互溶的混合粉末烧结 有限互溶混合粉末的烧结合金有铁有限互溶混合粉末的烧结合金有铁-碳、铁碳、铁-铜、钨铜、钨-镍、镍、银银-镍等，这类合金烧结后得到的是多相合金。

镍等，这类合金烧结后得到的是多相合金 在有限互溶混合粉末烧结时的收缩过程中，可以发现收在有限互溶混合粉末烧结时的收缩过程中，可以发现收缩与合金中的元素含量有关还可以发现有时会出现金属间缩与合金中的元素含量有关还可以发现有时会出现金属间化合物相镍化合物相镍-钨粉末混合物烧结时，钨粉末混合物烧结时， 浓度与收缩就存在如图浓度与收缩就存在如图4-24所所 示的曲线关系压坯的长大现象示的曲线关系压坯的长大现象 与钨向镍的单向扩散和形成扩散与钨向镍的单向扩散和形成扩散 孔隙有关孔隙有关 在有限互溶混合粉末烧结中，在有限互溶混合粉末烧结中， 其烧结体性能与许多因素有关其烧结体性能与许多因素有关 图图4-24 镍镍-钨的收缩与浓度的关系钨的收缩与浓度的关系 169 四、烧结四、烧结4.1.3互不溶解的混合粉末烧结互不溶解的混合粉末烧结 互不溶解的混合粉末烧结几乎包括了用粉末冶金方法制互不溶解的混合粉末烧结几乎包括了用粉末冶金方法制取的一切典型的复合材料，例如金属取的一切典型的复合材料，例如金属-金属、金属金属、金属-非金属、非金属、金属金属-氧化物以及金属氧化物以及金属-化合物等。

化合物等 互不溶解的两种粉末混合后，能否进行烧结的条件是：互不溶解的两种粉末混合后，能否进行烧结的条件是： 如果在满足上式的前提下：如果在满足上式的前提下： 若若 ，则在颗粒，则在颗粒A和和B之间形成烧结颈，并且颗之间形成烧结颈，并且颗粒间的接触表面有一些凸出，凸出的方向朝向表面能低的组粒间的接触表面有一些凸出，凸出的方向朝向表面能低的组元 若若 ，则烧结过程要分两阶段进行首先是一，则烧结过程要分两阶段进行首先是一种组元通过表面扩散来包围另一种组元，而后就与单相烧结种组元通过表面扩散来包围另一种组元，而后就与单相烧结一样烧结一样烧结170 四、烧结四、烧结4.2混合粉末的液相烧结和熔浸混合粉末的液相烧结和熔浸4.2.1液相烧结的条件液相烧结的条件 A 润湿性润湿性 如果液滴能够完全分散在固体表面上，被称为完全润湿如果液滴能够完全分散在固体表面上，被称为完全润湿润湿角（或接触角）润湿角（或接触角） 的大小就是润湿性的标志（图的大小就是润湿性的标志（图4 -25）。

完全润湿时，）完全润湿时， ；； 而不完全润湿时，而不完全润湿时， 图图4-25 液相润湿固相平衡图液相润湿固相平衡图 图图4-26 与液相接触的二面角形成与液相接触的二面角形成 171 四、烧结四、烧结 当当 时，可以说液体能够润湿固体表面时，可以说液体能够润湿固体表面 当当 ，烧结开始时，液相即使生成也会溢出烧结，烧结开始时，液相即使生成也会溢出烧结体外，这种现象称为渗漏渗漏的存在会使液相烧结的致密体外，这种现象称为渗漏渗漏的存在会使液相烧结的致密化过程不能完成液相只有具备完全或部分润湿的条件，才化过程不能完成液相只有具备完全或部分润湿的条件，才能渗入颗粒的微孔、裂隙，甚至晶粒间界（图能渗入颗粒的微孔、裂隙，甚至晶粒间界（图4-26 ）由图图4-26可见，当二面角愈小时，液相渗进固相界面愈深可见，当二面角愈小时，液相渗进固相界面愈深。

但润湿角不是固定不变的，随烧结时间的延长和烧结温但润湿角不是固定不变的，随烧结时间的延长和烧结温度的提高，润湿角会减少，而使润湿性也得到改善向液相度的提高，润湿角会减少，而使润湿性也得到改善向液相金属中添加某些表面活性物质，可改善许多金属或化合物的金属中添加某些表面活性物质，可改善许多金属或化合物的润湿性粉末表面存在吸附气体、杂质，或存在氧化膜、油润湿性粉末表面存在吸附气体、杂质，或存在氧化膜、油污等均会降低液体对粉末的润湿性污等均会降低液体对粉末的润湿性172 四、烧结四、烧结 B 溶解度溶解度 固相在液相中有一定的溶解度是液相烧结的又一条件固相在液相中有一定的溶解度是液相烧结的又一条件因为固相在液相中有限溶解可以改善润湿性，可以相对增加因为固相在液相中有限溶解可以改善润湿性，可以相对增加液相数量，还可以借助液相进行物质迁移液相数量，还可以借助液相进行物质迁移 C 液相数量液相数量 液相烧结时，液相数量应以液相填满颗粒的间隙为限度液相烧结时，液相数量应以液相填满颗粒的间隙为限度。

一般认为，液相数量以占烧结体体积的一般认为，液相数量以占烧结体体积的20％％~50％％为宜，超为宜，超过这个值则不能保证烧结件的形状和尺寸；液相数量过少，过这个值则不能保证烧结件的形状和尺寸；液相数量过少，则烧结体内会残留一部分不被液相填充的小孔，而且固相颗则烧结体内会残留一部分不被液相填充的小孔，而且固相颗粒也会因彼此直接接触而过分的烧结长大粒也会因彼此直接接触而过分的烧结长大 液相烧结时的液相数量可以由于多种原因而发生变化液相烧结时的液相数量可以由于多种原因而发生变化173 四、烧结四、烧结4.2.2液相烧结的基本过程液相烧结的基本过程 液相烧结过程大致可以划分为三个不十分明显的阶段液相烧结过程大致可以划分为三个不十分明显的阶段在实际中，任何一个系统，这三个阶段都是互相重叠的在实际中，任何一个系统，这三个阶段都是互相重叠的 （（1））生成液相和颗粒重新分布阶段生成液相和颗粒重新分布阶段 图图4-25为液相内的孔隙或凹面所产生的毛细管应力使粉为液相内的孔隙或凹面所产生的毛细管应力使粉末颗粒相互靠拢示意图。

毛细管的应力末颗粒相互靠拢示意图毛细管的应力P与液相的表面张力或与液相的表面张力或表面能表面能 成正比，与凹面的曲率半径成正比，与凹面的曲率半径 成反比：成反比： 对于微细粉末来说，在此应力作用下，粉末颗粒互相靠拢，对于微细粉末来说，在此应力作用下，粉末颗粒互相靠拢，从而提高了压坯的密度从而提高了压坯的密度 图图4-25 液相烧结时颗粒彼此靠拢液相烧结时颗粒彼此靠拢174 四、烧结四、烧结 （（2））溶解和析出阶段溶解和析出阶段 在细小的粉末颗粒在液相中溶解的同时，也会在粗颗粒在细小的粉末颗粒在液相中溶解的同时，也会在粗颗粒表面上有析出的颗粒，这样就使粗颗粒长大和球形化物质表面上有析出的颗粒，这样就使粗颗粒长大和球形化物质的迁移是通过液相的扩散来进行的在此阶段，由于相邻颗的迁移是通过液相的扩散来进行的在此阶段，由于相邻颗粒中心的靠近而发生收缩粒中心的靠近而发生收缩 （（3））固相的粘结或形成刚性骨架阶段固相的粘结或形成刚性骨架阶段4.2.3液相烧结时的致密化和颗粒长大液相烧结时的致密化和颗粒长大 在液相烧结的三个基本过程中，烧结体的致密化系数与在液相烧结的三个基本过程中，烧结体的致密化系数与烧结时间的关系如图烧结时间的关系如图4-26所示，致密化系数为：所示，致密化系数为： 影响致密化的因素有：液相数量、液相对固相的润湿性、影响致密化的因素有：液相数量、液相对固相的润湿性、各个界面的界面能、固相颗粒大小、固相与液相间的相互溶各个界面的界面能、固相颗粒大小、固相与液相间的相互溶解度以及压坯密度等。

解度以及压坯密度等175 四、烧结四、烧结 图图4-26 液相烧结致密化过程液相烧结致密化过程 图图4-27 不同成分和粒度的铁不同成分和粒度的铁-铜压坯烧结铜压坯烧结 时的收缩率与时间的关系时的收缩率与时间的关系 图图4-27为铜为铜-铁试样在铁试样在1150℃℃烧结时，收缩率与时间的烧结时，收缩率与时间的关系176 四、烧结四、烧结 在液相烧结时，固相颗粒长大一般可以通过两个过程来在液相烧结时，固相颗粒长大一般可以通过两个过程来进行细小颗粒溶解在液相中，而后通过液相扩散在粗大颗进行细小颗粒溶解在液相中，而后通过液相扩散在粗大颗粒表面上沉淀析出；通过颗粒中晶界的移动来进行颗粒的聚粒表面上沉淀析出；通过颗粒中晶界的移动来进行颗粒的聚集长大，研究通过溶解集长大，研究通过溶解-析出过程来改变颗粒的外形。

析出过程来改变颗粒的外形 液相烧结时，颗粒长大与烧结时间的关系为：液相烧结时，颗粒长大与烧结时间的关系为： 图图4-28为钨为钨-铜铜-镍合金烧结时，固相颗粒长大与烧结时镍合金烧结时，固相颗粒长大与烧结时间的关系间的关系 图图4-28 钨钨-铜铜-镍合金烧结时，粒度镍合金烧结时，粒度 与烧结时间的关系与烧结时间的关系177 四、烧结四、烧结4.2.4熔浸熔浸 将粉末压坯与液体金属接触或埋在液体金属内，让压坯将粉末压坯与液体金属接触或埋在液体金属内，让压坯的孔隙被金属液充填，冷却下来就得到致密材料或零件，这的孔隙被金属液充填，冷却下来就得到致密材料或零件，这种工艺称为熔浸或熔渗从本质上来说，它是液相烧结的一种工艺称为熔浸或熔渗从本质上来说，它是液相烧结的一种特殊情形其区别在于熔浸的致密化主要靠易熔成分从外种特殊情形其区别在于熔浸的致密化主要靠易熔成分从外面来填满压坯中的空隙，而不是靠压坯本身的收缩面来填满压坯中的空隙，而不是靠压坯本身的收缩。

熔浸必须具备的基本条件为：（熔浸必须具备的基本条件为：（1）骨架材料与熔浸金属）骨架材料与熔浸金属材料的熔点相差较大，不致造成零件变形；（材料的熔点相差较大，不致造成零件变形；（2）熔浸金属应）熔浸金属应能很好润湿骨架材料，即润湿角能很好润湿骨架材料，即润湿角 ；（；（3）骨架与熔浸）骨架与熔浸金属之间不发生互溶或溶解度不大，以避免在熔浸过程中产金属之间不发生互溶或溶解度不大，以避免在熔浸过程中产生新相而致使液相消失；（生新相而致使液相消失；（4）熔浸金属的量应以填满压坯中）熔浸金属的量应以填满压坯中的空隙为限度，过多或过少均为不利的空隙为限度，过多或过少均为不利178 四、烧结四、烧结 熔浸主要应用于生产电接触材料、机械零件以及金属陶熔浸主要应用于生产电接触材料、机械零件以及金属陶瓷材料和复合材料瓷材料和复合材料 熔浸的方式如图熔浸的方式如图4-29所示最简便的是接触法（图中所示最简便的是接触法（图中c）总的说来，熔浸法的生产效率较低总的说来，熔浸法的生产效率较低 图图4-29 熔浸方式熔浸方式179 四、烧结四、烧结5. 强化烧结强化烧结5.1活化烧结活化烧结 采用化学或物理的措施使烧结温度降低，烧结过程加快采用化学或物理的措施使烧结温度降低，烧结过程加快或使烧结体密度和其它性能得到提高的方法称为活性烧结。

或使烧结体密度和其它性能得到提高的方法称为活性烧结5.1.1预氧化烧结预氧化烧结 最简单的活化烧结方法是应用预氧化还原反应在烧结最简单的活化烧结方法是应用预氧化还原反应在烧结过程中，还原一定量的氧化物对金属的时间具有良好的作用过程中，还原一定量的氧化物对金属的时间具有良好的作用图图4-30为涡旋铁粉与还原铁粉压坯中含氧量对烧结密度变化为涡旋铁粉与还原铁粉压坯中含氧量对烧结密度变化的影响 图图4-30 压坯含氧量对铁粉烧结密度压坯含氧量对铁粉烧结密度 变化的影响，变化的影响，1200℃℃，，1h180 四、烧结四、烧结5.1.2添加少量合金元素添加少量合金元素 在压坯中添加某些少量合金元素可以促使烧结体的收缩，在压坯中添加某些少量合金元素可以促使烧结体的收缩，进而改善烧结体的性能图进而改善烧结体的性能图4-31为添加镍对钨制品烧结后密为添加镍对钨制品烧结后密度的影响度的影响 图图4-31 加镍对钨粉压坯烧结密度的影响加镍对钨粉压坯烧结密度的影响181 四、烧结四、烧结5.1.3在气氛或填料中添加活化剂在气氛或填料中添加活化剂 在烧结气氛中通入卤化物蒸气（大多数为氯化物，其次在烧结气氛中通入卤化物蒸气（大多数为氯化物，其次为氟化物），可以促进烧结过程。

特别是当制品成分中具有为氟化物），可以促进烧结过程特别是当制品成分中具有难还原的氧化物时，卤化物的加入具有特别良好的作用图难还原的氧化物时，卤化物的加入具有特别良好的作用图4-32为还原铁粉压坯时，在有、无氯化氢的气氛中烧结后的为还原铁粉压坯时，在有、无氯化氢的气氛中烧结后的力学性能但气氛的腐蚀性是这种活化烧结方法的缺点力学性能但气氛的腐蚀性是这种活化烧结方法的缺点 图图4-32 还原铁粉压坯时在有、无氯化氢还原铁粉压坯时在有、无氯化氢 的气氛中烧结的性能的气氛中烧结的性能182 四、烧结四、烧结5.2电火花烧结电火花烧结 电火花烧结也可称为电活化压力烧结，它是利用粉末间电火花烧结也可称为电活化压力烧结，它是利用粉末间火花放电所产生的高温，并且同时受外应力作用的一种特殊火花放电所产生的高温，并且同时受外应力作用的一种特殊烧结方法电火花烧结的原理如图烧结方法电火花烧结的原理如图4-33所示 图图4-33电火花烧结原理示意图电火花烧结原理示意图183 四、烧结四、烧结 电火花烧结过程如图电火花烧结过程如图4-34所示。

火花放电主要在烧结初所示火花放电主要在烧结初期发生电火花烧结的零件可接近于致密件，也可有效地控期发生电火花烧结的零件可接近于致密件，也可有效地控制孔隙度制孔隙度 图图4-34电火花烧结过程示意图电火花烧结过程示意图5.3相稳定化相稳定化 通常，烧结体的致密程度是随烧结温度下铁素体稳定化通常，烧结体的致密程度是随烧结温度下铁素体稳定化的程度提高而增加的致密化的提高可能是由于中间相界为的程度提高而增加的致密化的提高可能是由于中间相界为一个良好的空位阱之故一个良好的空位阱之故184 四、烧结四、烧结6. 全致密工艺全致密工艺6.1热压热压 所谓热压就是将粉末装在压模内，在加压的同时把粉末所谓热压就是将粉末装在压模内，在加压的同时把粉末加热到熔点以下，使之加速烧结成比较均匀致密的制品在加热到熔点以下，使之加速烧结成比较均匀致密的制品在制取难熔金属（如钨、钼、钽、铌等）或难熔化合物（如硼制取难熔金属（如钨、钼、钽、铌等）或难熔化合物（如硼化物、碳化物、氯化物、硅化物）等致密制品时，一般都可化物、碳化物、氯化物、硅化物）等致密制品时，一般都可采用热压工艺。

热压致密化理论是在粘性或塑性流动烧结机采用热压工艺热压致密化理论是在粘性或塑性流动烧结机构的基础上建立起来的如图构的基础上建立起来的如图4-35所示模型所示模型 图图4-35 塑性流动模型塑性流动模型185 四、烧结四、烧结 发生粘性或塑性流动时，压坯的致密化与时间的关系可表发生粘性或塑性流动时，压坯的致密化与时间的关系可表达为：达为： 当热压时，压坯外表面还加上一个压力当热压时，压坯外表面还加上一个压力P，代入上式简化，代入上式简化则得：则得： 表表4-4为铜粉热压时的外压、温度和相对密度的关系由为铜粉热压时的外压、温度和相对密度的关系由表可见，热压可以促进铜粉的致密化过程表可见，热压可以促进铜粉的致密化过程 表表4-4 铜粉热压时的外压、温度和相对密度的关系铜粉热压时的外压、温度和相对密度的关系 186 四、烧结四、烧结 热压是一个十分复杂的过程，不可能用一个方程式来描述热压是一个十分复杂的过程，不可能用一个方程式来描述热压的全过程。

实际上，热压到相当长的时间后，继续延长热压的全过程实际上，热压到相当长的时间后，继续延长热压时间，密度并不增加大部分的收缩是在热压时间，密度并不增加大部分的收缩是在15~20min内内完成的，以后致密化的速度显著减慢图完成的，以后致密化的速度显著减慢图4-36为碳化钽在各为碳化钽在各种温度下热压时，相对密度与时间的关系种温度下热压时，相对密度与时间的关系 图图4-36 碳化钽热压时相对密度与碳化钽热压时相对密度与 时间的关系，压力为时间的关系，压力为30MPa187 四、烧结四、烧结 热压的致密化过程大致有三个连续的阶段热压的致密化过程大致有三个连续的阶段：： （（1）快速致密化阶段）快速致密化阶段——又称微流动阶段，即在热压初又称微流动阶段，即在热压初期发生相对滑动、破碎和塑性变形，类似于冷压成形时的颗期发生相对滑动、破碎和塑性变形，类似于冷压成形时的颗粒重排此时的致密化速度较高，主要取决于粉末的粒度、粒重排。

此时的致密化速度较高，主要取决于粉末的粒度、颗粒形状和材料断裂强度与屈服强度颗粒形状和材料断裂强度与屈服强度 （（2）致密化减速阶段）致密化减速阶段——以塑性流动为主要机构，类似以塑性流动为主要机构，类似于烧结后期的闭孔收缩阶段于烧结后期的闭孔收缩阶段 （（3）趋近终极密度阶段）趋近终极密度阶段——受扩散控制的蠕变为主要机受扩散控制的蠕变为主要机构，此时的晶粒长大使致密化速度大大降低，达到终极密度构，此时的晶粒长大使致密化速度大大降低，达到终极密度后，致密化过程完全停止后，致密化过程完全停止188 四、烧结四、烧结6.2热等静压热等静压 热等静压是把粉末压坯或把装入特制容器（称粉末包套）热等静压是把粉末压坯或把装入特制容器（称粉末包套）内的粉末置于热等静压机高压容器中内的粉末置于热等静压机高压容器中 （图（图4-37），施以高温和高压，使这些粉），施以高温和高压，使这些粉 末被压制和烧结过程这是一种消除材料末被压制和烧结过程这是一种消除材料 内部残存微量孔隙和提高材料相对密度的内部残存微量孔隙和提高材料相对密度的 有效方法。

有效方法 图图4-37 热等静压制原理热等静压制原理189 四、烧结四、烧结 用热等静压法制取的材料或制品密度要比热压法高些表用热等静压法制取的材料或制品密度要比热压法高些表4-5为热等静压与热压某些材料的密度比较为热等静压与热压某些材料的密度比较 表表4-5 热等静压法与热压法的材料密度比较热等静压法与热压法的材料密度比较 由表可见，用热等静压法制取材料性能普遍高于热压制由表可见，用热等静压法制取材料性能普遍高于热压制取的材料性能取的材料性能190 四、烧结四、烧结 图图4-38为热等静压工艺流程示意图为热等静压工艺流程示意图 图图4-38 热等静压工艺流程示意图热等静压工艺流程示意图 热等静压设备系统由带加热炉体的压力容器、高压介质热等静压设备系统由带加热炉体的压力容器、高压介质输送装置和电气设备组成。

热等静压常采用惰性气体，如氦输送装置和电气设备组成热等静压常采用惰性气体，如氦气或氩气作压力介质气或氩气作压力介质191 四、烧结四、烧结6.3热挤热挤 粉末热挤压把成形、烧结和热加工处理结合在一起，从粉末热挤压把成形、烧结和热加工处理结合在一起，从而直接获得力学性能较佳的材料或制品热挤法能够准确地而直接获得力学性能较佳的材料或制品热挤法能够准确地控制材料地成分和合金内部的组织结构它可分成非包套热控制材料地成分和合金内部的组织结构它可分成非包套热挤法和包套热挤法两种形式图挤法和包套热挤法两种形式图4-39为热挤法制取烧结铝粉为热挤法制取烧结铝粉的工艺流程图图的工艺流程图图4-40是用包套来进行热挤的示意图是用包套来进行热挤的示意图 图图4-39 热挤铝粉的工艺流程热挤铝粉的工艺流程192 四、烧结四、烧结 图图4-40 粉末热挤示意图粉末热挤示意图 图图4-41是一种填充坯料挤压的工艺流程图。

这是一种可是一种填充坯料挤压的工艺流程图这是一种可以用来制取复杂断面制品的重要方法以用来制取复杂断面制品的重要方法 图图4-41 填充坯料挤压工艺流程图填充坯料挤压工艺流程图193 四、烧结四、烧结6.4热煅热煅 粉末锻造在高温下具有高的应变速率采用热煅的制品粉末锻造在高温下具有高的应变速率采用热煅的制品性能非常好，有很多优点在塑性流动中，多孔压坯的行为性能非常好，有很多优点在塑性流动中，多孔压坯的行为是粉末锻造主要注意之点图是粉末锻造主要注意之点图4-42是粉末锻造过程的示意图是粉末锻造过程的示意图 图图4-42 粉末锻造过程示意图粉末锻造过程示意图 多孔压坯的行为比铸煅件具有较高的加工硬化速率加多孔压坯的行为比铸煅件具有较高的加工硬化速率加工硬化指数工硬化指数m在真实的应力在真实的应力-应变图中规定为：应变图中规定为：194 四、烧结四、烧结 指数指数m是随孔隙度的增加而增大的（图是随孔隙度的增加而增大的（图4-43）。

对于完）对于完全致密的铁制品，其加工硬化指数接近于全致密的铁制品，其加工硬化指数接近于0.31 图图4-43具有不同起始孔隙度的多孔铁的压缩变形具有不同起始孔隙度的多孔铁的压缩变形 在粉末锻造时，密度，加工硬化的速率和泊松比是随形在粉末锻造时，密度，加工硬化的速率和泊松比是随形变程度而变化的粉末锻造是在单轴压制时致密化和流动的变程度而变化的粉末锻造是在单轴压制时致密化和流动的结合体195 四、烧结四、烧结6.5喷雾沉积喷雾沉积 喷雾沉积工艺是通过雾化的喷雾沉积工艺是通过雾化的 方法将液体金属直接转化为具有方法将液体金属直接转化为具有 一定形状的预成形坯，然后再利一定形状的预成形坯，然后再利 用雾化粉末的余热或补充加热之用雾化粉末的余热或补充加热之 后进行直接锻造（图后进行直接锻造（图4-44） 图图4-44 喷雾锻造示意图喷雾锻造示意图196 四、烧结四、烧结6.6大气压固结大气压固结 大气压固结法是将粉末密封在玻璃中，除气，然后在大大气压固结法是将粉末密封在玻璃中，除气，然后在大气压力下进行真空烧结。

图气压力下进行真空烧结图4-45为大气压固结的示意图在为大气压固结的示意图在大气压固结法中，选择装填粉末的玻璃是很重要的大气压固结法中，选择装填粉末的玻璃是很重要的 图图4-45 大气压固结法示意图大气压固结法示意图197 四、烧结四、烧结7. 烧结气氛和烧结炉烧结气氛和烧结炉7.1烧结气氛烧结气氛 烧结气氛对于保证烧结的顺利进行和产品的质量十分重烧结气氛对于保证烧结的顺利进行和产品的质量十分重要目前，工业用烧结气氛主要是氢气、离解氨气体、吸热要目前，工业用烧结气氛主要是氢气、离解氨气体、吸热或放热型气体和真空，氮气也日益得到应用，是一种廉价而或放热型气体和真空，氮气也日益得到应用，是一种廉价而安全的气体表安全的气体表4-6为粉末冶金工业常用的一些烧结气氛为粉末冶金工业常用的一些烧结气氛 表表4-6 粉末冶金工业所用烧结气氛举例粉末冶金工业所用烧结气氛举例198 四、烧结四、烧结7.1.1还原性气氛还原性气氛 烧结时常采用含有氢、一氧化碳成分的还原性或保护性烧结时常采用含有氢、一氧化碳成分的还原性或保护性气体，它们对大多数金属在高温下均具有还原性。

对于活性气体，它们对大多数金属在高温下均具有还原性对于活性高的，气氛中有极微量的氧或水都是不允许的要用经过严高的，气氛中有极微量的氧或水都是不允许的要用经过严格脱水和纯净化过的净纯氢气，最高采用真空或惰性气体格脱水和纯净化过的净纯氢气，最高采用真空或惰性气体图图4-46为金属氧化物的还原平衡温度与露点的关系有图可为金属氧化物的还原平衡温度与露点的关系有图可见，烧结温度愈低，要求氢气的露点也愈低见，烧结温度愈低，要求氢气的露点也愈低 图图4-46 金属氧化物的还原平衡温度与露点的关系金属氧化物的还原平衡温度与露点的关系199 四、烧结四、烧结7.1.2可控碳势气氛可控碳势气氛 粉末冶金碳钢或合金钢的碳含量对其力学性能的影响粉末冶金碳钢或合金钢的碳含量对其力学性能的影响很大要控制烧结体中的碳含量就需要控制好烧结气氛中很大要控制烧结体中的碳含量就需要控制好烧结气氛中的碳势烧结气氛相当于钢中碳的成分可能有三种情况：的碳势烧结气氛相当于钢中碳的成分可能有三种情况：渗碳、脱碳和中性控制气氛的碳势就是要在一定温度下渗碳、脱碳和中性。

控制气氛的碳势就是要在一定温度下维持气体成分的一定比例图维持气体成分的一定比例图4-47 为甲烷转化气的类型及组为甲烷转化气的类型及组 成 图图4-47 甲烷转化气的类型及组成甲烷转化气的类型及组成200 四、烧结四、烧结 实际生产中常用的烧结气氛列于表实际生产中常用的烧结气氛列于表4-7 表表4-7 常用烧结气氛的成分常用烧结气氛的成分201 四、烧结四、烧结7.1.3真空烧结真空烧结 真空烧结主要用于活真空度性金属和难熔金属以及硬质真空烧结主要用于活真空度性金属和难熔金属以及硬质合金、磁性材料和不锈钢等的烧结真空烧结实际上是低压合金、磁性材料和不锈钢等的烧结。

真空烧结实际上是低压（减压）烧结真空度愈高，愈接近中性气氛，愈与材料不（减压）烧结真空度愈高，愈接近中性气氛，愈与材料不发生任何化学反应发生任何化学反应 真空烧结的优点是真空烧结的优点是：（：（1）减少气氛中的有害成分（水、）减少气氛中的有害成分（水、氧、氮等）对产品的玷污；（氧、氮等）对产品的玷污；（2）真空是理想的惰性气氛，当）真空是理想的惰性气氛，当不宜用其它还原性或惰性气体时，或者对容易出现脱碳、渗不宜用其它还原性或惰性气体时，或者对容易出现脱碳、渗碳的材料，均可采用真空烧结；（碳的材料，均可采用真空烧结；（3）真空可改善液相烧结的）真空可改善液相烧结的润湿性，有利于烧结过程中的收缩和改善合金的组织结构；润湿性，有利于烧结过程中的收缩和改善合金的组织结构；（（4）真空有利于硅、铝、镁、钙等杂质或其氧化物的排除，）真空有利于硅、铝、镁、钙等杂质或其氧化物的排除，起到提纯材料的作用；（起到提纯材料的作用；（5）真空有利于排除吸附气体，对促）真空有利于排除吸附气体，对促进烧结后期的收缩作用明显进烧结后期的收缩作用明显202 四、烧结四、烧结7.1.4烧结填料烧结填料 使用烧结填料可使烧结体加热更加均匀并能够防止烧结使用烧结填料可使烧结体加热更加均匀并能够防止烧结体之间的粘连。

烧结填料要采用经过煅烧的氧化铝、氧化镁、体之间的粘连烧结填料要采用经过煅烧的氧化铝、氧化镁、石墨颗粒以及不与烧结体相互作用的材料石墨颗粒以及不与烧结体相互作用的材料7.2烧结炉烧结炉 根据粉末压坯进行烧结的要求和烧结炉的工作原理，可根据粉末压坯进行烧结的要求和烧结炉的工作原理，可以把烧结炉分为间隙式烧结炉和连续式烧结炉两大类以把烧结炉分为间隙式烧结炉和连续式烧结炉两大类 连续烧结炉比间隙式炉具有更高的生产率在连续烧结连续烧结炉比间隙式炉具有更高的生产率在连续烧结炉中，烧结件送入烧结炉中后的进行顺序如图炉中，烧结件送入烧结炉中后的进行顺序如图4-48所示203 四、烧结四、烧结 烧结炉中采用的加热元件应根据炉子的工作温度来选择烧结炉中采用的加热元件应根据炉子的工作温度来选择烧结不同的粉末冶金材料和制品需要采用不同的烧结温度烧结不同的粉末冶金材料和制品需要采用不同的烧结温度 图图4-48 在烧结炉中进行的顺序在烧结炉中进行的顺序204 四、烧结四、烧结8. 烧结体的性能烧结体的性能 烧结的目的是要使压坯具有所要求的力学性能和物理性烧结的目的是要使压坯具有所要求的力学性能和物理性能。

影响烧结体性能的因素很多，主要是粉末的性状、成形能影响烧结体性能的因素很多，主要是粉末的性状、成形的条件和烧结的条件的条件和烧结的条件 属于粉末性状的因素包括粉末的粒度和粒度组成、颗粒属于粉末性状的因素包括粉末的粒度和粒度组成、颗粒形状、颗粒内的孔隙、松装密度、压缩比、流动性、纯度、形状、颗粒内的孔隙、松装密度、压缩比、流动性、纯度、夹杂物的分布状态以及加工硬化程度等属于成形条件的因夹杂物的分布状态以及加工硬化程度等属于成形条件的因素包括成形压力、加压速度、压坯形状、压模的设计和精度、素包括成形压力、加压速度、压坯形状、压模的设计和精度、压制方法、粉末和压模的润滑状况等属于烧结条件的因素压制方法、粉末和压模的润滑状况等属于烧结条件的因素包括加热速度、烧结温度、烧结时间、冷却速度、烧结气氛包括加热速度、烧结温度、烧结时间、冷却速度、烧结气氛以及烧结加压状况等等以及烧结加压状况等等205 四、烧结四、烧结8.1烧结过程中烧结体性能的变化烧结过程中烧结体性能的变化8.1.1对力学性能的影响对力学性能的影响 使用烧结在烧结温度降低或烧结初期，烧结体的强度大使用烧结在烧结温度降低或烧结初期，烧结体的强度大体上与密度成正比例地增加（图体上与密度成正比例地增加（图4-49）。

进一步提高烧结温）进一步提高烧结温度，致密化过程减慢，密度也不如烧结初期那样显著增加度，致密化过程减慢，密度也不如烧结初期那样显著增加烧结温度的升高，孔隙会逐渐球化，烧结体的强度进一步提烧结温度的升高，孔隙会逐渐球化，烧结体的强度进一步提高但烧结温度过高时，烧结体的强度有所降低但烧结温度过高时，烧结体的强度有所降低 烧结体的延伸率随强度的烧结体的延伸率随强度的 提高而增加提高而增加 图图4-48 烧结温度与烧结体性能的关系烧结温度与烧结体性能的关系206 四、烧结四、烧结 硬度也是材质的一项重要指标易塑性变形的金属，其硬度也是材质的一项重要指标易塑性变形的金属，其烧结体的硬度与烧结温度的关系如图烧结体的硬度与烧结温度的关系如图4-50所示 要使烧结材料得到较高的抗拉强度、延伸率、冲击韧性要使烧结材料得到较高的抗拉强度、延伸率、冲击韧性和硬度等力学性能通常采用三种方法，即提高烧结密度、增和硬度等力学性能通常采用三种方法，即提高烧结密度、增加基体金属的强度和延性以及提高残余孔隙的球化程度。

加基体金属的强度和延性以及提高残余孔隙的球化程度 图图4-50 金属粉末烧结体的硬度与烧结温度的关系金属粉末烧结体的硬度与烧结温度的关系207 四、烧结四、烧结8.1.2对物理性能的影响对物理性能的影响 烧结体主要的物理性能与烧结体的组织结构，特别是孔烧结体主要的物理性能与烧结体的组织结构，特别是孔隙和晶粒大小有关图隙和晶粒大小有关图4-51为几种金属的导电性与烧结体密为几种金属的导电性与烧结体密度的关系有图可知，压坯的导电性是随烧结温度的提高而度的关系有图可知，压坯的导电性是随烧结温度的提高而增大的烧结体的密度低于某一数值时，传导性为零烧结体的密度低于某一数值时，传导性为零 图图4-51 铜、镍、青铜（铜、镍、青铜（89％铜％铜-11％镍）烧结体％镍）烧结体 的导电性与烧结体密度的关系的导电性与烧结体密度的关系208 四、烧结四、烧结 在烧结过程中，烧结体的电阻率是变化最敏感的性能，它在烧结过程中，烧结体的电阻率是变化最敏感的性能，它随粉末颗粒内部微细结构的变化，和随颗粒间的接触点或面随粉末颗粒内部微细结构的变化，和随颗粒间的接触点或面的微细结构的变化而变化。

图的微细结构的变化而变化图4-52为电解铜粉压坯在氢气、为电解铜粉压坯在氢气、真空中烧结时，其电阻率的变化与温度的关系有图可见，真空中烧结时，其电阻率的变化与温度的关系有图可见，电阻率的变化因烧结气氛的不同而显著不同电阻率的变化因烧结气氛的不同而显著不同 图图4-52 电解铜粉在各种气氛中均匀加热时电解铜粉在各种气氛中均匀加热时 电阻率的变化与温度的关系电阻率的变化与温度的关系209 四、烧结四、烧结8.2孔隙度对烧结性能的影响孔隙度对烧结性能的影响8.2.1对力学性能的影响对力学性能的影响 根据孔隙对材料断裂影响机理的不同，可将粉末冶金材根据孔隙对材料断裂影响机理的不同，可将粉末冶金材料分为两大类：一是具有高密度和脆性的致密（低孔）材料料分为两大类：一是具有高密度和脆性的致密（低孔）材料与多孔材料，如硬质合金、淬火的粉末钢等；二是具有一定与多孔材料，如硬质合金、淬火的粉末钢等；二是具有一定塑性的，由塑性金属制成的致密（低孔）材料与多孔材料，塑性的，由塑性金属制成的致密（低孔）材料与多孔材料，如烧结金属、多孔金属等。

在脆性粉末冶金材料中，孔隙引如烧结金属、多孔金属等在脆性粉末冶金材料中，孔隙引起强烈的应力集中，使材料在较低的名义应力下断裂而具起强烈的应力集中，使材料在较低的名义应力下断裂而具有一定塑性的粉末冶金材料，孔隙并不引起相当大的应力集有一定塑性的粉末冶金材料，孔隙并不引起相当大的应力集中，孔隙主要是削弱了材料承载的有效截面，应力沿材料显中，孔隙主要是削弱了材料承载的有效截面，应力沿材料显微条件不均匀分布并随着材料孔隙度的增加，材料的塑性微条件不均匀分布并随着材料孔隙度的增加，材料的塑性降低210 四、烧结四、烧结 粉末冶金脆性材料断裂，也可认为是裂纹的形成与扩展的粉末冶金脆性材料断裂，也可认为是裂纹的形成与扩展的过程因此，孔隙和裂纹在粉末冶金脆性材料中成为应力集过程因此，孔隙和裂纹在粉末冶金脆性材料中成为应力集中的断裂源中的断裂源 烧结铁的断裂机理研究表明：烧结材料的断裂，在很大烧结铁的断裂机理研究表明：烧结材料的断裂，在很大程度上取决于孔隙度以及与孔隙有关的几何、物理参数程度上取决于孔隙度以及与孔隙有关的几何、物理参数 A 断裂韧性断裂韧性 对具有中心缺口的薄板试样，断裂过程一般包括三个阶对具有中心缺口的薄板试样，断裂过程一般包括三个阶段：裂纹开始增长、裂纹慢增长时期以及灾难性的裂纹传播，段：裂纹开始增长、裂纹慢增长时期以及灾难性的裂纹传播，导致完全断裂。

在第三阶段中，裂纹迅速扩展的临界条件，导致完全断裂在第三阶段中，裂纹迅速扩展的临界条件，也就是材料的断裂条件实验表明，断裂韧性与所制材料的也就是材料的断裂条件实验表明，断裂韧性与所制材料的密度有关，随孔隙度减少，断裂韧性增加密度有关，随孔隙度减少，断裂韧性增加211 四、烧结四、烧结 B 静态强度静态强度 静态强度包括抗拉、抗弯和抗压强度它们不仅与孔隙静态强度包括抗拉、抗弯和抗压强度它们不仅与孔隙度有关，而且还与孔隙的形状、分布和大小有关粉末冶金度有关，而且还与孔隙的形状、分布和大小有关粉末冶金材料的静态强度与孔隙度的关系可用下式表示：材料的静态强度与孔隙度的关系可用下式表示： 图图4-53为孔隙度和烧结温度对还原铁粉试样的抗拉强度为孔隙度和烧结温度对还原铁粉试样的抗拉强度的影响烧结温度从的影响烧结温度从1000℃℃提高到提高到1300℃℃时，由于形成形时，由于形成形状较为完整的孔隙，使得性能得到改善不同方法制取的粉状较为完整的孔隙，使得性能得到改善不同方法制取的粉末，虽然性能变化的规律是相同的，但强度与密度关系的斜末，虽然性能变化的规律是相同的，但强度与密度关系的斜率是不同的（图率是不同的（图4-54）。

粉末粒度对烧结试样的强度也有影）粉末粒度对烧结试样的强度也有影响图4-55为烧结铜粉试样的抗拉强度与粉末粒度的关系为烧结铜粉试样的抗拉强度与粉末粒度的关系 在很大程度上，硬质合金的抗弯强度取决于孔隙多孔在很大程度上，硬质合金的抗弯强度取决于孔隙多孔体是依靠外压缩力的作用来提高其密度的抗压强度与孔隙体是依靠外压缩力的作用来提高其密度的抗压强度与孔隙度的关系在一定条件下呈线性关系度的关系在一定条件下呈线性关系212 四、烧结四、烧结 图图4-53 在不同温度下烧结，铁粉试样在不同温度下烧结，铁粉试样 的孔隙度对抗拉强度的影响的孔隙度对抗拉强度的影响 图图4-54 抗拉强度与烧结铁密度之间的关系抗拉强度与烧结铁密度之间的关系 图图4-55 烧结铜粉试样的抗拉强度与平均粒度的关系烧结铜粉试样的抗拉强度与平均粒度的关系213 四、烧结四、烧结 C 塑性塑性 塑性包括延伸率和断面收缩率。

粉末冶金材料由于有孔塑性包括延伸率和断面收缩率粉末冶金材料由于有孔 隙存在，有利于裂纹的形成和扩展，因而表现出低的拉伸塑隙存在，有利于裂纹的形成和扩展，因而表现出低的拉伸塑 性和高的脆性如图性和高的脆性如图4-56所示，延伸率对孔隙形状敏感，所示，延伸率对孔隙形状敏感， 对一定的孔隙度来说，较大的孔隙表现对一定的孔隙度来说，较大的孔隙表现 出相对较好的塑性烧结铁的延伸率和出相对较好的塑性烧结铁的延伸率和 孔隙度之间的经验公式为：孔隙度之间的经验公式为： 采用复压复烧的工艺，可以提高延采用复压复烧的工艺，可以提高延 伸率，从而使得对孔隙结构敏感的延伸伸率，从而使得对孔隙结构敏感的延伸 率得到改善率得到改善 图图4-56 烧结铁的延伸率与密度的关系烧结铁的延伸率与密度的关系214 四、烧结四、烧结 D 动态性能动态性能 动态性能包括冲击韧性和疲劳强度，它们强烈地依赖于动态性能包括冲击韧性和疲劳强度，它们强烈地依赖于材料的塑性，从而也象塑性一样强烈地依赖于孔隙度。

如图材料的塑性，从而也象塑性一样强烈地依赖于孔隙度如图4-57所示，粉末冶金材料的冲击韧性与密度的关系服从于指所示，粉末冶金材料的冲击韧性与密度的关系服从于指数函数关系孔隙度为数函数关系孔隙度为15％％~20％％ 粉末冶金材料，其冲击韧性是很低的粉末冶金材料，其冲击韧性是很低的 在粉末烧结材料的疲劳试验中，在粉末烧结材料的疲劳试验中， 首先从带锐角的孔隙开始产生微裂纹首先从带锐角的孔隙开始产生微裂纹 当疲劳断裂扩展时，这些裂纹便相互当疲劳断裂扩展时，这些裂纹便相互 连接起来，向变粗的主裂纹发展孔连接起来，向变粗的主裂纹发展孔 隙起了断裂源的作用隙起了断裂源的作用 图图4-57 烧结镍钢的冲击韧性与密度的关系烧结镍钢的冲击韧性与密度的关系215 四、烧结四、烧结 E 硬度硬度 硬度对孔隙形状不敏感，主要取决于材料的孔隙度。

宏硬度对孔隙形状不敏感，主要取决于材料的孔隙度宏观硬度随孔隙度的增高而降低，测定硬度时不能反映多孔金观硬度随孔隙度的增高而降低，测定硬度时不能反映多孔金属基体的真实硬度可用显微硬度来测定属基体的真实硬度可用显微硬度来测定 F 弹性模量弹性模量 弹性模量表征着晶格点阵中原子间的结合强度，是应力弹性模量表征着晶格点阵中原子间的结合强度，是应力-应变曲线在弹性范围内直线段的斜率如图应变曲线在弹性范围内直线段的斜率如图4-58所示，烧结所示，烧结多孔铁的比例极限是很低的，其弹性模量多孔铁的比例极限是很低的，其弹性模量 随孔隙度的增高而降低在给定的应力下，随孔隙度的增高而降低在给定的应力下， 弹性模量的降低意味着较大的弹性应变弹性模量的降低意味着较大的弹性应变 图图4-58 致密钢、铜和烧结铁的拉伸图开始部分致密钢、铜和烧结铁的拉伸图开始部分216 四、烧结四、烧结8.2.2对物理性能的影响对物理性能的影响 电导率、热导率、磁导率和电容率等都属于传导性。

对电导率、热导率、磁导率和电容率等都属于传导性对于多相系统的传导性于多相系统的传导性 ，若把孔隙当作孤立夹杂物，即孔隙，若把孔隙当作孤立夹杂物，即孔隙的传导性为零，可以得到：的传导性为零，可以得到： 图图4-59烧结铁和烧结铜的电导率与孔隙度的关系孔隙烧结铁和烧结铜的电导率与孔隙度的关系孔隙形状对磁导率和电容率的影响很大孔隙形状愈接近于球形，形状对磁导率和电容率的影响很大孔隙形状愈接近于球形，在颗粒表面凹凸部分的退磁场影响就愈小；从而降低了最大在颗粒表面凹凸部分的退磁场影响就愈小；从而降低了最大磁导率 图图4-59 烧结体电导率与孔隙度的关系烧结体电导率与孔隙度的关系217 四、烧结四、烧结8.2.3对工艺性能的影响对工艺性能的影响 在烧结后处理的各种加热过程中，会发生再结晶和晶粒在烧结后处理的各种加热过程中，会发生再结晶和晶粒长大再结晶和晶粒长大会受烧结体内存在的孔隙和第二相长大再结晶和晶粒长大会受烧结体内存在的孔隙和第二相（如夹杂物等）以及晶界的影响。

如夹杂物等）以及晶界的影响 由于粉末冶金材料的晶粒可以满足超细化、等轴化和稳由于粉末冶金材料的晶粒可以满足超细化、等轴化和稳定化的要求，所以有可能在一定应变速率和温度下产生超塑定化的要求，所以有可能在一定应变速率和温度下产生超塑性，从而大大改善材质的热加工性能，使难于变形的材料具性，从而大大改善材质的热加工性能，使难于变形的材料具有良好的压力加工性能有良好的压力加工性能 精整压力与制品的孔隙度和合金的组织结构有关随孔精整压力与制品的孔隙度和合金的组织结构有关随孔隙度的增加，精整压力显著降低由于孔隙的存在，对烧结隙度的增加，精整压力显著降低由于孔隙的存在，对烧结体的导热性、淬透性的影响很大对烧结钢的渗碳、碳氮共体的导热性、淬透性的影响很大对烧结钢的渗碳、碳氮共渗等热处理也有影响对烧结零件的电镀工艺和效果影响很渗等热处理也有影响对烧结零件的电镀工艺和效果影响很大218 四、烧结四、烧结8.3孔隙度、孔径和渗透性的测定孔隙度、孔径和渗透性的测定 粉末冶金制品中的孔隙度可以用静水称量法来测定应粉末冶金制品中的孔隙度可以用静水称量法来测定。

应用静水称量法时，试样的密度和孔隙度可用下式计算：用静水称量法时，试样的密度和孔隙度可用下式计算： 测定开孔隙度、总孔隙度和闭孔隙度的公式如下：测定开孔隙度、总孔隙度和闭孔隙度的公式如下： 图图4-60是烧结铁中，开孔隙度、是烧结铁中，开孔隙度、 闭孔隙度的含量与总孔隙度的关系闭孔隙度的含量与总孔隙度的关系 图图4-60 在不同温度下烧结时，铁粉压坯中的开孔隙度和闭孔隙度的数量在不同温度下烧结时，铁粉压坯中的开孔隙度和闭孔隙度的数量219 四、烧结四、烧结 目前测定孔径及其分布的方法很多，主要有汞压入法、气目前测定孔径及其分布的方法很多，主要有汞压入法、气泡法、离心力法、悬浊液过滤法、透过法、气体吸附法、泡法、离心力法、悬浊液过滤法、透过法、气体吸附法、X线小角度散射法以及显微镜分析法等其中使用较多的是汞线小角度散射法以及显微镜分析法等其中使用较多的是汞压入法用汞压入法可以测定的半径范围为压入法用汞压入法可以测定的半径范围为 气泡法适用于估计直径在气泡法适用于估计直径在 范围内的孔隙。

悬浊液过范围内的孔隙悬浊液过滤法是一种模拟过滤过程的方法，用此法可以预计多孔材料滤法是一种模拟过滤过程的方法，用此法可以预计多孔材料对悬浊液的净化效果透过法可以测量压对悬浊液的净化效果透过法可以测量压 力达力达 时的渗透性图时的渗透性图4-61是测得是测得 的渗透系数与试样开孔隙数量的关系的渗透系数与试样开孔隙数量的关系 图图4-61渗透系数与开孔隙数量的关系渗透系数与开孔隙数量的关系220 四、烧结四、烧结8.4烧结废品烧结废品 烧结中的废品根据产生的原因可分为三类烧结中的废品根据产生的原因可分为三类：（：（1）破坏了）破坏了规定的加热规程（烧结温度过高或过低，烧结时间过长或过规定的加热规程（烧结温度过高或过低，烧结时间过长或过短）；（短）；（2）破坏了烧结气氛（烧结气氛中存在氧或水蒸气，）破坏了烧结气氛（烧结气氛中存在氧或水蒸气，存在能与烧结体相互作用的气体）；（存在能与烧结体相互作用的气体）；（3）与压制成形过程有）与压制成形过程有关（采用了不合格的粉末，混料不均匀，压坯中存在较高的关（采用了不合格的粉末，混料不均匀，压坯中存在较高的应力，压模结构不正确等等）而造成的烧结废品。

应力，压模结构不正确等等）而造成的烧结废品221 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品1. 金属粉末的直接应用金属粉末的直接应用1.1食品添加用粉末食品添加用粉末 用作食品的添加元素铁粉可以采用还原铁粉、电解铁粉用作食品的添加元素铁粉可以采用还原铁粉、电解铁粉和羰基铁粉在美国用于食品的元素铁粉每年达和羰基铁粉在美国用于食品的元素铁粉每年达450t1.2颜料、油墨和复印用粉末颜料、油墨和复印用粉末 片状金属颜料的生产起源于生产金箔的方法，现今金属片状金属颜料的生产起源于生产金箔的方法，现今金属颜料都用机械法生产片状不锈钢粉末颜料可应用于受强腐颜料都用机械法生产片状不锈钢粉末颜料可应用于受强腐蚀气氛作用的涂层，以改善外观铝粉颜料和金色青铜粉都蚀气氛作用的涂层，以改善外观铝粉颜料和金色青铜粉都可作为印刷用的油墨颜料复印机采用球形铁氧体粉末是载可作为印刷用的油墨颜料复印机采用球形铁氧体粉末是载体颗粒工艺领域中的一项重要进展体颗粒工艺领域中的一项重要进展1.3燃料、烟火和炸药用金属粉末燃料、烟火和炸药用金属粉末 金属粉末可用作为固体推进器的燃料、烟火以及炸药等，金属粉末可用作为固体推进器的燃料、烟火以及炸药等，应用最广的是铝粉，在烟火中还使用镁、锆、钛、钨、锰、应用最广的是铝粉，在烟火中还使用镁、锆、钛、钨、锰、铍和铈等粉末。

铍和铈等粉末222 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品1.4磁性粉末探伤磁性粉末探伤 磁性粉末探伤是一种无损检测方法，此法能显示位于金磁性粉末探伤是一种无损检测方法，此法能显示位于金属表面或表面附近的缺陷材料或零件被磁化时，通常在横属表面或表面附近的缺陷材料或零件被磁化时，通常在横过磁场方向的方向，磁场的不连续性会使零件表面与其上部过磁场方向的方向，磁场的不连续性会使零件表面与其上部形成一漏磁场用撒在表面的细的铁磁性粉末便可显示出这形成一漏磁场用撒在表面的细的铁磁性粉末便可显示出这种漏磁场，从而可以显示出缺陷图种漏磁场，从而可以显示出缺陷图5-1是磁性粉末探伤的是磁性粉末探伤的典型应用示意图典型应用示意图 图图5-1 用磁粉显示断裂处的空气间隙用磁粉显示断裂处的空气间隙223 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品1.5焊药、表面涂层用粉末焊药、表面涂层用粉末 金属粉末可以用作焊条、焊剂中的合金材料成分，用作金属粉末可以用作焊条、焊剂中的合金材料成分，用作表面硬化的涂层材料，还可以在钎焊中作为填充金属。

选择表面硬化的涂层材料，还可以在钎焊中作为填充金属选择焊条药皮用的金属粉末，一般都采用还原铁粉和水雾化铁粉焊条药皮用的金属粉末，一般都采用还原铁粉和水雾化铁粉用作表面硬化的粉末要有一定的粒度要求，图用作表面硬化的粉末要有一定的粒度要求，图5-2是各种表是各种表面硬化方法所用粉末的粒度范围面硬化方法所用粉末的粒度范围 表面硬化粉末的化学组成对沉积金属表面硬化粉末的化学组成对沉积金属 的性能影响很大的性能影响很大 在钎焊技术中，广泛应用金属粉末在钎焊技术中，广泛应用金属粉末 作为填充金属作为填充金属1.6粉末的其它应用粉末的其它应用 图图5-2 各种表面硬化方法所用粉末的粒度范围各种表面硬化方法所用粉末的粒度范围224 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品2. 粉末冶金机械零件粉末冶金机械零件2.1烧结铁基机械零件烧结铁基机械零件 烧结铁基机械零件主要用作为中等以上负荷的零部件。

烧结铁基机械零件主要用作为中等以上负荷的零部件与铁基含油承轴相比，烧结铁基机械零件具有高的密度（孔与铁基含油承轴相比，烧结铁基机械零件具有高的密度（孔隙度低于隙度低于10％％或密度高于或密度高于7.0~7.6g/cm³）、高的强度（抗）、高的强度（抗拉强度在拉强度在350~1100MPa），并能保证一定的尺寸精度烧），并能保证一定的尺寸精度烧结铁基机械零件所达到的尺寸精度列于表结铁基机械零件所达到的尺寸精度列于表5-1；按强度可分；按强度可分为四类（为四类（表表5-2） 表表5-1 ￿ ￿ 精整后铁基制品精度（指简单形状零件）精整后铁基制品精度（指简单形状零件）225五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品226五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品227 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品228五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品229 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 表表5-2￿ ￿ 铁基结构材料分类表铁基结构材料分类表 粉末冶金机械零件的塑性和韧性达不到铸煅钢件的水平。

粉末冶金机械零件的塑性和韧性达不到铸煅钢件的水平因此不适于制造承受剧烈弯曲或延伸的零部件但由于其小因此不适于制造承受剧烈弯曲或延伸的零部件但由于其小能量多次冲击的性能较好，并能达到一定的强度，因此可适能量多次冲击的性能较好，并能达到一定的强度，因此可适应某些齿轮等零部件的工作要求应某些齿轮等零部件的工作要求 制造粉末冶金机械零件的工艺如制造粉末冶金机械零件的工艺如图图5-3制造工艺的多制造工艺的多样性是为了符合对粉末冶金机械零件性能的要求提高粉末样性是为了符合对粉末冶金机械零件性能的要求提高粉末冶金零件性能的重要途径是提高相对密度，降低孔隙度冶金零件性能的重要途径是提高相对密度，降低孔隙度230 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 图图5-3 烧结机械零件制造工艺烧结机械零件制造工艺 表表5-3是烧结铁复压复烧后的性能由表可见，复压复烧是烧结铁复压复烧后的性能由表可见，复压复烧后，烧结铁基零件的韧性大有改善，这是孔隙仍有后，烧结铁基零件的韧性大有改善，这是孔隙仍有10％％左右，左右，与理论密度相差较大。

与理论密度相差较大 表表5-3 烧结铁复压复烧后性能的变化烧结铁复压复烧后性能的变化231 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 在烧结铁基制品中，常采用合金元素来强化材质的性能在烧结铁基制品中，常采用合金元素来强化材质的性能常用的强化合金元素有磷、铜、锰、硅、镍、钼等合金元常用的强化合金元素有磷、铜、锰、硅、镍、钼等合金元素在烧结铁基材料中的主要作用为：影响铁素在烧结铁基材料中的主要作用为：影响铁-碳平衡相图，从碳平衡相图，从而影响铁基结构材料的组织结构和热处理条件；生成不同的而影响铁基结构材料的组织结构和热处理条件；生成不同的合金相，产生固溶强化作用或弥散强化效果；烧结时形成液合金相，产生固溶强化作用或弥散强化效果；烧结时形成液相，促进烧结的致密化和活化烧结过程按合金元素的不同，相，促进烧结的致密化和活化烧结过程按合金元素的不同，烧结铁基材料可以分为烧结碳素钢、烧结铁烧结铁基材料可以分为烧结碳素钢、烧结铁-铜基合金以及烧铜基合金以及烧结合金钢三大类结合金钢三大类。

粉末冶金铁基零件可以通过热处理、化学热处理、机械粉末冶金铁基零件可以通过热处理、化学热处理、机械热处理等手段来进一步提高其力学性能和物理性能由于粉热处理等手段来进一步提高其力学性能和物理性能由于粉末冶金铁基零件存在孔隙，导热性差，在热处理时应按照一末冶金铁基零件存在孔隙，导热性差，在热处理时应按照一定的工艺特点来选择工艺参数此外，还可采用熔浸法，热定的工艺特点来选择工艺参数此外，还可采用熔浸法，热煅等工艺来提高烧结铁基零件的性能煅等工艺来提高烧结铁基零件的性能232 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品2.2粉末冶金不锈钢粉末冶金不锈钢 不锈钢的价格通常都远高于钢铁，但由于不锈钢具有耐不锈钢的价格通常都远高于钢铁，但由于不锈钢具有耐腐蚀性、抗氧化性、外观好、耐磨、力学性能好，某些还具腐蚀性、抗氧化性、外观好、耐磨、力学性能好，某些还具有淬硬性和非磁性，因此不锈钢获得广泛采用粉末冶金不有淬硬性和非磁性，因此不锈钢获得广泛采用粉末冶金不锈钢零件是粉末冶金技术中的一个重要的正在发展的领域锈钢零件是粉末冶金技术中的一个重要的正在发展的领域。

工业用的压制级的不锈钢粉末都是用雾化法生产的工业用的压制级的不锈钢粉末都是用雾化法生产的 不锈钢粉末由于高度合金化，其硬度较铁或铜等金属为不锈钢粉末由于高度合金化，其硬度较铁或铜等金属为高，因此在压制时可以采用硬质合金模具烧结是不锈钢粉高，因此在压制时可以采用硬质合金模具烧结是不锈钢粉末冶金零件最重要的工序由于碳能降低不锈钢的耐蚀性，末冶金零件最重要的工序由于碳能降低不锈钢的耐蚀性，因此在烧结过程中必须注意到碳的因素工业上常用的烧结因此在烧结过程中必须注意到碳的因素工业上常用的烧结气氛是离解氨另外，进行真空烧结也是很好的一种烧结方气氛是离解氨另外，进行真空烧结也是很好的一种烧结方法233 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品2.3烧结有色金属机械零件烧结有色金属机械零件2.3.1烧结铜和铜合金烧结铜和铜合金 烧结有色金属材料应用较多的是烧结铜及其合金常用烧结有色金属材料应用较多的是烧结铜及其合金常用的烧结铜基合金有青铜（铜的烧结铜基合金有青铜（铜-锡）和黄铜（铜锡）和黄铜（铜-锌）以及铜锌）以及铜-镍镍-锌、铜锌、铜-镍、铜镍、铜-铝等合金系。

铜基材料具有耐腐蚀的特点，铝等合金系铜基材料具有耐腐蚀的特点，有一定的强度和韧性，较容易进行机械加工烧结铜基合金有一定的强度和韧性，较容易进行机械加工烧结铜基合金零件采用一般的压制、烧结法零件采用一般的压制、烧结法 烧结铜基合金多用来制造含油轴承、摩擦材料、电器接烧结铜基合金多用来制造含油轴承、摩擦材料、电器接点材料、过滤材料以及发汗材料的渗透金属此外，也可用点材料、过滤材料以及发汗材料的渗透金属此外，也可用来制造小型齿轮、凸轮、垫圈、螺母等高密度烧结铜基机械来制造小型齿轮、凸轮、垫圈、螺母等高密度烧结铜基机械零件 粉末冶金铜基材料的性能列于表粉末冶金铜基材料的性能列于表5-4234 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 表表5-4 粉末冶金铜基材料的性能粉末冶金铜基材料的性能2.3.2烧结铝和铝合金烧结铝和铝合金 几乎所有粉末冶金生产工艺均可用来生产烧结铝基材料。

几乎所有粉末冶金生产工艺均可用来生产烧结铝基材料成形工艺可用模压、等静压、轧制和挤压等烧结可以在低成形工艺可用模压、等静压、轧制和挤压等烧结可以在低露点露点（－（－40℃℃）的惰性或还原性气氛中进行，也可用真空烧）的惰性或还原性气氛中进行，也可用真空烧结为进一步提高烧结体的密度和强度，可以采用复压、冷结为进一步提高烧结体的密度和强度，可以采用复压、冷凝或热煅等工艺烧结铝材料可以进行热处理，也可以进行凝或热煅等工艺烧结铝材料可以进行热处理，也可以进行机械抛光和电化学处理等机械抛光和电化学处理等235 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品2.3.3烧结钛和钛合金烧结钛和钛合金 钛的相对密度低，强度高，耐蚀性好，使用温度范围为钛的相对密度低，强度高，耐蚀性好，使用温度范围为广（广（540～－～－253℃℃）烧结钛合金具有较高的纯度和可加工）烧结钛合金具有较高的纯度和可加工性，其性能列于表性，其性能列于表5-5 表表5-5 烧结钛基合金的性能烧结钛基合金的性能2.3.4烧结铍和铍合金烧结铍和铍合金236 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品3. 粉末冶金摩擦材料粉末冶金摩擦材料 摩擦材料是组成摩擦式离合器和振动器的关键材料。

摩摩擦材料是组成摩擦式离合器和振动器的关键材料摩擦材料应满足如下要求：足够的摩擦系数和必要的热稳定性；擦材料应满足如下要求：足够的摩擦系数和必要的热稳定性；耐磨性好，使用寿命长；良好的磨合性；良好的抗卡性，平耐磨性好，使用寿命长；良好的磨合性；良好的抗卡性，平稳的传动扭矩和制动性能；足够的强度，能承受较高的工作稳的传动扭矩和制动性能；足够的强度，能承受较高的工作压力和速度；其它特殊要求，如耐蚀性、制动均匀、接合平压力和速度；其它特殊要求，如耐蚀性、制动均匀、接合平稳等 粉末冶金摩擦材料的成分是由三部分组成粉末冶金摩擦材料的成分是由三部分组成：（：（1）基体组）基体组元，其中基体组元保证材料的承受能力、热稳定性和耐磨性，元，其中基体组元保证材料的承受能力、热稳定性和耐磨性，它占摩擦材料质量的它占摩擦材料质量的50％％~90％辅助组元则是用来改善基％辅助组元则是用来改善基本组元的性能；（本组元的性能；（2）润滑组元，一般用石墨和铅，也可用铋）润滑组元，一般用石墨和铅，也可用铋代替铅，它一般占摩擦材料质量的代替铅，它一般占摩擦材料质量的5％％~25％，有％，有利于材料利于材料的抗卡性能和抗粘结性能，提高材料的耐磨性；的抗卡性能和抗粘结性能，提高材料的耐磨性； （（3）摩擦）摩擦组元，多用二氧化硅、石棉、碳化硅、三氧化二铝、氧化硅组元，多用二氧化硅、石棉、碳化硅、三氧化二铝、氧化硅等。

其作用是可以提高摩擦材料的摩擦系数和耐磨性，防止等其作用是可以提高摩擦材料的摩擦系数和耐磨性，防止焊接237 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 粉末冶金摩擦材料因其强度不足，制品都带有钢芯板而粉末冶金摩擦材料因其强度不足，制品都带有钢芯板而呈双金属形式工艺流程如图呈双金属形式工艺流程如图5-4所示 图图5-4 粉末冶金摩擦材料工艺流程图粉末冶金摩擦材料工艺流程图 粉末冶金摩擦材料主要分为铜基和铁基两大类铜基摩粉末冶金摩擦材料主要分为铜基和铁基两大类铜基摩擦材料工艺性能好，摩擦系数稳定，抗粘性、抗卡滞性能好；擦材料工艺性能好，摩擦系数稳定，抗粘性、抗卡滞性能好；铁基摩擦材料在高温负荷下能显示出更好的摩擦性能近年铁基摩擦材料在高温负荷下能显示出更好的摩擦性能近年来，又研制出了如纸基摩擦材料和碳基摩擦材料来，又研制出了如纸基摩擦材料和碳基摩擦材料238 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品4. 粉末冶金磁电和功能材料粉末冶金磁电和功能材料4.1 磁性材料磁性材料 磁性材料通常分为三大类：磁性材料通常分为三大类： 即具有高矫顽力与高剩磁的硬即具有高矫顽力与高剩磁的硬 磁材料、具有低矫顽力与高磁磁材料、具有低矫顽力与高磁 导率的软磁材料以及后来出现导率的软磁材料以及后来出现 的半硬磁材料。

磁性材料的种的半硬磁材料磁性材料的种 类如图类如图5-5所示 磁性材料大部分可用熔铸磁性材料大部分可用熔铸 法和粉末冶金法生产其中，法和粉末冶金法生产其中， 粉末冶金磁性材料更具优点粉末冶金磁性材料更具优点 图图5-5 磁性材料分类磁性材料分类 ——可用粉末冶金法生产的磁性材料可用粉末冶金法生产的磁性材料239 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品4.1.1软磁材料软磁材料 软磁材料主要应用在电力、电讯仪表、计算机、磁记录软磁材料主要应用在电力、电讯仪表、计算机、磁记录等领域软磁材料性能要求具有低的（小于等领域。

软磁材料性能要求具有低的（小于400A/m）矫顽）矫顽力，最优质的软磁材料达力，最优质的软磁材料达0.4A/m；最大磁导率和高的起始；最大磁导率和高的起始磁导率；具有高的饱和磁感应强度，目前最大值达到磁导率；具有高的饱和磁感应强度，目前最大值达到2.2T；；具有低的消耗功率（包括磁滞损失、涡流损失和不正常损耗）具有低的消耗功率（包括磁滞损失、涡流损失和不正常损耗）；同时还要求磁性能稳定，不随外界条件的变化而发生较大；同时还要求磁性能稳定，不随外界条件的变化而发生较大的变化 金属软磁材料包括工业纯铁、铁金属软磁材料包括工业纯铁、铁-镍、铁镍、铁-硅、铁硅、铁-钴、铁钴、铁-铝、铁铝、铁-铬、铁铬、铁-锰、和铁锰、和铁-硅硅-铝等合金（都以铁、镍、钴为铝等合金（都以铁、镍、钴为基），以及由这些材料与绝缘材料粘结的软磁材料由于其基），以及由这些材料与绝缘材料粘结的软磁材料由于其中一些材料含有大量昂贵的镍和钴而不能得到广泛应用目中一些材料含有大量昂贵的镍和钴而不能得到广泛应用目前大多以铁前大多以铁-铝系合金来代替铁铝系合金来代替铁-镍、铁镍、铁-钴系合金钴系合金240 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 铁氧体软磁材料的主要特点是电阻率比一般软磁合金大许铁氧体软磁材料的主要特点是电阻率比一般软磁合金大许多倍，涡流损耗极小，但磁导率低，性脆，不耐磨。

软磁铁多倍，涡流损耗极小，但磁导率低，性脆，不耐磨软磁铁氧体主要有锰氧体主要有锰-锌系、铜锌系、铜-锌系、镁锌系、镁-锌系等，其主要性能由表锌系等，其主要性能由表5-6所示软磁铁氧体用于高频电讯、计算机元件、无线电所示软磁铁氧体用于高频电讯、计算机元件、无线电元件等方面可用粉末冶金压制、烧结工艺进行生产元件等方面可用粉末冶金压制、烧结工艺进行生产 表表5-6 几种常用软磁铁氧体材料性能几种常用软磁铁氧体材料性能241 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品4.1.2硬磁材料硬磁材料 硬磁材料应具有高的剩余磁感应强度、矫顽力大，并具硬磁材料应具有高的剩余磁感应强度、矫顽力大，并具有高的最大磁能积（有高的最大磁能积（BH））max硬磁材料的作用是提供一个硬磁材料的作用是提供一个磁场高矫顽力可使硬磁材料在退磁条件下保持不变的有效磁场高矫顽力可使硬磁材料在退磁条件下保持不变的有效磁通。

因此，矫顽力和最大磁能积是硬磁材料质量好坏的标磁通因此，矫顽力和最大磁能积是硬磁材料质量好坏的标志硬磁材料的主要品种有铝志硬磁材料的主要品种有铝-镍镍-钴、铁氧体以及近年崛起钴、铁氧体以及近年崛起的钕的钕-铁铁-硼永磁材料硬磁材料约硼永磁材料硬磁材料约50％％用于马达、电子计算用于马达、电子计算机和计测系统其主要性能列于表机和计测系统其主要性能列于表5-7 表表5-7 硬磁材料性能比较硬磁材料性能比较242 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品4.2 电工材料电工材料4.2.1电触头材料电触头材料 电触头材料是指电器开关中用来接通或断开电路的那一电触头材料是指电器开关中用来接通或断开电路的那一部分触点材料对它的技术要求是：（部分触点材料对它的技术要求是：（1）具有高的电导率和）具有高的电导率和低的接触电阻；（低的接触电阻；（2）具有良好的高温机械性能；（）具有良好的高温机械性能；（3）抗电）抗电弧而不熔焊；（弧而不熔焊；（4）具有抗大气腐蚀、高温氧化和电化学作用）具有抗大气腐蚀、高温氧化和电化学作用的能力。

的能力 电触头材料一般由下列两部分组成电触头材料一般由下列两部分组成：（：（1）具有优良电导）具有优良电导率的金属银和铜；（率的金属银和铜；（2）具有耐热、抗电弧、抗腐蚀的难熔金）具有耐热、抗电弧、抗腐蚀的难熔金属、难熔金属化合物和氧化物属、难熔金属化合物和氧化物 用粉末冶金法可以制取两种互不相溶的金属、金属与非用粉末冶金法可以制取两种互不相溶的金属、金属与非金属、或金属与金属化合物组成的复合材料，而且可以任意金属、或金属与金属化合物组成的复合材料，而且可以任意比例组合比例组合243 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 表表5-8为电触头材料按材料组合类型分类为电触头材料按材料组合类型分类 表表5-8 电触头材料分类电触头材料分类244 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品4.2.2金属金属-石墨电刷石墨电刷 电刷是在发动机和发电机中用来转换和传导电流的零件电刷是在发动机和发电机中用来转换和传导电流的零件。

电刷有三种：石墨电刷、电化石墨电刷和金属电刷有三种：石墨电刷、电化石墨电刷和金属-石墨电刷粉石墨电刷粉末冶金电刷是指金属含量大于石墨量的金属末冶金电刷是指金属含量大于石墨量的金属-石墨电刷金属石墨电刷金属-石墨电刷一般用在电池、整流器或传感装置输出的直流电源石墨电刷一般用在电池、整流器或传感装置输出的直流电源4.2.3电阻点焊电极材料电阻点焊电极材料 电阻焊接是使电流直接通过被焊接工件，并同时对工件电阻焊接是使电流直接通过被焊接工件，并同时对工件施加压力，使接触区金属发热变形而被焊接在一起的方法施加压力，使接触区金属发热变形而被焊接在一起的方法常用的电阻焊有点焊、缝焊和凸焊电阻焊中用来导电的电常用的电阻焊有点焊、缝焊和凸焊电阻焊中用来导电的电极叫焊接电极极叫焊接电极4.2.4电热材料电热材料 利用本身电阻发热作为加热体的材料称为电热材料利用本身电阻发热作为加热体的材料称为电热材料245 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品4.3 记忆合金记忆合金 若施加压力使在某一工件上使之产生若施加压力使在某一工件上使之产生10％％左右形变，当左右形变，当除去应力加热时，工件就回到原来位置，这一现象称为形状除去应力加热时，工件就回到原来位置，这一现象称为形状记忆效应，这种合金就称为记忆合金。

由应力而产生的弹性记忆效应，这种合金就称为记忆合金由应力而产生的弹性马氏体会使合金产生很大非线性应变，当应力去除后，这种马氏体会使合金产生很大非线性应变，当应力去除后，这种附加应变也趋于回复，此现象称为伪弹性形状记忆和伪弹附加应变也趋于回复，此现象称为伪弹性形状记忆和伪弹性的机理都是马氏体发生可逆相变而恢复到母相时的现象性的机理都是马氏体发生可逆相变而恢复到母相时的现象 形状记忆合金的品种主要有钛形状记忆合金的品种主要有钛-镍、银镍、银-镉、金镉、金-镉、铜镉、铜-铝铝-镍、铜镍、铜-金金-锌、铜锌、铜-锡、铜锡、铜-锌等合金上述形状记忆合金锌等合金上述形状记忆合金均为单向记忆，若将其再放到低温就不能记忆起低温时的形均为单向记忆，若将其再放到低温就不能记忆起低温时的形状而新研究出的钛状而新研究出的钛-镍合金是一种双向形状记忆合金，具有镍合金是一种双向形状记忆合金，具有高、低温反复使用的形状记忆它可制成自动记忆笔、仪表高、低温反复使用的形状记忆它可制成自动记忆笔、仪表指针的驱动构件、温度控制器的断路开关、离合器等工业零指针的驱动构件、温度控制器的断路开关、离合器等工业零部件。

部件246 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品4.4 贮氢材料贮氢材料 氢为理想的清洁能源，利用金属氢化物来贮氢具有很强氢为理想的清洁能源，利用金属氢化物来贮氢具有很强的吸引力目前，广泛研究的贮氢材料有的吸引力目前，广泛研究的贮氢材料有：（：（1）以镧）以镧-镍为镍为代表的稀土系；（代表的稀土系；（2）以钛）以钛-铁为代表的钛系；（铁为代表的钛系；（3）以镁）以镁-镍镍为代表的镁系材料其中以镧为代表的镁系材料其中以镧-镍为代表的贮氢材料是主要研镍为代表的贮氢材料是主要研究方向表表5-9为某些金属氢化物的贮氢能力为某些金属氢化物的贮氢能力 表表5-9 某些金属氢化物的贮氢能力和密度某些金属氢化物的贮氢能力和密度247 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 贮氢合金应具有下述特征贮氢合金应具有下述特征：（：（1）大的贮氢比容；（）大的贮氢比容；（2））合适的应力特性；（合适的应力特性；（3）容易激活；（）容易激活；（4）氢气能快速被吸收）氢气能快速被吸收和释放；（和释放；（5）良好的抗毒化性能，具有长的循环寿命；）良好的抗毒化性能，具有长的循环寿命；（（6）资源丰富而廉价。

资源丰富而廉价4.5 超导材料超导材料 超导材料是绕制超导材料是绕制 以下的大型磁体的最合适材料以下的大型磁体的最合适材料大多数的超导材料是以金属铌为基的表大多数的超导材料是以金属铌为基的表5-10为铌基超导材为铌基超导材料的一些性能料的一些性能 表表5-10 高磁场铌基超导化合物的一些性能高磁场铌基超导化合物的一些性能248 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 铌铌-钛复合导体通常制成直径小于钛复合导体通常制成直径小于10μｍｍ的的细丝，然后细丝，然后把几百股扭绞的多芯复合导体换位成电缆，或者编织成扁带把几百股扭绞的多芯复合导体换位成电缆，或者编织成扁带作为脉冲超导磁体在高磁场使用的柔软合金主要为铌作为脉冲超导磁体在高磁场使用的柔软合金主要为铌-钛钛-钽合金实用的铌三锡材料有两种结构形式：一种是带材，钽合金实用的铌三锡材料有两种结构形式：一种是带材，又可分为气相沉积带和扩散带；另一种是多芯复合导体。

图又可分为气相沉积带和扩散带；另一种是多芯复合导体图5-6为用粉末冶金方法制取带材的工序图解为用粉末冶金方法制取带材的工序图解 图图5-6 粉末冶金制取铌三锡带材的工序粉末冶金制取铌三锡带材的工序249 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品5. 粉末冶金多孔材料粉末冶金多孔材料 粉末冶金多孔材料是指用粉末冶金方法制成的，其孔隙粉末冶金多孔材料是指用粉末冶金方法制成的，其孔隙度通常大于度通常大于15％％的金属材料这种材料具有优良的透过性能，的金属材料这种材料具有优良的透过性能，且渗透稳定，过滤精度高，具有足够的强度和塑性，有耐高且渗透稳定，过滤精度高，具有足够的强度和塑性，有耐高温、抗热震等一系列优良性能它可在高温或低温下工作，温、抗热震等一系列优良性能它可在高温或低温下工作，寿命长，制造简单因而可以弥补其它材料的不足得到较快寿命长，制造简单因而可以弥补其它材料的不足得到较快的发展 粉末冶金多孔材料中，由于其高的孔隙度使它具有很大粉末冶金多孔材料中，由于其高的孔隙度使它具有很大的孔隙内表面，这就决定了它有许多特殊的物理化学性能和的孔隙内表面，这就决定了它有许多特殊的物理化学性能和作用。

例如，物质的贮存作用，过滤和分离作用，热交换作作用例如，物质的贮存作用，过滤和分离作用，热交换作用，吸附、催化作用，电极化作用以及不良的传导作用由用，吸附、催化作用，电极化作用以及不良的传导作用由于具有这些性能和作用，这种材料的应用相当广泛于具有这些性能和作用，这种材料的应用相当广泛250 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品5.1 粉末冶金多孔材料的制造粉末冶金多孔材料的制造 粉末冶金多孔材料是以金属粉末或合金粉末为原料，采粉末冶金多孔材料是以金属粉末或合金粉末为原料，采用各种粉末冶金工艺方法制造的制造这种材料有多种工艺，用各种粉末冶金工艺方法制造的制造这种材料有多种工艺，其工艺流程图如图其工艺流程图如图5-7所示 图图5-7 金属粉末多孔材料制造工艺流程金属粉末多孔材料制造工艺流程251 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 粉末冶金多孔材料使用的原料有各种纯金属、合金、难熔粉末冶金多孔材料使用的原料有各种纯金属、合金、难熔化合物等的球形和非球形粉末以及金属纤维常用的有铁、化合物等的球形和非球形粉末以及金属纤维。

常用的有铁、铜、青铜、黄铜、镍、钨、钛、不锈钢、镍铜、青铜、黄铜、镍、钨、钛、不锈钢、镍-铜、碳化钨等粉铜、碳化钨等粉末以及不锈钢、镍末以及不锈钢、镍-铬合金等纤维铬合金等纤维 制造粉末冶金过滤器大多用球形粉末或近球形粉末非制造粉末冶金过滤器大多用球形粉末或近球形粉末非球形粉末可采用下述方法处理成球形粉末球形粉末可采用下述方法处理成球形粉末：等离子枪球化法、：等离子枪球化法、垂直炉球化法以及惰性填料球化法垂直炉球化法以及惰性填料球化法 多孔材料可采用多种方法进行固结：模压成形与烧结、多孔材料可采用多种方法进行固结：模压成形与烧结、等静压制、松装烧结、粉末轧制、粉末增塑挤压以及粉浆浇等静压制、松装烧结、粉末轧制、粉末增塑挤压以及粉浆浇注等法5.2 烧结金属多孔材料的应用烧结金属多孔材料的应用252 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品5.2.1自润滑轴承自润滑轴承 自润滑轴承有铁基、铜基、铝基等，其中应用最广泛的自润滑轴承有铁基、铜基、铝基等，其中应用最广泛的是铁基和铜基自润滑轴承所谓自润滑就是含油轴承在工作是铁基和铜基自润滑轴承。

所谓自润滑就是含油轴承在工作时能将多孔体中贮存的润滑油自动供给给摩擦表面，并且形时能将多孔体中贮存的润滑油自动供给给摩擦表面，并且形成表面油膜成表面油膜5.2.2烧结金属过滤器烧结金属过滤器 烧结金属过滤器是由粉末随机堆集构成无规则的微孔通烧结金属过滤器是由粉末随机堆集构成无规则的微孔通道，通过改变粉末粒度、粒度分布、粉末颗粒的密集程度和道，通过改变粉末粒度、粒度分布、粉末颗粒的密集程度和厚度，来控制和调整过滤材料的过滤性能烧结金属过滤器厚度，来控制和调整过滤材料的过滤性能烧结金属过滤器可分为：烧结青铜过滤器、烧结不锈钢过滤器、烧结镍和镍可分为：烧结青铜过滤器、烧结不锈钢过滤器、烧结镍和镍基合金过滤器、烧结钛过滤器以及难熔金属化合物过滤器基合金过滤器、烧结钛过滤器以及难熔金属化合物过滤器5.2.3其它多孔金属材料其它多孔金属材料 其它多孔金属材料有多孔电极、热交换材料以及消音其它多孔金属材料有多孔电极、热交换材料以及消音（声阻）、消震和隔热材料等声阻）、消震和隔热材料等 253 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品6. 难熔金属及其合金材料难熔金属及其合金材料 难熔金属材料中应用最多最广的是钨、钼及其合金。

大难熔金属材料中应用最多最广的是钨、钼及其合金大部分难熔金属材料都采用粉末冶金工艺制造，用此法制取的部分难熔金属材料都采用粉末冶金工艺制造，用此法制取的难熔金属材料具有晶粒细、杂质和合金元素的偏聚较小的特难熔金属材料具有晶粒细、杂质和合金元素的偏聚较小的特点高熔点、低蒸气压、高的高温强度、低的热膨胀系数、点高熔点、低蒸气压、高的高温强度、低的热膨胀系数、在相对介质中有高的耐蚀性以及高的导热导电性、密度、弹在相对介质中有高的耐蚀性以及高的导热导电性、密度、弹性模量等都是难熔金属材料的优良性能性模量等都是难熔金属材料的优良性能 难熔金属材料中的钨、钼粉末可用还原金属氧化物法及难熔金属材料中的钨、钼粉末可用还原金属氧化物法及等离子法等来制取钽、铌粉末一般用钠还原法或熔盐电解等离子法等来制取钽、铌粉末一般用钠还原法或熔盐电解法制取 高密度合金可采用液相烧结法制取工艺过程为：粉末高密度合金可采用液相烧结法制取工艺过程为：粉末原料原料→→配料配料→→混料混料→→等静压成形等静压成形→→保护气氛中烧结保护气氛中烧结→→真空热真空热处理处理→→变形处理变形处理254 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 目前，难熔金属材料已在军工和民用的许多重要部门获目前，难熔金属材料已在军工和民用的许多重要部门获得了广泛的应用。

得了广泛的应用6.1 电子和电光源电子和电光源6.2 航空航天航空航天6.3 武器武器6.4 机械电器机械电器6.5 冶金、石油化工冶金、石油化工6.6 其它其它255 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品7. 粉末高温材料粉末高温材料7.1 粉末冶金超合金粉末冶金超合金 超合金是指在超合金是指在650℃℃以上的高应力状态下长时间使用的材以上的高应力状态下长时间使用的材料超合金大约可分为铁基超合金料超合金大约可分为铁基超合金（（650～～850℃℃））、钴基超、钴基超合金合金（（800～～1100℃℃））和镍基超合金和镍基超合金（（800～～1100℃℃））三类常用粉末冶金超合金来替代相应的传统煅铸材料常用粉末冶金超合金来替代相应的传统煅铸材料 图图5-8是生产是生产F-101压缩机盘的几种加工工序压缩机盘的几种加工工序 图图5-9为热等静压与热煅；热挤与热煅涡轮盘的工艺流程为热等静压与热煅；热挤与热煅涡轮盘的工艺流程图 粉末冶金超合金除用作为发动机的盘件外，还可制作冷粉末冶金超合金除用作为发动机的盘件外，还可制作冷却板、涡盘导向叶片、涡轮叶片调节板、燃气涡轮机燃烧器却板、涡盘导向叶片、涡轮叶片调节板、燃气涡轮机燃烧器内衬等。

内衬等256 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 图5-8 生产生产F-101压缩机盘的加工工序压缩机盘的加工工序257 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 图图5-9 成形和固结涡轮盘工艺流程图成形和固结涡轮盘工艺流程图 （（a）热等静压与锻造涡轮盘的流程图；（）热等静压与锻造涡轮盘的流程图；（b）热挤压与等温锻造涡轮盘的流程图）热挤压与等温锻造涡轮盘的流程图258 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品7.2弥散强化材料弥散强化材料 所谓弥散强化就是使金属基体（金属或固溶体）中含有所谓弥散强化就是使金属基体（金属或固溶体）中含有高度分散的第二相质点而达到提高材料基体强度的方法弥高度分散的第二相质点而达到提高材料基体强度的方法。

弥散强化材料的强度不仅取决于基体和弥散相的本性，而且还散强化材料的强度不仅取决于基体和弥散相的本性，而且还决定于弥散相的数量、粒度和粒度分布、形态以及弥散相与决定于弥散相的数量、粒度和粒度分布、形态以及弥散相与基体的结合情况，同时也与制造工艺有关基体的结合情况，同时也与制造工艺有关 氧化物由于硬度高，在高温下稳定，对基体金属具有惰氧化物由于硬度高，在高温下稳定，对基体金属具有惰性和不溶性，不能较有效地制成细颗粒，因此最适于用作弥性和不溶性，不能较有效地制成细颗粒，因此最适于用作弥散体最好的弥散体是铝、硅、铍、钛、锆和钇之类活性元散体最好的弥散体是铝、硅、铍、钛、锆和钇之类活性元素的氧化物素的氧化物 不能用常规的熔铸工艺制造弥散强化材料现行的制造不能用常规的熔铸工艺制造弥散强化材料现行的制造弥散强化材料的工艺都是粉末冶金法弥散强化材料的工艺都是粉末冶金法259 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品7.2.1弥散强化铜弥散强化铜 由于氧在铜基体中的扩散速率高，因此铜基体最适于用由于氧在铜基体中的扩散速率高，因此铜基体最适于用内氧化法来获得最细且分布均匀的弥散颗粒。

内氧化法来获得最细且分布均匀的弥散颗粒 弥散强化铜不仅强度高，电导率和热导率也高弥散强化铜不仅强度高，电导率和热导率也高7.2.2弥散强化银弥散强化银 弥散强化银是将弥散的氧化镉颗粒分布于银基体的一种弥散强化银是将弥散的氧化镉颗粒分布于银基体的一种最常用的电触头材料其特点是耐腐蚀性好，接触电阻小，最常用的电触头材料其特点是耐腐蚀性好，接触电阻小，抗焊接特性与热导率、电导率都接近于纯银抗焊接特性与热导率、电导率都接近于纯银 弥散强化银材料与其它弥散强化材料有所不同，其弥散弥散强化银材料与其它弥散强化材料有所不同，其弥散体的作用不是为了强化基体，而是为了阻止触头焊接和腐蚀体的作用不是为了强化基体，而是为了阻止触头焊接和腐蚀因此，弥散体较软，粒度变化大，而且在材料中的含量也较因此，弥散体较软，粒度变化大，而且在材料中的含量也较高260 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品7.2.3弥散强化铂弥散强化铂 铂在无化学腐蚀的高温氧化环境中，是一种极好的结构铂在无化学腐蚀的高温氧化环境中，是一种极好的结构材料。

铂通常用铑来强化，可在某些应用中不能使用铂材料铂通常用铑来强化，可在某些应用中不能使用铂-铑合铑合金，此时最好选用弥散强化铂材料表金，此时最好选用弥散强化铂材料表5-11为弥散强化铂基为弥散强化铂基合金的一些性能合金的一些性能 表表5-11 铂、铂铂、铂-铑合金及弥散强化材料的物理性能铑合金及弥散强化材料的物理性能261 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品7.2.4弥散强化镍基和铁基合金弥散强化镍基和铁基合金 TD-镍是一种典型的镍基弥散强化合金最初是用共沉镍是一种典型的镍基弥散强化合金最初是用共沉淀的方法来制取的现今淀的方法来制取的现今 弥散强化镍基和铁基高温弥散强化镍基和铁基高温 合金都用机械合金化来生合金都用机械合金化来生 产（图产（图5-10）采用机）采用机 械合金化方法的主要优点械合金化方法的主要优点 是可增高镍基和铁基高温是可增高镍基和铁基高温 合金的高温承载能力合金的高温承载能力 图图5-10 机械合金化生产弥散强化镍基合金工艺流程示意图机械合金化生产弥散强化镍基合金工艺流程示意图 262 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品7.3金属间化合物金属间化合物 金属间化合物是许多工业合金中重要的组成相，在多种金属间化合物是许多工业合金中重要的组成相，在多种金属材料中能提高强度、硬度、耐磨性、耐热性和高温强度。

金属材料中能提高强度、硬度、耐磨性、耐热性和高温强度因而在很多领域得到直接的应用因而在很多领域得到直接的应用 用粉末冶金方法制取金属间化合物的优点是可改善金属用粉末冶金方法制取金属间化合物的优点是可改善金属间化合物材料内部结构的均匀性；可以制成较为便宜的最终间化合物材料内部结构的均匀性；可以制成较为便宜的最终使用形状的零部件；可以制造以金属间化合物为基体的复合使用形状的零部件；可以制造以金属间化合物为基体的复合材料用粉末冶金方法制取金属间化合物可以通过多种途径：材料用粉末冶金方法制取金属间化合物可以通过多种途径：用机械合金化制取预合金粉末，然后成形、固结；用注射成用机械合金化制取预合金粉末，然后成形、固结；用注射成形后再固结；或用反应烧结、反应热等静压以及其它固结方形后再固结；或用反应烧结、反应热等静压以及其它固结方法 图图5-11为注射成形金属间化合物混合粉末的示意图图为注射成形金属间化合物混合粉末的示意图图5-12为反应烧结镍三铝的示意图为反应烧结镍三铝的示意图263 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 图5-11 注射成形过程示意图注射成形过程示意图 图图5-12 反应烧结镍三铝示意图反应烧结镍三铝示意图264 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品8. 粉末冶金工具材料粉末冶金工具材料8.1 金属陶瓷硬质合金金属陶瓷硬质合金 简称硬质合金，是由硬质基体和粘结金属两部分组成。

简称硬质合金，是由硬质基体和粘结金属两部分组成硬质基体为难熔金属化合物，主要是碳化钨和碳化钛，其次硬质基体为难熔金属化合物，主要是碳化钨和碳化钛，其次是碳化钽、碳化铌和碳化钒粘结金属用的是铁族金属及其是碳化钽、碳化铌和碳化钒粘结金属用的是铁族金属及其合金，以钴为主硬质相保证合金具有高的硬度和耐磨性；合金，以钴为主硬质相保证合金具有高的硬度和耐磨性；而粘结相则赋予合金具而粘结相则赋予合金具 有一定的强度和韧性有一定的强度和韧性 硬质合金的主要品种如硬质合金的主要品种如 图图5-13所示 图图5-13 硬质合金分类硬质合金分类265 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品8.1.1含钨硬质合金含钨硬质合金 根据用途，含钨硬质合金可分为两类：第一类是用于来根据用途，含钨硬质合金可分为两类：第一类是用于来加工产生不连续切屑的脆性材料（如铸铁等）的硬质合金，加工产生不连续切屑的脆性材料（如铸铁等）的硬质合金，如碳化钨如碳化钨-钴合金；第二类是用于产生连续切屑、加工韧性材钴合金；第二类是用于产生连续切屑、加工韧性材料的硬质合金，如碳化钨料的硬质合金，如碳化钨-碳化钛碳化钛-钴合金、碳化钨钴合金、碳化钨-碳化钽碳化钽（铌）（铌）-钴合金以及碳化钨钴合金以及碳化钨-碳化钛碳化钛-碳化钽（铌）碳化钽（铌）-钴合金。

钴合金8.1.2无钨硬质合金无钨硬质合金 无钨硬质合金主要有两种：一为以碳化钛为基的硬质合无钨硬质合金主要有两种：一为以碳化钛为基的硬质合金；另一种为碳化铬基硬质合金金；另一种为碳化铬基硬质合金8.1.3钢结硬质合金钢结硬质合金 按粘结相的成分和合金的用途，可分为以碳素钢和铬按粘结相的成分和合金的用途，可分为以碳素钢和铬-钼钼钢、高速钢和奥氏体不锈钢为粘结相的三类钢结硬质合金钢、高速钢和奥氏体不锈钢为粘结相的三类钢结硬质合金266 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品8.1.4涂层硬质合金涂层硬质合金 这种合金是在韧性较大的硬质合金表面上沉积一薄层碳这种合金是在韧性较大的硬质合金表面上沉积一薄层碳（氮）化钛，以增加合金的耐磨性，把耐磨性和韧性很好地（氮）化钛，以增加合金的耐磨性，把耐磨性和韧性很好地结合起来，而且可使切削速度和切削寿命进一步提高为获结合起来，而且可使切削速度和切削寿命进一步提高为获得最好的使用性能，基体的选择很重要涂层硬质合金刀片得最好的使用性能，基体的选择很重要涂层硬质合金刀片的生产一般采用气相沉积法。

图的生产一般采用气相沉积法图5-14为其工艺流程示意图为其工艺流程示意图 图图5-14 硬质合金刀片气相沉积涂层工艺流程硬质合金刀片气相沉积涂层工艺流程267 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品8.1.5细晶粒硬质合金细晶粒硬质合金 这种合金是一种高强度、高韧性、高耐磨性的合金研这种合金是一种高强度、高韧性、高耐磨性的合金研究表明，进一步降低碳化物晶粒度，达到究表明，进一步降低碳化物晶粒度，达到0.2μｍｍ以下，则强以下，则强度与硬度之间的结合更好（度与硬度之间的结合更好（图图5-15）这种超细晶粒硬质合）这种超细晶粒硬质合金可用于加工高强度钢、耐热合金、不锈钢等金可用于加工高强度钢、耐热合金、不锈钢等 图图5-15 硬质合金碳化钨晶粒与硬度及韧性的关系硬质合金碳化钨晶粒与硬度及韧性的关系268 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品8.2 粉末高速钢粉末高速钢 高速工具钢由于具有优良的力学性能和耐磨性，广泛用高速工具钢由于具有优良的力学性能和耐磨性，广泛用来作切削工具、成形工具和耐磨零件。

典型的粉末高速钢生来作切削工具、成形工具和耐磨零件典型的粉末高速钢生产方法有三种：无偏析工艺（产方法有三种：无偏析工艺（ASP工艺）、坩埚颗粒冶金法工艺）、坩埚颗粒冶金法（（CPM工艺）和全致密工艺表工艺）和全致密工艺表5-12为为CPM工具钢的化学工具钢的化学成分 表表5-12 CPM工具钢的化学成分工具钢的化学成分269 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品8.3 超硬材料超硬材料8.3.1金刚石工具材料金刚石工具材料 金刚石是自然界中已知的最硬物质金刚石的抗压强度金刚石是自然界中已知的最硬物质金刚石的抗压强度高、导热性好，还具有某些特殊的性质，如半导体、热敏、高、导热性好，还具有某些特殊的性质，如半导体、热敏、透远红外光透远红外光 表表5-13 金刚石和立方氮化硼的性质金刚石和立方氮化硼的性质 性质等金性质等金 刚石的性质刚石的性质 如表如表5-13 所示 270 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 金刚石是碳的一种同素异构体。

金刚石的几种标准晶体形金刚石是碳的一种同素异构体金刚石的几种标准晶体形态如图态如图5-16所示 （（a）完整八面体单晶）完整八面体单晶 （（b）完整十二面体晶型）完整十二面体晶型 （（c）完整立方体单晶）完整立方体单晶 （（d）聚形）聚形 图图5-16 金刚石的几种标准晶体形态金刚石的几种标准晶体形态 金刚石有天然的和人造的两类天然金刚石资源稀少，金刚石有天然的和人造的两类天然金刚石资源稀少，价格昂贵，工业上使用不多人造金刚石以石墨为原料，经价格昂贵，工业上使用不多人造金刚石以石墨为原料，经高温高压合成高温高压合成271 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 A 金刚石工具材料的分类金刚石工具材料的分类 金刚石工具由于加工对象的不同可分为三类：金刚石碎金刚石工具由于加工对象的不同可分为三类：金刚石碎岩工具；金刚石机加工工具；加工某些特殊材料的金刚石工岩工具；金刚石机加工工具；加工某些特殊材料的金刚石工具。

具 B 烧结金刚石聚晶体烧结金刚石聚晶体 它是由金刚石微粉（它是由金刚石微粉（5~10μｍｍ）与）与5％％~25％％的金属粘结的金属粘结剂，经混合后在高温高压的模腔中成形，依靠金刚石微晶之剂，经混合后在高温高压的模腔中成形，依靠金刚石微晶之间的键结合与金属粘结而形成强固耐磨的金刚石聚晶体这间的键结合与金属粘结而形成强固耐磨的金刚石聚晶体这种材料的纯耐磨性能及强度均不如金刚石单晶体，单综合机种材料的纯耐磨性能及强度均不如金刚石单晶体，单综合机械性能却优于金刚石而其力学性能具有很大的可调性，适械性能却优于金刚石而其力学性能具有很大的可调性，适应于各种加工条件应于各种加工条件272 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 目前大量推广应用的烧结金刚石聚晶体主要有三种：烧目前大量推广应用的烧结金刚石聚晶体主要有三种：烧结金刚石拉丝模；烧结金刚石聚晶结金刚石拉丝模；烧结金刚石聚晶-硬质合金复合体；柱状烧硬质合金复合体；柱状烧结金刚石聚晶体结金刚石聚晶体 C 金刚石工具的制造金刚石工具的制造 金刚石工具的制造一般分为三类：成形金刚石工具；电金刚石工具的制造一般分为三类：成形金刚石工具；电镀金刚石工具；粉末冶金与树脂结合金刚石工具。

镀金刚石工具；粉末冶金与树脂结合金刚石工具 采用粉末冶金工艺制造金刚石工具常采用三种工艺：普采用粉末冶金工艺制造金刚石工具常采用三种工艺：普通烧结法、热压法和熔浸法烧结法的生产效率高、成本低，通烧结法、热压法和熔浸法烧结法的生产效率高、成本低，一般用来制造金刚石砂轮、磨头、直径一般用来制造金刚石砂轮、磨头、直径110mm的小型锯片的小型锯片等熔浸法适用于石油钻头、金刚石滚轮等形状复杂，难于等熔浸法适用于石油钻头、金刚石滚轮等形状复杂，难于用模压成形的金刚石工具的制造热压法（包括电火花烧结）用模压成形的金刚石工具的制造热压法（包括电火花烧结）广泛应用于制造地质钻头、石油钻头、石材锯片、砂轮休整广泛应用于制造地质钻头、石油钻头、石材锯片、砂轮休整片、磨轮等工具片、磨轮等工具273 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品8.3.2立方氮化硼工具材料立方氮化硼工具材料 该材料尚未在自然界发现它是继人造金刚石之后，借该材料尚未在自然界发现它是继人造金刚石之后，借助超高温高压技术制造的一种新型超硬材料立方氮化硼的助超高温高压技术制造的一种新型超硬材料。

立方氮化硼的性质列于前表性质列于前表5-13由表可见：由表可见： （（1）立方氮化硼的硬度高，它仅低于金刚石，而高于其）立方氮化硼的硬度高，它仅低于金刚石，而高于其它已知材料立方氮化硼和其它磨料硬度值见表它已知材料立方氮化硼和其它磨料硬度值见表5-14 表表5-14 几种磨料的硬度值几种磨料的硬度值274 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 （（2）它具有良好的热稳定性热稳定性表示材料承受高）它具有良好的热稳定性热稳定性表示材料承受高温的能力表温的能力表5-15为几种磨料的热稳定性能为几种磨料的热稳定性能 表表5-15 几种磨料的热稳定性能几种磨料的热稳定性能 （（3）它具有高的化学惰性硼、氮元素较稳定，不易与）它具有高的化学惰性硼、氮元素较稳定，不易与铁反应而金刚石则不然钢对碳的亲和力强，因而磨削时铁反应而金刚石则不然钢对碳的亲和力强，因而磨削时容易粘屑，导致磨削效果变坏表容易粘屑，导致磨削效果变坏。

表5-16为几种磨料磨削钢材为几种磨料磨削钢材时的化学活性时的化学活性275 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 表表5-16 几种磨料磨削钢材时的化学活性几种磨料磨削钢材时的化学活性 目前，立方氮化硼工具主要应用于高速钢、工具钢、模目前，立方氮化硼工具主要应用于高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、不锈钢、镍基和钴基合金以及冷硬铸铁的磨具钢、轴承钢、不锈钢、镍基和钴基合金以及冷硬铸铁的磨削加工一般与陶瓷、有机物和金属粘结剂做成砂轮、磨头、削加工一般与陶瓷、有机物和金属粘结剂做成砂轮、磨头、油石、砂瓦、涂附磨具以及作为研磨膏等形式使用油石、砂瓦、涂附磨具以及作为研磨膏等形式使用 立方氮化硼需要用合成的方法来制取，制取的方法有：立方氮化硼需要用合成的方法来制取，制取的方法有：静压触媒法、静压直接转变法和爆炸法静压触媒法、静压直接转变法和爆炸法276 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品9. 金属陶瓷与陶瓷材料金属陶瓷与陶瓷材料9.1 金属陶瓷材料金属陶瓷材料 金属陶瓷是指金属或合金与一种或几种陶瓷相组成的多金属陶瓷是指金属或合金与一种或几种陶瓷相组成的多相组合物，其中陶瓷相组分的体积分数约为相组合物，其中陶瓷相组分的体积分数约为0.15~0.85，在，在制造的温度下，金属相与陶瓷相间的溶解度较小。

制造的温度下，金属相与陶瓷相间的溶解度较小 金属陶瓷中的金属和非金属都是以微小尺度复合的陶金属陶瓷中的金属和非金属都是以微小尺度复合的陶瓷组分的粒度因系统和应用而异，细至瓷组分的粒度因系统和应用而异，细至1~2μｍｍ，粗至，粗至5~100μｍｍ金属粘结相可由各种元素组成金属粘结相可由各种元素组成 金属陶瓷可分为四类：氧化物基、碳化物基、硼化物基金属陶瓷可分为四类：氧化物基、碳化物基、硼化物基和含石墨或金刚石状碳的金属陶瓷和含石墨或金刚石状碳的金属陶瓷图图5-17是适用于金属陶是适用于金属陶瓷的工艺流程图表瓷的工艺流程图表5-17为金属陶瓷的主要成形工艺及有关为金属陶瓷的主要成形工艺及有关特性277 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 图图5-17 用于金属陶瓷的粉末冶金生产方法用于金属陶瓷的粉末冶金生产方法278 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 表表5-17 金属陶瓷的成形工艺金属陶瓷的成形工艺279 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品9.1.1氧化物金属陶瓷氧化物金属陶瓷 氧化物金属陶瓷由于抗热震性差且断裂韧性低，因此不氧化物金属陶瓷由于抗热震性差且断裂韧性低，因此不能适于与高温和动态应力有关的许多应用。

但某些氧化物金能适于与高温和动态应力有关的许多应用但某些氧化物金属陶瓷在高温下具有极好的抗氧化性和耐腐蚀性，另一些则属陶瓷在高温下具有极好的抗氧化性和耐腐蚀性，另一些则又具有优异的物理性能如氧化铝基金属陶瓷、氧化铍基金又具有优异的物理性能如氧化铝基金属陶瓷、氧化铍基金属陶瓷、氧化锆基金属陶瓷以及氧化钍金属陶瓷属陶瓷、氧化锆基金属陶瓷以及氧化钍金属陶瓷9.1.2碳化物金属陶瓷碳化物金属陶瓷 以碳化铬为主要组分，用镍或镍以碳化铬为主要组分，用镍或镍-钨作粘结金属的金属陶钨作粘结金属的金属陶瓷具有某些优良性能，如密度低、热膨胀系数低、极好的耐瓷具有某些优良性能，如密度低、热膨胀系数低、极好的耐磨耐蚀耐高温性以及具有光亮、耐用、反射率高的表面等磨耐蚀耐高温性以及具有光亮、耐用、反射率高的表面等 在碳化物金属陶瓷材料中，受到最广泛关注的除碳化钨在碳化物金属陶瓷材料中，受到最广泛关注的除碳化钨硬质合金材料外，就是碳化钛基金属陶瓷硬质合金材料外，就是碳化钛基金属陶瓷280 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品9.1.3硼化物金属陶瓷硼化物金属陶瓷 硼化物基金属陶瓷用于需要非常耐热耐蚀的条件下，如硼化物基金属陶瓷用于需要非常耐热耐蚀的条件下，如在与活性热气体和熔融金属接触的场合。

金属硼化物具有相在与活性热气体和熔融金属接触的场合金属硼化物具有相当高的导热率和高温稳定性可用来粘结硼化物的主要金属当高的导热率和高温稳定性可用来粘结硼化物的主要金属有铁、镍、钴、铬、钨、钼、硼或者它们的合金有铁、镍、钴、铬、钨、钼、硼或者它们的合金9.1.4含石墨或金刚石金属陶瓷含石墨或金刚石金属陶瓷 制造电触头用的石墨制造电触头用的石墨-金属组合物材料可用于：电动机和金属组合物材料可用于：电动机和发动机的金属电刷，其金属相为铜或青铜；较低摩擦速度和发动机的金属电刷，其金属相为铜或青铜；较低摩擦速度和低接触压力下的滑动触头，金属相为银此外，这类材料还低接触压力下的滑动触头，金属相为银此外，这类材料还可广泛用来制造制动器衬面和离合器衬片可广泛用来制造制动器衬面和离合器衬片 在金属基体内加入从粗的碎片到细的粉末状金刚石组成在金属基体内加入从粗的碎片到细的粉末状金刚石组成的金属陶瓷，可制造研磨、抛光、锯开、切割、休整和整形的金属陶瓷，可制造研磨、抛光、锯开、切割、休整和整形工具281 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品9.2 陶瓷材料陶瓷材料 这里所指的是在电子技术、计算技术、空间技术、能源这里所指的是在电子技术、计算技术、空间技术、能源工程等新技术方面所应用的陶瓷材料。

根据材料的性能及其工程等新技术方面所应用的陶瓷材料根据材料的性能及其主要应用范围，可将它分为三大类：结构陶瓷、工具陶瓷和主要应用范围，可将它分为三大类：结构陶瓷、工具陶瓷和功能陶瓷陶瓷材料具有许多宝贵的性能，如耐蚀、耐磨、功能陶瓷陶瓷材料具有许多宝贵的性能，如耐蚀、耐磨、耐热、耐氧化、弹性模量高、高温强度好等耐热、耐氧化、弹性模量高、高温强度好等9.2.1结构陶瓷结构陶瓷 高温结构陶瓷在结构陶瓷材料中占有重要地位表高温结构陶瓷在结构陶瓷材料中占有重要地位表5-18为高温结构陶瓷材料的应用结构陶瓷材料除可用作高温结为高温结构陶瓷材料的应用结构陶瓷材料除可用作高温结构材料外，还可在生物领域中应用生物陶瓷对生物体无害构材料外，还可在生物领域中应用生物陶瓷对生物体无害又不会被生化作用所破坏此外还有多孔陶瓷多孔陶瓷可又不会被生化作用所破坏此外还有多孔陶瓷多孔陶瓷可分为粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷分为粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷282 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 表表5-18 高温结构陶瓷材料的应用高温结构陶瓷材料的应用283 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品9.2.2工具陶瓷工具陶瓷 新工具材料以复合材料、新陶瓷材料中的金刚石、立方新工具材料以复合材料、新陶瓷材料中的金刚石、立方氮化硼等为代表。

碳纤维、硼纤维复合材料都是难加工材料，氮化硼等为代表碳纤维、硼纤维复合材料都是难加工材料，都需使用超硬材料工具才能进行加工工具陶瓷材料的一个都需使用超硬材料工具才能进行加工工具陶瓷材料的一个重要应用领域便是切削工具这种材料也可作加工工具和耐重要应用领域便是切削工具这种材料也可作加工工具和耐磨工具表磨工具表5-19为工具陶瓷材料的一些应用为工具陶瓷材料的一些应用9.2.3功能陶瓷功能陶瓷 利用陶瓷特有的物理性质或者对力、热、光、声、磁、利用陶瓷特有的物理性质或者对力、热、光、声、磁、电、气氛的敏感特性，可以制成种类繁多的功能材料陶瓷电、气氛的敏感特性，可以制成种类繁多的功能材料陶瓷功能材料具有性能稳定、可靠性好、成本低、易于多功能化功能材料具有性能稳定、可靠性好、成本低、易于多功能化和集成化等优点表和集成化等优点表5-20为一些典型的功能陶瓷材料的应用为一些典型的功能陶瓷材料的应用284 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 表表5-19 工具陶瓷材料的一些应用工具陶瓷材料的一些应用285 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 表表5-20 典型功能陶瓷材料的应用实例典型功能陶瓷材料的应用实例286 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 续表续表5-20 287 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品10. 原子能工程材料原子能工程材料 原子能工程材料是指用于原子反应堆的材料。

原子反应原子能工程材料是指用于原子反应堆的材料原子反应堆所用材料范围较广，如核燃料、结构材料、反射材料、控堆所用材料范围较广，如核燃料、结构材料、反射材料、控制材料、屏蔽材料等用粉末冶金法生产核材料是因为它的制材料、屏蔽材料等用粉末冶金法生产核材料是因为它的熔点高，强度好，尤其是高温强度好，物理化学性能稳定，熔点高，强度好，尤其是高温强度好，物理化学性能稳定，抗腐蚀，而且与金属的相容性好抗腐蚀，而且与金属的相容性好10.1 核燃料元件核燃料元件 在原子反应堆中发生链式反应的材料称为核燃料用核在原子反应堆中发生链式反应的材料称为核燃料用核燃料做成的单个制品叫核燃料元件粉末冶金核燃料一般可燃料做成的单个制品叫核燃料元件粉末冶金核燃料一般可分为三类：铀合金及钚合金元件、各种化合物核元件和弥散分为三类：铀合金及钚合金元件、各种化合物核元件和弥散强化型复合核元件强化型复合核元件288 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品10.2反应堆结构材料反应堆结构材料 反应堆金属材料应具有良好的热性能，热中子吸收截面反应堆金属材料应具有良好的热性能，热中子吸收截面小，吸收中子后的感生放射性弱，对燃料、冷却剂及其裂变小，吸收中子后的感生放射性弱，对燃料、冷却剂及其裂变产物有足够的化学稳定性，而且还应具有良好的力学性能等。

产物有足够的化学稳定性，而且还应具有良好的力学性能等目前结构材料大多采用不锈钢、镍基合金及难熔金属目前结构材料大多采用不锈钢、镍基合金及难熔金属10.3减速材料和反射材料减速材料和反射材料 一般要求减速比大的材料减速比指减速能力与全吸收一般要求减速比大的材料减速比指减速能力与全吸收断面积的比值可作减速材料的物质有重水、铍、氧化铍、断面积的比值可作减速材料的物质有重水、铍、氧化铍、碳化铍等碳化铍等10.4控制材料和屏蔽材料控制材料和屏蔽材料 反应堆控制材料就是吸收中子的材料，是用来控制反应反应堆控制材料就是吸收中子的材料，是用来控制反应堆活性区反应速度的堆活性区反应速度的289 六、粉末冶金中的安全知识六、粉末冶金中的安全知识1. 粉末冶金中的爆炸性和自燃性粉末冶金中的爆炸性和自燃性1.1 粉末冶金中的防爆措施粉末冶金中的防爆措施 在粉末冶金技术中引起爆炸的因素主要来自两个方面在粉末冶金技术中引起爆炸的因素主要来自两个方面：：（（1）金属粉末颗粒悬浮在空气中形成粉尘云一旦粉尘云形）金属粉末颗粒悬浮在空气中形成粉尘云一旦粉尘云形成合适的混合浓度，并被来自金属粉末或外界火种的能量点成合适的混合浓度，并被来自金属粉末或外界火种的能量点燃时，就会发生爆炸。

燃时，就会发生爆炸2）气体混合物引起的爆炸一些气）气体混合物引起的爆炸一些气体与空气在很大的浓度范围内可以形成具有爆炸危险的混合体与空气在很大的浓度范围内可以形成具有爆炸危险的混合物表表6-1为各种气体与空气混合后，其混合物的爆炸极限为各种气体与空气混合后，其混合物的爆炸极限 氧含量可决定金属是否着火和爆炸，或者燃烧是否扩展氧含量可决定金属是否着火和爆炸，或者燃烧是否扩展在使用具有爆炸性和起火危险的材料时，应保证良好的局部在使用具有爆炸性和起火危险的材料时，应保证良好的局部和整体通风，消除不允许存在的粉尘和气体进入空气的可能和整体通风，消除不允许存在的粉尘和气体进入空气的可能性，在工作房间中不准堆放大量的易燃粉末，对于爆炸性，在工作房间中不准堆放大量的易燃粉末，对于爆炸290 六、粉末冶金中的安全知识六、粉末冶金中的安全知识 危险性特别大的地方不允许放置电气设备并且严禁烟火危险性特别大的地方不允许放置电气设备并且严禁烟火 表表6-1 各种气体与空气混合物的爆炸极限各种气体与空气混合物的爆炸极限 291 六、粉末冶金中的安全知识六、粉末冶金中的安全知识1.2 防止金属粉末的自燃防止金属粉末的自燃 金属粉末在空气中存放时，在常温下发生反应和着火现金属粉末在空气中存放时，在常温下发生反应和着火现象称为自燃。

但必须区别开自燃和自动着火象称为自燃但必须区别开自燃和自动着火 金属粉末粒度减少时，其自燃的可能性增大金属粉末金属粉末粒度减少时，其自燃的可能性增大金属粉末表面层的状态对自燃的倾向有重要的影响金属粉末表面的表面层的状态对自燃的倾向有重要的影响金属粉末表面的化学沉积物或氧化物层若由于剥落或溶解而很快被除去，则化学沉积物或氧化物层若由于剥落或溶解而很快被除去，则自燃的可能性就可能骤然增大表自燃的可能性就可能骤然增大表6-2为某些金属燃烧的特为某些金属燃烧的特性 为减少粉末的自燃性，可采用尽可能大的粉末粒度和对为减少粉末的自燃性，可采用尽可能大的粉末粒度和对粉末进行保护涂层；保存具有自燃性的粉末时要用惰性气体粉末进行保护涂层；保存具有自燃性的粉末时要用惰性气体或油酸保护以防止氧化；金属粉末着火时，应小心处置且不或油酸保护以防止氧化；金属粉末着火时，应小心处置且不要扰动；对于大多数金属粉末着火时，不能用水来救火要扰动；对于大多数金属粉末着火时，不能用水来救火292 六、粉末冶金中的安全知识六、粉末冶金中的安全知识 表表6-2 某些金属燃烧的特性某些金属燃烧的特性293 六、粉末冶金中的安全知识六、粉末冶金中的安全知识2. 粉末冶金所用材料的有害作用和防护粉末冶金所用材料的有害作用和防护2.1 金属粉末的有害作用金属粉末的有害作用 金属粉末与其它一些非金属粉末对人体会产生有害作用。

金属粉末与其它一些非金属粉末对人体会产生有害作用这种有害作用是由于有害物质经过呼吸器官、消化器官及皮这种有害作用是由于有害物质经过呼吸器官、消化器官及皮肤而进入人体所致某些金属粉末的有害作用可能影响；到肤而进入人体所致某些金属粉末的有害作用可能影响；到呼吸、消化、视觉和嗅觉器官；可使器官中毒、病变、或者呼吸、消化、视觉和嗅觉器官；可使器官中毒、病变、或者使皮肤溃烂在这一方面最有害的是粉末粒度小于使皮肤溃烂在这一方面最有害的是粉末粒度小于5μｍｍ的细的细粉末2.2 一些材料的有害性一些材料的有害性 粉末冶金生产中所应用的，以及在生产过程中所形成的粉末冶金生产中所应用的，以及在生产过程中所形成的某些气体和液体也具有有害作用某些气体和液体也具有有害作用 有害物质的影响与浓度有关表有害物质的影响与浓度有关表6-3为粉末冶金生产中所为粉末冶金生产中所应用的一些物质的极限允许含量应用的一些物质的极限允许含量294 六、粉末冶金中的安全知识六、粉末冶金中的安全知识 表表6-3 空气中一些有害气体、蒸汽的最大允许浓度空气中一些有害气体、蒸汽的最大允许浓度295 六、粉末冶金中的安全知识六、粉末冶金中的安全知识2.3 对粉末冶金中的有害物质的防护对粉末冶金中的有害物质的防护 不正确的生产组织和手工操作都会使有害物质的含量超不正确的生产组织和手工操作都会使有害物质的含量超过允许范围而产生有害作用。

表过允许范围而产生有害作用表6-4为生产金属粉末时，从为生产金属粉末时，从不同的工序和在离产生粉尘处不同距离的地方，所采集到的不同的工序和在离产生粉尘处不同距离的地方，所采集到的空气中的含尘度由表可见，工作间的空气中，金属粉尘的空气中的含尘度由表可见，工作间的空气中，金属粉尘的浓度在很大范围内变化在手工操作的情况下，粉尘的浓度浓度在很大范围内变化在手工操作的情况下，粉尘的浓度特别高 为避免有害物质的毒害作用，主要措施有：生产过程的为避免有害物质的毒害作用，主要措施有：生产过程的高度自动化和生产设备的密封化；建立局部通风和整体通风高度自动化和生产设备的密封化；建立局部通风和整体通风装置；工人要采用防护用品；穿专用的工作服；使用润滑油装置；工人要采用防护用品；穿专用的工作服；使用润滑油保护皮肤；经常检查工作间的空气中有害物质的含量等保护皮肤；经常检查工作间的空气中有害物质的含量等 为减少粉尘和有害气体的发生，改进生产工艺过程是很为减少粉尘和有害气体的发生，改进生产工艺过程是很有效的途径此外，还应经常对工作人员进行健康检查有效的途径此外，还应经常对工作人员进行健康检查。

296 六、粉末冶金中的安全知识六、粉末冶金中的安全知识3. 噪音的有害影响噪音的有害影响 在粉末冶金生产中使用着大量能够产生强烈噪音的设备，在粉末冶金生产中使用着大量能够产生强烈噪音的设备，如球磨机、涡旋研磨机以及筛分设备等在噪音的长期作用如球磨机、涡旋研磨机以及筛分设备等在噪音的长期作用下，会使人的血液循环和各种器官的正常生理活动遭到破坏，下，会使人的血液循环和各种器官的正常生理活动遭到破坏，对听觉器官、中枢神经系统都会产生有害的影响消除噪音对听觉器官、中枢神经系统都会产生有害的影响消除噪音有两种方法：一是在研磨设备工作室的壁上覆盖吸音材料有两种方法：一是在研磨设备工作室的壁上覆盖吸音材料（如毛毡）；二是采取措施降低研磨设备本身的噪音如毛毡）；二是采取措施降低研磨设备本身的噪音 表表6-4 生产金属粉末时空气中的含尘度生产金属粉末时空气中的含尘度297 六、粉末冶金中的安全知识六、粉末冶金中的安全知识 续表续表6-4298¡ 再 见299300301302303304305306307308309310311312313314315316317318319320321322323324325326327328329330331332333334335336337338339340341342343344345346347348349350351352353354355356357358359360361362363364365366367368369370371372373374375376377378379380381382383384 对于粉末冶金应用来说对于粉末冶金应用来说, ,这种无氧粉这种无氧粉末允许使用便宜的合金元素末允许使用便宜的合金元素( (铬和锰等铬和锰等) )代替镍和铜。

镍作为战略性资源，不但代替镍和铜镍作为战略性资源，不但价格昂贵，并且还是一种致癌物价格昂贵，并且还是一种致癌物, , 应尽应尽量避免使用这种粉末也很适合于用温量避免使用这种粉末也很适合于用温压与热等静压工艺来生产高强度部件压与热等静压工艺来生产高强度部件一、制粉新技术385一、制粉新技术 为提高烧结钢的力学性能,通常在烧结后还须进行热处理为降低生产成本,开发了许多烧结后已硬化、不须再进行热处理的材料美国Hoeganaes公司推出了一种烧结硬化铁基粉末Ancoresteel737SH,其淬透性与压缩性均比现有的烧结硬化材料高2.2.烧结硬化粉烧结硬化粉386 利用烧结硬化粉可生产不需要再淬火或很少再利用烧结硬化粉可生产不需要再淬火或很少再淬火和回火的粉末冶金零件；除降低成本外淬火和回火的粉末冶金零件；除降低成本外, ,烧结烧结硬化可提供更好的公差控制硬化可提供更好的公差控制( (淬火和回火常引起一淬火和回火常引起一定程度的变形定程度的变形) ) 这种粉末可用于汽车工业这种粉末可用于汽车工业, ,特别适用于发动机部特别适用于发动机部件件, ,传动部件及近终形齿轮等。

传动部件及近终形齿轮等一、制粉新技术387 目前软磁复合材料已得到广泛应用它们是在在纯铁粉颗粒上包覆一层氧化物或热固化树脂进行绝纯铁粉颗粒上包覆一层氧化物或热固化树脂进行绝缘而制成的缘而制成的在低频应用中,采用粗颗粒铁粉与热固化树脂混合,获得高磁导率与低铁损的材料高频应用时,颗粒间需要更有效地进行绝缘,因而粒度要更小,以进一步减少涡流损失它可制成各向同性的软磁复合部件,但不需要高温烧结粉末晶粒度增大时,磁导率增大,矫顽力降低2.软磁金属复合粉制备软磁金属复合粉制备一、制粉新技术388采用燃烧火焰采用燃烧火焰----化学气相法生产纳米粉末在此法化学气相法生产纳米粉末在此法中中, ,稳定的平头火焰是由低压燃料稳定的平头火焰是由低压燃料/ /氧气混合气的燃氧气混合气的燃烧产生的化学母体与燃料一起导入燃烧室烧产生的化学母体与燃料一起导入燃烧室, ,在火在火焰的热区进行快速热分解由于燃烧室表面温度分焰的热区进行快速热分解由于燃烧室表面温度分布良好布良好, ,气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀, ,并并在很窄的热区进行热分解在很窄的热区进行热分解, ,因而能生产出粒度分布因而能生产出粒度分布集中的高质量的纳米粉。

集中的高质量的纳米粉3.3.燃烧火焰燃烧火焰----化学气相法化学气相法生产纳米粉末生产纳米粉末一、制粉新技术一、制粉新技术389 目前，该法已用于生目前，该法已用于生产产SiOSiO2 2、、TiOTiO2 2、、AlAl2 2O O3 3、、SnOSnO2 2、、V V2 2O O5 5、、ZrOZrO2 2等氧化等氧化物纳米粉该法生产的纳物纳米粉该法生产的纳米粉末成本十分低廉，按米粉末成本十分低廉，按年产年产100100吨纳米粉估算吨纳米粉估算, ,每每公斤纳米粉的成本不会高公斤纳米粉的成本不会高于于5050美元一、制粉新技术390一、制粉新技术 美国采用普通搅拌器、激光与便宜的反应材料,可快速、便宜、干净地生产1～100nm的银粉与镍粉4.4.激光生产纳米粉末激光生产纳米粉末391一、制粉新技术 例如例如, ,将硝酸银溶液与一种还原剂导入搅拌器中将硝酸银溶液与一种还原剂导入搅拌器中, ,用激光短时照射混合物用激光短时照射混合物, ,同时进行搅拌当激光同时进行搅拌当激光脉冲射到液体时，形成极小的脉冲射到液体时，形成极小的““热点热点””, ,使硝酸使硝酸银与还原剂发生反应银与还原剂发生反应, ,生成极小的银颗粒。

通过生成极小的银颗粒通过改变激光强度、搅拌器转速与反应成分改变激光强度、搅拌器转速与反应成分, ,可控制可控制银粉粒度银粉粒度, ,在一定程度上也可控制颗粒形状在一定程度上也可控制颗粒形状392 该法生产速度为该法生产速度为0.5-30g/min,0.5-30g/min,比其他比其他纳米粉末制备方法生产率高本方法所用纳米粉末制备方法生产率高本方法所用反应材料不污染环境，而以前生产银粉所反应材料不污染环境，而以前生产银粉所用的联氨是一种致癌物用这种方法生产用的联氨是一种致癌物用这种方法生产的银粉可用于制造焊料、牙科填料、电路的银粉可用于制造焊料、牙科填料、电路板、高速摄影胶片等板、高速摄影胶片等一、制粉新技术393一、制粉新技术　　大功率电脉冲施于氩气保大功率电脉冲施于氩气保护的金属丝上护的金属丝上, ,并受到大并受到大功率脉冲产生的特殊场约功率脉冲产生的特殊场约束柱形等离子体被加热束柱形等离子体被加热到到1500015000Ｋ以上高温Ｋ以上高温, ,因而因而电阻剧增电阻剧增, ,引起特殊场崩引起特殊场崩溃金属蒸气的高压引起溃金属蒸气的高压引起爆炸爆炸, ,产生冲击波产生冲击波, ,形成的形成的金属气溶胶快速绝热冷却金属气溶胶快速绝热冷却, ,制得纳米粉。

制得纳米粉5.电爆炸金属丝电爆炸金属丝制取纳米粉制取纳米粉394一、制粉新技术 此法可生产铝、镍、银、铜、锌、铂、此法可生产铝、镍、银、铜、锌、铂、钼、钛、锆、铟、钨及其合金粉钼、钛、锆、铟、钨及其合金粉. . 这些粉末可用于推进剂、炸药、烟这些粉末可用于推进剂、炸药、烟火、金属与陶瓷的粘结、助烧结剂、催火、金属与陶瓷的粘结、助烧结剂、催化剂、合成有机金属化合物等化剂、合成有机金属化合物等395 澳大利亚开发出一种机械化学法澳大利亚开发出一种机械化学法, ,可廉价生产可廉价生产纳米金属粉与陶瓷粉它采用球磨机来激活化学纳米金属粉与陶瓷粉它采用球磨机来激活化学反应反应, ,使形成极细的纳米金属或化合物晶粒使形成极细的纳米金属或化合物晶粒, ,再分再分离与提取微细晶粒例如机械研磨离与提取微细晶粒例如机械研磨FeCl3, ,由钠、由钠、钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物用适当钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物用适当洗涤法去除氯化物后洗涤法去除氯化物后, ,便可得到纳米铁颗粒便可得到纳米铁颗粒一、制粉新技术6.6.机械化学法生产廉价的纳米粉末机械化学法生产廉价的纳米粉末396 这一方法可成功生产这一方法可成功生产10～～20nm的粉末的粉末, ,化学化学纯度高纯度高, ,表面氧化物低于表面氧化物低于10%～～15%。

也可生产也可生产氧化物粉末氧化物粉末, ,粒度小于粒度小于5nm 潜在高技术应用潜在高技术应用: :切削工具、先进陶瓷、高切削工具、先进陶瓷、高密度磁记录介质、磁流体、催化剂等密度磁记录介质、磁流体、催化剂等一、制粉新技术397一、制粉新技术美国科学家采用声化学美国科学家采用声化学技术制取纳米金属粉技术制取纳米金属粉声化学是研究液体中高声化学是研究液体中高强度超声波产生的小气强度超声波产生的小气泡的形成、长大与内向泡的形成、长大与内向破裂等现象的学科破裂等现象的学科　　7.7.声化学制取纳米金属粉声化学制取纳米金属粉398一、制粉新技术这些超声波气泡的破裂这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在产生很强的局部加热而在冷液中形成冷液中形成“热点热点”,瞬时温度约为瞬时温度约为5000℃,压力约压力约1GPa,持续时间约持续时间约10亿分之一秒亿分之一秒 粗略而形象地说粗略而形象地说, ,上述这些数据相当于太阳的表上述这些数据相当于太阳的表面温度面温度, ,大洋底部的压力大洋底部的压力, ,闪电的时间当气泡破闪电的时间当气泡破裂时裂时, ,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个金属原子金属原子, ,而后聚集为原子簇。

这些原子簇含有几而后聚集为原子簇这些原子簇含有几百个原子百个原子, ,直径约为直径约为2 2～～3 3nm399一、制粉新技术 这些小的磁性金属原子簇这些小的磁性金属原子簇, ,像顺磁体材料像顺磁体材料一样一样, ,磁矩由原子簇的原子自旋构成磁矩由原子簇的原子自旋构成, ,且所有且所有自旋均在同一方向上自旋均在同一方向上, ,因而磁矩比普通材料高因而磁矩比普通材料高100多倍包覆这些颗粒可形成稳定铁胶体多倍包覆这些颗粒可形成稳定铁胶体, ,颗粒永远处于悬浮态颗粒永远处于悬浮态, ,现已作为现已作为““磁流体磁流体””工工业化生产业化生产, ,用于扬声器用于扬声器, ,磁性墨水磁性墨水, ,磁流体密封磁流体密封, ,润滑剂润滑剂, ,轴承轴承, ,医学等400二、粉末冶金成型新技术二、粉末冶金成型新技术原理原理: :将粉末装于一个导电将粉末装于一个导电的容器的容器( (护套护套) )内内, ,置于高强置于高强磁场线圈的中心腔中电容磁场线圈的中心腔中电容器放电在数微秒内对线圈通器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流入高脉冲电流, ,线圈腔中形线圈腔中形成磁场成磁场, ,护套内产生感应电护套内产生感应电流。

感应电流与施加磁场相流感应电流与施加磁场相互作用互作用, ,产生由外向内压缩产生由外向内压缩护套的磁力护套的磁力, ,因而粉末得到因而粉末得到二维压制整个压制过程不二维压制整个压制过程不足足1ms1.动磁压制技术动磁压制技术401动磁压制的优点动磁压制的优点: :• 由于不使用模具由于不使用模具, ,成型时模壁摩擦减少到成型时模壁摩擦减少到0 0，因而可，因而可达到更高的压制压力达到更高的压制压力, ,有利于提高产品，并且生产成有利于提高产品，并且生产成本低；本低；•由于在任何温度与气氛中均可施压由于在任何温度与气氛中均可施压, ,并适用于所有材并适用于所有材料料, ,因而工作条件更加灵活；因而工作条件更加灵活；• 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂, ,因而成型产因而成型产品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保二、粉末冶金成型新技术402二、粉末冶金成型新技术 许多合金钢粉用动磁压制做过实验许多合金钢粉用动磁压制做过实验, ,粉末中不粉末中不添加任何润滑剂添加任何润滑剂, ,生坯密度均在生坯密度均在95%以上。

动磁压以上动磁压制件可以在常规烧结条件下进行烧结制件可以在常规烧结条件下进行烧结, ,其力学性能其力学性能高于传统压制件动磁压制适用于制造柱形对称高于传统压制件动磁压制适用于制造柱形对称的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形状复杂的零件状复杂的零件403 动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化命性变化, ,由粉末材料一次制成近终形定子与转子由粉末材料一次制成近终形定子与转子, ,从而获得高性能产品从而获得高性能产品, ,大大降低生产成本大大降低生产成本 动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密烧结钐钴磁体由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高度高, ,其磁能积可提高其磁能积可提高15%-20%15%-20%二、粉末冶金成型新技术404 动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材料的显微结构不变料的显微结构不变, ,因而也提高了材料性能因而也提高了材料性能对于象Ｗ、ＷＣ与陶瓷粉末等难压制材料对于象Ｗ、ＷＣ与陶瓷粉末等难压制材料, ,动动磁压制可达到较高的密度磁压制可达到较高的密度, ,从而降低烧结收缩从而降低烧结收缩率。

目前许多动磁压制的应用已接近工业化率目前许多动磁压制的应用已接近工业化阶段阶段, ,第一台动磁压制系统已在运行中第一台动磁压制系统已在运行中二、粉末冶金成型新技术405二、粉末冶金成型新技术 瑞典开发出粉末冶金用高速压制法这可能是瑞典开发出粉末冶金用高速压制法这可能是粉末冶金工业的又一次重大技术突破高速压制采粉末冶金工业的又一次重大技术突破高速压制采用液压冲击机用液压冲击机, ,它与传统压制有许多相似之处它与传统压制有许多相似之处, ,但关但关键是压制速度比传统快键是压制速度比传统快500500～～10001000倍倍, ,其压头速度高其压头速度高达达2～～30m/s, ,因而适用于大批量生产液压驱动的重因而适用于大批量生产液压驱动的重锤锤(5(5～～12001200kg) )可产生强烈冲击波可产生强烈冲击波,0.02s,0.02s内将压制内将压制能量通过压模传给粉末进行致密化重锤的质量与能量通过压模传给粉末进行致密化重锤的质量与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度冲击时的速度决定压制能量与致密化程度　　2.高速压制高速压制406 高速压制的另一个特点是产生多重冲击高速压制的另一个特点是产生多重冲击波，间隔约波，间隔约0 3s的一个个附加冲击波将密度的一个个附加冲击波将密度不断提高。

这种多重冲击提高密度的一个优不断提高这种多重冲击提高密度的一个优点是点是, ,可用比传统压制小的设备制造重达可用比传统压制小的设备制造重达5kg以上的大零件以上的大零件 高速压制适用于制造阀座、气门导管、高速压制适用于制造阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套及轴承座圈等产品及轴承座圈等产品二、粉末成型新技术407与传统压制相比与传统压制相比, 高速压制的优点是：高速压制的优点是：¡压制件密度提高，提高幅度在压制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；左右；¡压制件抗拉强度可提高压制件抗拉强度可提高20%～～25%；；¡高速压制压坯径向弹性后效很小高速压制压坯径向弹性后效很小, 脱模力较低；脱模力较低；¡高速压制的密度较均匀高速压制的密度较均匀, 其偏差小于其偏差小于0.01g/cm3 二、粉末成型新技术408 温压技术是近几年新发展的一项新技术温压技术是近几年新发展的一项新技术它是它是在混合物中添加高温新型润滑剂在混合物中添加高温新型润滑剂，，然后将粉末和然后将粉末和模具加热至模具加热至423K左右进行刚性模压制左右进行刚性模压制，，最后采用最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术传统的烧结工艺进行烧结的技术，，是普通模压技是普通模压技术的发展与延伸术的发展与延伸，，被国际粉末冶金界誉为被国际粉末冶金界誉为 ““开创开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元铁基粉末冶金零部件应用新纪元””和和““导致粉末导致粉末冶金技术革命冶金技术革命””的新型成型技术的新型成型技术。

二、粉末成型新技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 409二、粉末成型新技术 温压技术的特点温压技术的特点 ：：• 能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件；能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件；• 提高零部件生坯密度和高强度，便于制造形状提高零部件生坯密度和高强度，便于制造形状复杂以及要求精密的零复杂以及要求精密的零 部件部件 ；；• 产品密度均匀产品密度均匀410二、粉末成型新技术温压技术研究和开发的核心：温压技术研究和开发的核心：• 预合金化粉末的制造技术；预合金化粉末的制造技术；• 新型聚合物润滑剂的设计；新型聚合物润滑剂的设计；• 石墨粉末有效添加技术；石墨粉末有效添加技术；• 无偏析粉末的制造技术；无偏析粉末的制造技术；• 温压系统制备技术温压系统制备技术411 温压技术主要适合生产铁基合金零件同时人们正在尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件由于温压零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉末冶金制品的可靠性，因此温压技术在汽车制造 机械制造、武器制造等领域存在着广阔的应用前景二、粉末成型新技术412二、粉末成型新技术 流动温压技术以温压技术为基础流动温压技术以温压技术为基础, ,并结合了金并结合了金属注射成形的优点属注射成形的优点, ,通过加入适量的微细粉末和通过加入适量的微细粉末和加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性性、填充能力和成形性, , 这一工艺是利用调节粉这一工艺是利用调节粉末的填充密度与润滑剂含量来提高粉末材料的成末的填充密度与润滑剂含量来提高粉末材料的成形性。

它是介于金属注射成形与传统模压之间的形性它是介于金属注射成形与传统模压之间的一种成形工艺一种成形工艺4.流动温压技术流动温压技术413二、粉末成型新技术 流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性，主流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性，主要通过两种方法来实现：要通过两种方法来实现： 第一种方法是向粉末中加入精细粉末这种精细第一种方法是向粉末中加入精细粉末这种精细粉末能够填充在大颗粒之间的间隙中粉末能够填充在大颗粒之间的间隙中, ,从而提高了混合从而提高了混合粉末的松装密度粉末的松装密度 第二种方法是比传统粉末冶金工艺加入更多的粘第二种方法是比传统粉末冶金工艺加入更多的粘结剂和润滑剂结剂和润滑剂, ,但其加入量要比粉末注射成形少得多但其加入量要比粉末注射成形少得多粘结剂或润滑剂的加入量达到最优化后粘结剂或润滑剂的加入量达到最优化后, ,混合粉末在压混合粉末在压制中就转变成一种填充性很高的液流体制中就转变成一种填充性很高的液流体414二、粉末成型新技术 将上述两种方法结合起来将上述两种方法结合起来, ,混合粉末在混合粉末在压制温度下就可转变成为流动性很好的黏压制温度下就可转变成为流动性很好的黏流体流体, ,它既具有液体的所有优点它既具有液体的所有优点, ,又具有很又具有很高的黏度。

混合粉末的流变行为使得粉末高的黏度混合粉末的流变行为使得粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹415二、粉末成型新技术流动温压工艺主要特点如下: (1)可成形零件的复杂几何形状国外已利用常规温压工艺成功制备出了一些形状较复杂的粉末冶金零件,如汽车传动转矩变换器涡轮毂、连杆和齿轮类零件等 (2)密度高、性能均一流动温压工艺由于松装密度较高,经温压后的半成品密度可以达到很高的值由于流动温压工艺中粉末的良好流动性,由此得到的材料密度也更加均匀416　 (3)(3)适应性较好流动温压工艺已经用于适应性较好流动温压工艺已经用于低合金钢粉、不锈钢低合金钢粉、不锈钢316L316L粉、纯粉、纯TiTi粉和粉和WC-WC-CoCo硬质合金粉末原则上它可适用于所有硬质合金粉末原则上它可适用于所有的粉末体系，唯一的条件是该粉末体系须的粉末体系，唯一的条件是该粉末体系须具有足够好的烧结性能具有足够好的烧结性能, ,以便达到所要求的以便达到所要求的密度和性能密度和性能 (4)(4)简化了工艺简化了工艺, ,降低了成本降低了成本二、粉末成型新技术417　 美国开发出一种能在室温下生产全致密零美国开发出一种能在室温下生产全致密零件而无需后续烧结的粉末冶金工艺。

此工艺称件而无需后续烧结的粉末冶金工艺此工艺称之为之为““冷成形粉末冶金冷成形粉末冶金””它采用特殊配制的它采用特殊配制的活化溶液与革新的进料靴技术活化溶液与革新的进料靴技术, ,在压力下精确在压力下精确地将粉末注入模中加压输送的进料靴使粉末地将粉末注入模中加压输送的进料靴使粉末填充更加均匀填充更加均匀, ,而活性溶液则防止形成氧化物而活性溶液则防止形成氧化物, ,从而大大促进了冷焊效应从而大大促进了冷焊效应二、粉末成型新技术4.冷成形工艺冷成形工艺418二、粉末成型新技术 采用这一工艺可制得全致密的接近最终形采用这一工艺可制得全致密的接近最终形状的零件，而压制后无需烧结及机加工此工状的零件，而压制后无需烧结及机加工此工艺采用包覆粉末但许多市售的金属或非金属艺采用包覆粉末但许多市售的金属或非金属粉末也可使用目前该工艺的开发工作主要集粉末也可使用目前该工艺的开发工作主要集中于生产热操作零件，但这一工艺也适用于生中于生产热操作零件，但这一工艺也适用于生产结构件及其他用途的零件产结构件及其他用途的零件419三、三、烧结新技术烧结新技术在普通烧结技术的基础上，通过改进加在普通烧结技术的基础上，通过改进加热源、施加外力等作用在较短的时间里热源、施加外力等作用在较短的时间里使粉体致密化的过程，主要有微波烧结使粉体致密化的过程，主要有微波烧结技术和电火花烧结技术等。

技术和电火花烧结技术等420三、三、烧结新烧结新技术技术 微微波波烧烧结结是是通通过过被被烧烧结结粉粉体体吸吸收收微微波波，，将将电电磁磁波波能能量量直直接接转转化化成成物物质质中中粒粒子子的的能能量量，，使使其其内内部部产产生生热热而而烧烧结结的的方方法法它它热热效效率率高高，，可可急急速速升升温温缩缩短短烧烧结结时时间间，，加加上上微微波波与与粒粒子子间间的的交交互互作作用用，，降降低低了了粒粒子子间间的的活活化化能能，，加加速速材材料料的的致致密密化化它它比比传传统统电电炉炉以以热热传传导导、、热热对对流流和和热热辐辐射射的的外外部部加加热热方方式式有有更更高高的的效效率率避避免免了了外外部部加加热热由由于于内内外外温温度度梯梯度度而而造造成烧结体裂痕或大幅度变形等缺陷成烧结体裂痕或大幅度变形等缺陷 1.1.微波烧结技术微波烧结技术421三、烧结新烧结新技术技术 已烧结成多种材料：如陶瓷和铁氧体等材料另外，在日本又开发出相似的毫米波烧结技术，并成功地在2023K下保温1h烧结成全致密的AlN材料双频微波烧结炉双频微波烧结炉生产用大型微波烧结炉422三、烧结新技术烧结新技术2.爆炸压制技术爆炸压制技术 爆炸压制又称冲击波压制是一种有前途的工艺爆炸压制又称冲击波压制是一种有前途的工艺方法方法, ,它在粉末冶金中发挥了很重要的作用它在粉末冶金中发挥了很重要的作用, , 爆炸压爆炸压制时制时, ,只是在颗粒的表面产生瞬时的高温只是在颗粒的表面产生瞬时的高温, ,作用时间作用时间短短, ,升温和降温速度极快。

适当控制爆炸参数升温和降温速度极快适当控制爆炸参数, ,使得使得压制的材料密度可以达到理论密度的压制的材料密度可以达到理论密度的90%以上以上, ,甚至甚至达到达到99%423爆炸压制装置示意图424 国内用国内用NdFeB磁粉进行了爆炸压制技术的研究磁粉进行了爆炸压制技术的研究用磁粉的性能为：磁感矫顽力用磁粉的性能为：磁感矫顽力Hcb=453.08kA/m，，Br=0.783T, (BH)max =89.9kJ/m3爆炸压制后得到的爆炸压制后得到的NdFeB磁体性能为：磁体性能为：Hcb=403kA/m，，Br=0.805T，， (BH)max=90.7kJ/m3 从测量结果可以看出从测量结果可以看出, 爆炸压制钕铁硼磁体的磁爆炸压制钕铁硼磁体的磁性能保持了原始磁粉的性能性能保持了原始磁粉的性能, 最大磁能积没有太大的最大磁能积没有太大的变化这是常规粘结变化这是常规粘结NdFeB磁体无法达到的磁体无法达到的425三、烧结新技术3.放电等离子烧结（放电等离子烧结（SPS）） 放电等离子烧结是将金属等粉末装入由石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲和通电电极将特定烧结电源和压制压力施加在烧结粉末。

经放电活化、热塑变形和冷却阶段完成制取高性能材料或制件的一种方法它是粉末冶金的一种新的烧结技术，是将电能和机械能同时赋于烧结粉末的一种新工艺426SPS烧结原理示意图427 SPS原理是利用强脉冲电流加在粉末颗粒上产生的诸多有利于快速烧结的效应：1）由于脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场 中反方向的高速流动, 可使粉末吸附的气体逸散, 粉末表 面的起始氧化膜在一定程度上可被击穿, 使粉末得以净 化、活化;4282）由于脉冲是瞬间、断续、高频率发生, 在粉末颗粒未接触 部位产生的放电热, 以及粉末颗粒接触部位产生的焦耳热, 都大大促进了粉末颗粒原子的扩散, 其扩散系数比通常热 压条件下的要大得多,而达到粉末烧结的快速化;3）快速脉冲电流的加入, 无论是粉末内的放电部位还是焦耳 发热部位, 都会快速移动, 使粉末的烧结能够均匀化429与传统的粉末冶金工艺相比，SPS工艺的特点是：• 粉末原料广泛：各种金属、非金届、合金粉末，特别是活性大的各种粒度粉末都可以用作SPS 烧结原科• 成形压力低：SPS烛结时经充分微放电处理，烧结粉末表面处于向度活性化状态．为此，其成形压力只需要冷压烧结的l/10~1/20。

• 烧结时间短：烧结小型制件时一般只需要数秒至数分钟，其加热速度可以高达106℃/s，自动化生产小型制件时的生产率可达400件/h430• 采用石墨模具，成本低，加工方便• 大气下烧结：电火花烧结时一般是在大气下进行，甚至高 活性铍制件也可以在大气下烧结• 脉动电源，通常采用的足直流与交流叠加的脉动电源• 节约能源，热效率高，耗电量只相当于电阻烧结的1/10431SPS可加工材料432SPS技术制备梯度功能材料 通过SPS技术可以制造陶瓷/金属、聚合物/金属以及其他耐热梯度、耐磨梯度、硬度梯度、导电梯度、孔隙度梯度等材料梯度层可到10多层 433 美国国立标准技术研究所和机械工程实验室与日本国际贸易工业部门合作, 共同开发了高效发动机用的大尺寸耐热、高强梯度材料现已能批量生产 150ｍｍ, 厚15ｍｍ, 11层的ZrO2 梯度材料采用的SPS工艺参数是: 压力20～40MPa, 温度1243～1293Ｋ, 升温速率50K/Min, 真空度10Pa 采用SPS烧结得到了两头分别是100%的玻璃与100%的304不锈钢, 而中间呈4层的梯度材料。

烧结温度1073Ｋ,保持时间15Min, 真空下进行434SPS技术制备电磁材料 通过SPS技术可以制造SiGe/PbTe/BiTe/FeSi/CoSb3系热电转换元件,以及广泛用于电子领域的各种功能材料, 如超导材料、磁性材料、靶材、介电材料、贮氢材料、形状记忆材料、固体电池材料、光学材料等435SPS制备软磁材料 通常用急冷或喷射方法可得到FeMe(Nb、Zr、Hf)Ｂ的非晶合金,在稍高于晶化温度处理后, 可得到晶粒数10ｎｍ，具有体心立方结构，高Bs 、磁损小的纳米晶材料但非晶合金目前只能是带材或粉末, 制作成品还需要将带材重叠和用树脂固结, 这使得成品的密度和Bs均变低近年, 日本采用SPS工艺研究FeMeＢ块材的成形条件及磁性能436 用SPS制取块状纳米晶Fe90Zr7B3软磁的过程是: 先将由非晶薄带经球磨制成的50～150μｍ非晶粉末装入WC/Co合金模具内,并在SPS烧结机上烧结(真空度1×10-2Pa以下、升温速度0.09~1.7K/s、温度673～873Ｋ、压力590MPa), 再把所得的烧结体在1×10-2Pa真空下、以3 7K/s速度加热到923Ｋ、保温后而制成。

材料显示较好的磁性能：最大磁导率29800、100Ｈｚ下的动态磁导率3430, 矫顽力12Ａ/ｍ437SPS制备块状纳米晶FeMeB系永磁材料 日本开展了用SPS 制备Fe66Co20Nd2Pr7B5异向性永磁的研究将急冷制作的非晶薄带球磨成37～105μｍ的粉末, 装入WC/Co合金模具内, 在SPS烧结机上烧结(压力374～636MPa, 温度673～873Ｋ), 然后将烧结体在真空1×10-2Pa下、于973Ｋ进行180s处理结果表明: 烧结温度873Ｋ、压力636MPa时, 烧结体的相对密度达97 6%～98 4%经磁性测定表明, 烧结加压方向的最大磁能积比平行方向的要大,并且随着SPS烧结温度和压力的升高, 异向性增加438 日本还研究了用作交换弹簧永磁Fe76Nd9Co8V1B6块状纳米晶材料的研究采用SPS工艺, 将急冷制取的薄带烧结成块材试验结果表明: 采用压力940MPa、温度948K、保温1Min的SPS工艺可得到很好的磁性: Br=1.02T, Hcj=461kA/ｍ, (BH)ｍ=122kJ/m3, Hk/Hcj=30%,ρ=7.67g/cm3。

在373Ｋ×1ｈ加热条件下, 材料的不可逆磁损只有4%, 与MQP-B粘结磁体大致相同439SPS制备BaTiO3高介电材料 日本报道了将BaTiO3粉末装入石墨模具内,采用SPS工艺(加压39MPa, 通入电流4000Ａ, 温度1373Ｋ, 时间3Min)制成的烧结体, 其密度可达5.82g/cm3, 达到理论密度的97%, 而采用传统烧结方法只能达到88%; SPS烧结体的晶粒尺寸基本上为0.5μｍ, 而传统烧结时为1～1.5μｍSPS烧结体的介电系数达到6200, 而传统烧结仅能达到2400440SPS技术生产硬质合金 在日本SPS首先投入批量生产的是硬质合金 住友石炭矿业株式会社已在北海道建立了SPS生产超级硬质合金的示范工厂, 并形成TC系列产品下表列出TC10、TC20以及无钴TC00合金的性能　441SPS技术生产精细陶瓷 由于SPS脉冲放电特有的烧结效应, 可广泛烧结各种氧化物、氮化物、硅化物、碳化物、硼化物等SPS烧结的Si3N4+Al2O3精细陶瓷(环形、圆筒形、圆柱、圆饼等) 作为耐热耐磨材料已被广泛应用。

SPS烧结可抑制晶粒长大、消除微孔和烧结不均匀性, 相对密度达到99%～100%, HV达到20GPa以上442　高纯、高密度SiC的烧结 采用SPS可使不含结合剂的SiC烧结到99%以上的理论密度,而采用传统烧结法只能达到92%～93%SPS的烧结工艺为:温度2673Ｋ、升温和保温时间7Min下表列出在两种烧结方法下SiC陶瓷性能的比较443SPS技术制备多孔材料 SPS不仅可在短时间内使难烧结的材料致密化, 而且通过选择合适的工艺参数(主要是压力)，还可制取理想的多孔材料近年日本用金红石、切削铸铁粉、雾化铸铁粉等进行了SPS烧结多孔材料的研究444 将SiC晶须装入石墨模内, 在1973~2273Ｋ，10~80MPa、5~60Min工艺条件下作了较系统的烧结研究当烧结压力为10MPa时，烧结体的孔隙度达到63%，抗弯强度达到42MPa；当烧结压力为80MPa时，烧结体的孔隙度达到34%，抗弯强度达到80MPa　　445 SPS技术制备的多孔材料中孔隙的均匀性十分好将雾化Ni20Cr (平均粒径20μｍ)粉末用SPS技术制备多孔材料, SPS的工艺参数是真空下烧结, 温度1073Ｋ,烧结300s。

在多孔体半径(25ｍｍ)方向上，孔隙度的均匀性很好, 各区域孔隙度相差不到2%在SEM的断面形貌图上看不出加压方向下粉末颗粒被压扁的现象, 而颗粒之间结合的很好, 开孔气孔率达到33%左右446四、金属粉末注射成形技术 金属粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法它是使用大量热塑性粘结剂与粉料一起注入成形模中，施于低而均匀的等静压力，使之固结成形，然后脱粘结剂烧结注射成型产品447 这种技术能够制造用常规模压粉末的技术无法制造的复杂形状结构（如带有螺纹、垂直或高叉孔锐角、多台阶、壁、翼等）制品，具有更高的材质密度（93%~100%的理论密度）和强韧性，并具有材质各向同性等特性目前该项技术成为粉末冶金领域最具活力的新技术 并已进入工业化生产阶段四、金属粉末注射成形技术448 金属粉末注射成型技术制作的产品有齿轮汽车部件、通信器械元件(如的情报通信器械和计算机的 OA 器件)、电动工具、门锁、乐器、医疗器件和缝纫机元件、工业设备元件和磁性元件、枪支瞄准器支架、手枪退子钩和撞针、窗户锁扇形块、纺织机的三角块、眼镜框架的柔性铰链、眼镜脚、手表表壳等。

产品都有一个明显的特点：其结构小而复杂，密度和精度高等制作材料除铁 镍合金外，还有钛及钛合金、铝及铝合金、超硬合金和重合金等 四、金属粉末注射成形技术449四、金属粉末注射成形技术微注射成型 传统粉末注射成形技术, 可制得0 1～1ｍｍ尺寸的部件, 已制得最小20mg的零件但随着微型系统的发展, 包括微观光学, 最小侵害外科及微观射流技术等, 需要形状复杂、尺寸在微米范围内的金属与陶瓷零件微注射成形适用于大规模制造微型结构件450四、金属粉末注射成形技术 德国在10年前就开始研究微注射成形技术, 不过所用的原料为热塑性塑料,最小件尺寸已达0.2μｍ德国在此研究的基础上, 现正研究微金属注射成形与微陶恣注射成形技术所用粉末为平均粒度1 5μｍ的羰基铁粉, 4～5μｍ的不锈钢粉和0.6μｍ的氧化铝粉所用粘结剂有自混聚烯烃/蜡化合物与常态聚醛基化合物研究中的脱粘结剂方法有加热去除有机物法, 聚醛基化合物催化脱粘结剂法及超临界二氧化碳脱粘结剂法451四、金属粉末注射成形技术 所制的产品复压后密度达98%，线性收缩15%～22%最小微陶瓷注射成形结构件尺寸达10μｍ，微注射陶瓷齿轮重量仅为0 5mg，最小的微金属注射成形件尺寸为50μｍ。

微注射成形用于微型泵、微型齿轮、微型涡轮、最小损伤外科用的微型导管等微注射成型产品452五、快速原型制作技术 快速原型制造技术是近几年发展起来的利用计算机辅助设计制造复杂形状零件的技术借助计算机三维辅助设计、计算机层析Ｘ光摄影机、有限元分析或母型数字化数据,对欲制件进行三维描述, 将部件分割成许多很薄的水平层, 获得相应的工艺参数在输入各工艺参数后, 快速原型制造机便可自动制造出部件来大多数快速原型制造法都采用粉末做原料常用的方法有激光烧结法, 多相喷射固结法及三维印刷法等453选择激光烧结法（SLS）工艺原理图五、快速原型制作技术454五、快速原型制作技术 选择激光烧结法是用激光束一层一层地烧结生产塑料原型现在可选用多种粉末, 包括金属粉末与陶瓷粉末金属粉末选择激光烧结, 旨在直接生产功能部件这使工业界对它产生了极大兴趣, 因为它在产品开发过程中, 节省时间并降低成本SLS系统及产品455五、快速原型制作技术 多相喷射固结法是一种新的自由成形技术可用于制造生物医学零件, 如像矫形植入物、牙齿矫正与修复材料、一般修复外科用部件等多相喷射固结法, 根据ＣＴ扫瞄得到的假体的三维描述, 就可以制造出通常外科所需零件,而无需开刀去实际测量。

将金属粉或陶瓷粉与粘结剂混合, 形成均匀混合料多相喷射固结法就是将这些混合料按技术要求进行喷射,一层一层地形成一个零件在部件形成之后, 其中的粘结相用化学法或者加热去除, 而后烧结到最终密度456多相喷射固结法流程示意图457 三维印刷法是美国麻省理工学院发明的该法是根据印刷技术,通过计算机辅助设计, 将粘结剂精确沉积到一层金属粉末上这样反复逐层印刷, 直至达到最终的几何形状由此便得到一个生坯件生坯件经烧结并在炉中熔渗, 可达到全密度五、快速原型制作技术458三维印刷法流程示意图459 三维印刷法不同于原型制做的选择激光烧结法后者一次只能制做一个零件, 而前者可同时生产几个形状不同的零件三维印刷法有两个优点: 第一,它能制造任何形状的零件,包括有空腔、内通孔、有锥度或泡沫状表面的零件第二,生产速度快采用耗时费钱的传统原型制作法, 一个零件原型要数周或数月才能制成, 而用三维印刷法, 几天便可完成五、快速原型制作技术460 粉末冶金应用领域不断扩大, 新技术层出不穷我国的粉末冶金工业起步不算晚, 但产品数量、质量与技术方面与先进国家相比, 尚有不小差距。

因而应及时了解与掌握不断出现的新技术, 尤其重要的是, 要主动开发我们自己的新技术461谢谢 谢谢462。