粉末冶金基本知识篇,粉末冶金基本工艺

('粉末冶金基本知识篇绪论粉末冶金（也称金属陶瓷法）：制取金属或用金属粉末（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、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。粉末冶金工艺：1）、制取金属、合金、金属化合物粉末以及包覆粉末；2）、将原料粉末通过成形、烧结以及烧结后的处理制得成品。大概流程：物料准备（包括粉末预先处理（如加工，退火）、粉末分级、混合和干燥等）→成形→烧结→烧结后处理（精整、浸油、机加工、热处理、粉末冶金的特点：1.能生产用普通熔炼方法无法生产的具有特殊性能的材料：①能控制制品的孔隙度(多孔材料、多孔含油轴承等)；②能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材料（钨-铜假合金型的电触头材料、金属和非金属组成的摩擦材料等）；③能生产各种复合材料。2.粉末冶金方法生产的某些材料，与普通熔炼法相比，性能优越：①高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法生产的好（粉末高速钢可避免成分的偏析）；②生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末冶金法（钨、钼、铌等难熔金属）。粉末冶金技术的优越性和局限性：优越性：1）、无切削、少切削，能够大量节约材料，节省能源，节省劳动。普通铸造合金切削量在30-50%，粉末冶金产品可少于5%。2）、能够大量能够制备其他方法不能制备的材料。3）、能够制备其他方法难以生产的零部件。局限性：1、粉末成本高；2、制品的大小和形状受到一定限制；3、烧结零件的韧性较差。常用粉末冶金材料：粉末冶金减摩、多孔、结构、工具模、高温和电磁材料。第一章：粉末的制取第一节：概述制粉方法分类：机械法：由机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。物理法：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末。化学法：依靠化学或电化学反应，生成新的粉态物质（气相沉积、还原化合、电化学发）。在固态下制取粉末的方法包括：有机械粉碎法和电化腐蚀法；还原法；还原-化合法。在气态制备粉末的方法包括:蒸气冷凝法；羟基物热离解法。在液态制备粉末的方法有:雾化法；置换法、溶液氢还原法；；水溶液电解法；熔盐电解法。从过程的实质看，现有制粉方法大体上可归纳为两大类，即机械法和物理化学1法。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；物理化学法是借助化学或物理的作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而活的粉末。第二节：还原或还原-化合法还原法：定义:用还原气体(固体)或活泼金属将氧化物还原制备粉末的过程。具体包括：气相还原法和碳还原法。前者分为气相氢还原（还原剂----氢气）和气相金属热还原（还原剂----低熔点、低沸点的金属如Mg、Ca、Na等）；后者举例：Fe2O3→Fe3O4→浮斯体(FeO•Fe3O4)→Fe。当然，用固体碳还原还可以制取钨粉，用氢或分解氨还原可制取钨、钼、铁、铜等，用钠、钙、镁等金属还原剂可制取钛、锆、铀等。影响碳还原铁氧化物过程和铁粉质量的因素：1）原料①原料中杂质:原料中杂质特别是SiO2的含量超过一定限度后，不仅还原时间延长，并且使还原不完全，铁粉中含铁量降低。因此，一般以铁磷或矿石作原料需要进行磁选。②原料粒度:多相反应与界面有关，原料粒度愈细，界面的面积愈大，因而促进反应的进行。所以，原料准备中一般要粉碎。2）固体碳还原剂①固体碳还原剂类型：还原能力：木炭>焦炭>无烟煤②固体碳还原剂用量：一定还原条件下，其用量主要依据氧化铁的含氧量来定。适宜的还原剂加入量：86%-90%3）还原工艺条件①还原温度和还原时间：随温度升高，还原时间缩短。②料层厚度：随着料层厚度的增加，还原时间随之增长。在料层0.6—3.6cm范围，还原时间增长与厚度增厚成直线关系，这是传热阻力增大的缘故。（装罐层装法→装罐环/柱装法）③还原罐密封程度的影响：保证一定的气氛（为保证有足够CO，一般要密封还原罐）。4）添加剂①加入一定的固体碳：碳加入方法：原料铁鳞或铁矿石与固体碳混合压团装入；原料与还原剂分层相间装入。生产上常采用后者。且加入适量固体碳可起疏松剂和辅助还原剂作用。②返回料的影响：加入一定量飞废铁粉，加速还原过程（主要缩短诱导期）。③引入气体还原剂：引入气体可使还原过程加速。④碱金属盐的影响：引入碱金属盐可使还原过程加速（Na2CO3，K2CO3等）。5）海绵铁的处理：还原退火处理作用：退火软化作用，提高铁粉的塑性，改善铁粉的压缩性；补充还原作用；脱碳作用，把碳含量降低到0.25-0.05%以下。复合型粉末：是指用气体或液体雾化法制成的完全预合金粉末、部分扩散预合金粉末以及粘附型复合粉末。补充：1、气体还原法：可作为还原剂的有氢、分解氨（H2+N2）、转化天然气（主要成分为H2和CO）、各种煤气（主要成分是CO）等。此方法制取的铁粉比用固相法制备的要纯。氢还原法制取铁过程：当氢还原氧化铁时，提高压力对还原是有利的，相2当于提高温度来提高还原速度。或者说，当采用高压还原时，还原温度可以大大降低，还原所得的铁粉不会粘结成块。值得注意的是，在低温下所得的铁粉有自燃性，为防止氧化，要在常压下在保护气氛中加热到600—800℃，使铁粉被钝化而失去自燃性。氢—铁法特点：1）、采用较低的还原温度和较高压力；2）、可利用粉矿；3）、所得的铁粉很纯，适合生产粉末冶金铁基零件；4）、所用的氢是将转化天然气中的CO转化成CO2除去后的转化氢；5）、还原后的气体带出一部分固体颗粒，由还原反应器顶部引入旋风收尘器内，大于325目的颗粒返回还原反应器。氢还原法制取钨过程：一般用分段还原法制取。影响钨粉粒度和纯度的因素：原料（WO3粒度、含水量、杂质）；氢气（湿度、流量和通氢方向）；还原工艺条件（温度、推舟速度、舟中料层厚度）以及添加剂。注意：粗颗粒钨粉通常采用一阶段直接还原法（1200℃）制取；中、细颗粒一般采用两阶段还原法。2、金属热还原法：主要应用于制取稀有金属，特别适用于生产无碳金属。还原—化合法：生产难熔金属化合物的方法：1、用碳（或喊碳气体）、硼、硅、氮与难熔金属直接化合；2、用碳，碳化硼、硅、氮与难熔金属氧化物作用而得碳化物、硼化物、硅化物和氮化物。第三节：气相沉积法物理气相沉积法：用物理方法（蒸发、溅射等），使镀膜材料汽化在基体表面，沉积成覆盖层的方法。化学气相沉积法：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新材料，沉积到晶片表面上。气相沉积法用在粉末冶金中的有以下几种：1、金属蒸气冷凝：主要用于制取具有大蒸气压的金属（锌、镉等）粉末，这些金属的特点是具有较低的熔点和较高的挥发性；2、羰基物热离解：离解金属羰基化合物而制取粉末。不过，金属羰基化合物挥发时有不同程度的毒性，生产上应采取防毒措施；3、气相还原法：包括气相氢还原和气相金属热还原。前者主要是还原金属氯化物，制得粉末、合金粉和包覆粉末，一般是很细的或超细的；4、化学气相沉积（CVD）：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（包括碳化物、硼化物、硅化物和氯化物等）的方法。第四节：液相沉积法定义：在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加入适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物再将沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的粉体颗粒。液相沉淀法在粉末冶金中的应用有以下几种：1）、金属置换法：制取铜粉、铅粉、银粉等。用一种金属从水溶液中取代出另一种金属的过程叫做置换。影响置换过程和粉末质量的因素有：金属沉淀剂、被沉淀金属等。2）、溶液气体还原法：主要是溶液氢还原法，可以制取铜粉、镍粉、钴粉，也可以制取合金粉（如镍-钴合金粉）和各种包覆粉（如Ni/Al等）。33）、共沉淀法制取复合粉：共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀。共沉淀法是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。共沉淀制取复合粉的方案：1.使基体金属和弥散相金属的盐或氢氧化物在某种溶液中同时均匀析出，后经干燥、分解、还原以得基体金属和弥散相的复合粉；2.将弥散相制得最终粒度，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，经干燥和还原就可得以弥散相为核心，基体金属包覆在外的包覆粉。第五节：电解法电解制粉可以分为：水溶液电解、有机电解质电解、熔盐电解和液体金属阴极电解。其中用的较多的是水溶液电解和熔盐电解。水溶液电解法：可以生产铜、铁、镍、银等。从粉末特性来看，电解法有一个提纯过程，因而所得粉末较纯；同时，由于电解结晶粉末形状一般为树枝状，压制性（包括压缩性和成形性）较好；电解还可以控制粉末粒度，因而可以生产超细粉末。水溶液电解基本原理——电化学原理电解：在直流电作用下，在电极上产生氧化与还原的过程。在阳极上失去电子，氧化反应，成为正离子；在阴极上金属正离子获得电子，还原成为金属原子。电解时，电能转化为化学能——作用与原电池相反。第六节：雾化法1.雾化法雾化法属于机械制粉法，是直接击碎液体金属或合金而制得粉末的方法。又称喷雾法。可用于制取铅、锡、铝、铜、镍、铁、锌等金属粉末，也可制取合金粉末。液体金属的击碎包括制粒法和雾化法：1.制粒法（让熔化金属通过小孔或筛网自动注入空气或水中，冷却凝固后得到金属粉末，粒度较粗）-低熔点金属制取（铅、锡、锌等）；2.雾化法①二流雾化法，分气体雾化和水雾化；②离心雾化，分旋转圆盘雾化、旋转电极雾化、旋转坩埚雾化；③其他雾化法，如真空雾化、油雾化等比较原理：二流雾化法是利用高速气流或高压水击碎金属液流的，而机械粉碎法是借机械作用破坏固体金属原子间的结合，所以雾化法只要克服液体金属原子间的键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法小得多。根据雾化介质对金属液流作用的方式不同，雾化就有多种形式：平行喷射、垂直喷射和互成角度的喷射（V型、锥形和旋涡环形喷射）。其中互成角度的喷射最有意义。雾化机理分析：有物理—机械作用和物理—化学变化（具体分析见P95）。影响雾化粉末性能的因素：（1）雾化介质1）雾化介质类别：气体：空气和惰性气体等。空气-雾化过程氧化不严重或雾化后经还原处理可脱氧的金属（如铜、铁和碳钢等）。惰性气体—减少金属液的氧化和气体溶解。液体：水42）气体或水的压力的影响：气体压力愈高，所得粉末愈细。（2）金属液流1）金属液的表面张力和粘度：在其他条件不变时，金属液的表面张力愈大，粉末成球形的愈多，粉末粒度也较粗；相反，金属液的表面张力小时，液滴易变形，所得粉末多呈不规则形状，粒度也减小。减小金属的粘度，促进液滴球化。2）金属液过热温度：在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度愈高，细粉末产出率愈高，愈容易得球形粉末。3）金属液流股直径：当雾化压力与其他工艺参数不变时，金属液流股直径愈细，所得细粉末也愈多。（3）其他工艺因素1）喷射参数：金属液流长度、喷射长度、喷射顶角等对不同的体系，适当的喷射顶角一般都通过试验确定。2）聚粉装置参数的影响：液滴飞行路程较长，有利于形成球形颗粒，粉末也较粗。气雾化和水雾化的区别：粉末形状：气雾化容易获得球形粉末。水雾化获得粉末表面张力较小的呈土豆状或不规则形状，只有那些表面张力较大的合金，例如镍基合金，才能得到球形合金粉末。化学成分：不论是采用水雾化还是采用气雾化，制作出的合金粉末的化学成份不会因为制作方法的不同而产生差异。金相组织：采用气雾化制作的合金粉末，合金的过冷度要比采用水雾化制作的小许多，所以相同的化学成份，采用不同的雾化方法制出的合金粉末的金相组织会不一样。另外，对于水雾化而言，由于金属液滴冷却速度快，粉末表面氧化大大减少，可以用于制取铁、低碳钢等。但目前还不适用于活性很大的金属或合金、超合金等。且，由水雾化制取铁粉和合金钢粉工艺中发现：由于水比气体的粘度大且冷却能力强，水雾化法特别适用于熔点较高的金属与合金以及制造压缩性好的不规则形状粉末。2.离心雾化法利用机械旋转的离心力将金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末。3.快速冷凝技术（RST）主要特点：（1）急冷可大幅度地减小合金成分的偏析；（2）急冷可增加合金的固溶能力；（3）急冷可消除相偏聚和形成非平衡相；（4）某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除；（5）由于晶粒细化达微晶程度，在适当应变速度下可能出现超塑性等。第七节：机械粉碎法定义：利用机械力将金属或其它材料破碎制取末的方法。是靠压碎、击碎和磨削等作用，将块状金属或合金机械地粉碎成粉末的方法。机械粉碎法的四种基本形式：压碎、击碎、磨碎和剪切。注意：虽然所有的金属和合金都可以被机械地粉碎，但实践证明，机械研磨比较适用于脆性材料。研磨塑性金属和合金制取粉末的有旋涡研磨、冷气流粉碎。球磨的基本规律：几种研磨机中用得最多的是球磨机，而滚动球磨机又是最5基本的。它是最简单的方法，最简单的设备，最有效有方法之一。仅需要球、材料（干、湿）和球磨筒。球磨粉碎物料的作用（压碎、击碎和磨削）主要取决于球和物料的运动状态，而球和物料的运动又取决于球磨筒的转速。球和物料的运动有三种基本情况：泻落、抛落和临界转速。影响球磨的因素：（P114—116）a、球料比：一般在球体装填系数0.4-0.5时，装球量应以填满球间的空隙稍掩盖住球体表面为原则；b、球体直径（大小）：选择范围：d<=(1/18~1/24)D。实践中，球磨铁粉一般选用10~20nm大小的钢球；球磨硬质合金混合料，选择5~10nm大小的硬质合金球。c、研磨介质：空气、液体。干磨湿磨（水,乙醇等）表面活性剂—有利于裂纹扩展；d、球磨筒的转速：n工=0.6n临界使球产生滚动研磨较细物料；如果物料较粗、性脆，需要冲击时，可选用n工=0.7-0.75n临界的转速；e、装球量：一般球磨机的装填系数（装球体积和球磨筒体积比）0.4-0.5为宜；f、被研磨物料的性质：脆性、延性粉末破碎不同。球磨的强化：振动球磨、搅动球磨其他机械粉碎法：旋涡研磨、冷气流粉碎第八节：超细金属粉末及其制取超细颗粒：粒径小于0.1μm而必须用电子显微镜才能看见的颗粒。超细金属粉末：许多单个超细金属颗粒的聚合体。超细金属粉末的制取方法：1、物理法：物理气相沉积法、电子束法等2、化学法：气体还原法、等离子化学气相沉积法等3、物理化学法：真空电弧等离子射流蒸发反应法等其它制粉方法：Sol－Gel法制取超细粉末、纳米粉末、氧化铝、氧化锆等金属氧化物粉末。例：若制取多孔状、球状、树枝状粉末及超细粉末，应分别采用何种制粉方法，为什么?第二章：粉末性能及其测定第一节：粉末及粉末性能固态物质按分散程度不同分成致密体、粉末体和胶体三类。>1mm----致密体或常说的固体；0.1μm-1mm----粉末体或简称粉末；<0.1μm----胶体。一、粉末颗粒与粉末体：粉末颗粒：晶粒或多晶聚合体粉末体：简称粉末，是由大量的粉末颗粒组成的一种分散体系，其中的颗粒彼此可以分离，或者说，粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。粉末颗粒表现出流体性质，粉末越细，流动性质越明显。二、粉末颗粒：1.颗粒聚集状态•粉末聚集状态：二次颗粒、团粒和絮凝体。•单颗粒：粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。•二次颗粒：单颗粒以某种方式聚集就构成二次颗粒，其中的原始颗粒就称为6一次颗粒。•团粒：由单颗粒或二次颗粒依靠范德华引力的作用下结合而成的粉末颗粒，易于分散。•絮凝体：用溶胶凝胶方法制备的粉末，在粉末悬浊液中，由单颗粒或二次颗粒结合成的更松软的聚集颗粒。注：一次颗粒往往不能单独存在而聚集在一起，聚集力主要是物理作用力，而非强化学健结合。一次颗粒之间形成一定的粘结面，在二次颗粒内存在一些微细的空隙。一次颗粒或单颗粒可能是单晶颗粒，而更普遍情况下是多晶颗粒，但晶粒间不存在空隙。一次颗粒粒度测定,惰性气体表面吸附方法BET二次颗粒粒度测定,x-ray,opticalmicroscope,TEM,SEM2.颗粒结晶构造和表面状态1）颗粒结晶构造•颗粒的内部结构与颗粒的外部结构比较，颗粒的内部结构非常复杂。•多晶颗粒通常的粉末只能制得多晶颗粒，用RST快速冷凝技术可制备单晶颗粒或准晶、非晶粉末颗粒。•缺陷：表面缺陷，加工硬化，内空隙。畸变，杂质，裂纹、亚结构、第二相、合金元素，吸附物。2）颗粒表面状态：内表面、外表面，内表面远比外表面复杂、丰富。•外表面：颗粒表面所有宏观的凸起和凹进的部分以及宽度大于深度的裂隙。•内表面：深度超过宽度的裂隙、微缝以及与颗粒外表面相通的孔隙、空腔等的壁面，不包括封闭在颗粒内的潜孔。三、粉末性能粉末性能分类：（1）单颗粒性能（质）由材质决定：点阵类型、理论密度、熔点、电磁性能……由制粉方法决定：粒度、形状、有效密度……（2）粉末体性能（质）：单颗粒性能+粒度组成、平均粒度、比表面、振实密度、松装密度、流动性、压制性能……（3）粉末孔隙特性：总孔隙、颗粒间孔隙、颗粒内孔隙、孔隙的开闭性、孔隙大小、形状等。最常见的性能分类体系：化学性能（成分）、物理性能、工艺性能。1.化学成分：化学性质主要指粉末的化学组成包括主要金属的含量和杂质的含量。●主要成分（如铁粉中的Fe）含量—对粉末性能有决定影响；●化学组成还包括杂质的种类和含量—对粉末性能也有重要影响。粉末中的杂质主要指：1.与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属成分:Fe-C，Fe-Ni，W-Mo等。2.从原料和粉末生产过程中带进的机械夹杂:主要为非金属类机械夹杂物：Si、Al氧化物、硅酸盐等。3.粉末表面吸附水，氧，空气。4.制粉过程中带进的杂质：电解、雾化、气体还原粉末中的C、N、H、O等。针对不同成分，有多种分析方法：传统的化学滴定法、燃烧法、溶解法、荧光分析法、能谱分析法等。粉末氧含量测定：●氢损值（P125）（可被H还原氧含量测定）：用氢还原，计算粉末还原前7后的重量变化。适用于工业铁、铜、钨、镍、钴等粉末。氢损值=（A-B）/（A-C）x100%A—粉末（5克）加烧舟的质量；B—氢气中煅烧后残留物加烧舟的质量；C—烧舟的质量注：对金属粉末中可被氢还原的氧化物的氧含量的估算：1.SiO2、CaO、Al2O3不被氢还原：实际氧含量高于测得氧含量2.粉末有脱碳、脱硫反应及金属挥发：实际氧含量低于测得氧含量●酸不溶物法原理：粉末试样用某种无机酸（铜用硝酸，铁用盐酸）溶解，将不溶物沉淀和过滤出来，在980下煅烧1h后称重，再按下列公式计算酸不溶物含量：铁粉盐酸不溶物=A/B×100%式中A-盐酸不溶物的克数；B-粉末试样的克数。铜粉硝酸不溶物=（A-B）/C×100%式中A-硝酸不溶物的克数；B-相当于锡氧化物的克数；C-粉末试样的克数。2.物理性能：颗粒形状及结构、颗粒大小及粒度组成、比表面积、颗粒密度、颗粒硬度、熔点、热学、电学、磁学、光学性质等。（1）颗粒形状：主要由制粉方法和制粉决定，同时也与物质的分子或原子排列的结晶几何学因素有关。某些特定形状的粉末只能通过特定的方法生产：球形粉末-雾化法、多孔粉末-还原法、树枝状粉末-电解法、片状粉末-研磨法颗粒形状对粉末的工艺性能以及压坯和烧结体强度有显著影响。（2）颗粒密度●真密度:颗粒质量除去开孔和闭孔的颗粒体积去除得的商值，粉末材料理论密度D1。●有效密度（比重瓶密度）：包含闭孔隙在内的密度D2●似密度（表观密度）:包含开、闭孔隙在内的粉末密度D3D1=m/（V-V孔）=m/（V-V开-V闭）D2=m/（V-V开）D3=m/VV—颗粒总体积；V孔—孔隙体积；V开、V闭—开、闭孔体积D3γA-γB界面能大于两组份单独存在时能量之差可以实现烧结，但不太理想。γAB<γA-γB烧结比较理想因若γA》γB则B有可能附在A上均匀地形成B包裹层，烧结效果最好。第六节：液相烧结一、液相烧结技术的优、缺点优点：1)加快烧结速度：液相的形成加快了原子迁移速度；在无外压的情况下，毛细管力作用加快坯体收缩；液相的存在降低颗粒间的摩擦有利于颗粒重排列。2)晶粒尺寸可通过调节烧结工艺参数加以控制，便于优化显微结构和性能。3)可制得全致密的P/M材料或制品，延伸率高。4)粉末颗粒的尖角处优先溶于液相，易于获得有效的颗粒间填充。不足之处：变形；当烧结坯体液相数量过大或混合粉的粒度、混合不均匀时，易出现变形；收缩大，尺寸精度控制困难。二、液相烧结的定义和分类定义：烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系烧结过程或烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结。分类：1.瞬时液相烧结：在烧结中、初期存在液相，后期液相消失的烧结过程。特点：烧结中初期为液相烧结，后期为固相烧结。液相数量取决于成分（低熔点组分的含量）、粉末颗粒的粒度。提高瞬时液相烧结过程中的液相数量可采用：提高低熔点组分含量；高熔点组分颗粒粗（与液相接触面积小，减小扩散面积）。2.稳定液相烧结：烧结过程始终存在液相的烧结过程。3.熔浸：多孔骨架的固相烧结和低熔点金属渗入骨架后的液相烧结过程。特点：前期为固相烧结，后期为液相烧结。4.超固相线液相烧结:液相在粉末颗粒内形成，是一种在微区范围内比普通液相烧结更为均匀的烧结过程。三、液相烧结的条件液相烧结能否顺利完成，取决于同液相性质相关的三个基本条件：1.润湿性：液相必须润湿固相颗粒是液相烧结得以进行的前提否则，产生反烧结现象。即烧结体系应满足γS=γSL+γLCOSθ(θ为润湿角)。当θ=0，液相充分润湿固相颗粒，最理想的液相烧结条件。当θ>90°，液相被推出烧结体，发生反烧结现象。在那些烧结气氛与固相或液相组分间形成稳定氧化物体系易出现。当0<θ<90°，这是普通的液相烧结情况，烧结效果一般。2.溶解度：其结果是：1)有限的溶解可改善润湿性；2)增加液相的数量即体积分数，促进致密化；3)颗粒表面突出部位的化学位较高产生优先溶解，通过扩散和液相流动在颗粒凹陷处析出，改善固相晶粒的形貌和减小颗粒重排的阻力；4)固相溶于液相，可借助液相进行物质迁移，加速烧结。3.液相数量：液相数量的增加有利于液相充分而均匀地包覆固相颗粒减小固相颗粒间的接触机会对致密化有利。但过大的液相数量造成烧结体的解体，形状保持性下降。23一般将液相数量控制在烧结体体积的35%以内。四、液相烧结阶段和烧结机构烧结阶段：1.液相的流动与颗粒重排：当烧结温度高于液相组分的熔点或共晶点时，液相形成；在毛细力的作用下，液相发生流动并填充孔隙空间。同时，毛细力作用也导致固相颗粒受力不平衡，使颗粒产生移动和转动，调整位置使压制状态的固相颗粒的相对位置发生变化,达到最佳的填充状态（紧密堆积）；烧结坯发生充分致密化；液相流动与颗粒重排为液相烧结的主导致密化机理。液相的数量主要取决于合金成分和烧结温度。2.固相溶解-再析出阶段：化学位差异，化学位高的部位将发生优先溶解并在附近的液相中形成浓度梯度；发生固相原子等在液相中的扩散和流动，在化学位低的部位析出。化学位高的区域：颗粒突起或尖角处，细颗粒发生细颗粒和颗粒尖角处的优先溶解；化学位较低的部位：颗粒的凹陷处和大颗粒表面溶解在液相中固相组分的原子在这些部位析出。其结果是：小颗粒趋向减小，颗粒表面光滑化和球化；大颗粒趋于长大，进一步提高致密化效果。3.固相烧结与晶粒粗化阶段：相对上述两阶段，这一过程进行速度较慢；主要发生固相颗粒的接触和晶粒长大现象，非接触区则发生球化现象（液相数量较少）。相比于前两阶段，致密化速率已很低，只存在晶粒长大和体积扩散。五、影响液相烧结过程的因素1.粒度1）细颗粒有利于提高烧结致密化速度，便于获得高的最终烧结密度。在颗粒重排阶段：提高毛细管力，便于固相颗粒在液相中移动，(尽管会增加颗粒之间的摩擦力和固相颗粒之间的接触机会)。在溶解-再析出阶段：强化固相颗粒之间和固相/液相间的物质迁移，加快烧结速度。2）细小晶粒的烧结组织有利于获得性能优异的烧结材料。2.颗粒形状颗粒重排阶段初期，颗粒形状影响毛细管力大小；形状复杂导致颗粒重排阻力增加球形颗粒有利于颗粒重排；形状复杂的固相颗粒降低烧结组织的均匀性，综合力学性能较低；在溶解-再析出阶段，颗粒形状的影响较小。3.粉末颗粒内开孔隙降低颗粒间导致颗粒重排的液相数量；减小固相颗粒之间的液膜厚度；增加固相颗粒之间的接触机会；增加颗粒重排阻力。4.粉末的化学计量：主要是化合物粉末烧结体系，WC-Co合金。缺碳：由于形成η相，化合了部分Co，降低液相数量，降低烧结致密化效果。增碳：降低共晶点，相对地提高液相数量，有利于烧结致密化。5.低熔点组元的分布均匀性影响液相的分布聚集区域：液相数量大，收缩快贫化区域：液相数量少，降低总体收缩24措施：减小低熔组元的粉末粒度；提高分散度。6.低熔组元的含量：直接影响液相数量（体积分数）液相体积分数对烧结致密化起着重要的作用。7.压坯密度：压坯密度高，固相颗粒接触程度提高阻碍颗粒重排，阻止致密化。8.加热与冷却速度：冷却速度决定析出相，影响显微结构和力学性能。液相经快速冷却后，形成过饱和固溶体，需进行烧结后热处理。9.温度与时间：温度：主要与液相数量、物质扩散速度、润湿性、溶解度、液相粘度等相关联。对致密化和晶粒粗化具有显著的影响。时间：对于在烧结过程中出现的液相，其体积分数大于15%，20分钟就可以实现充分的致密化。过长的烧结时间会引起晶粒粗化。10.气氛：可能引起润湿性的改善（氧化物还原）或劣化（形成氧化膜）。封闭气孔阻碍烧结体的致密化真空烧结可消除。六、熔浸的定义及特点定义：将粉末坯块与液体金属接触或浸在液体金属内，让坯块内孔隙为金属液填充，冷却下来得到致密材料或零件的工艺。与普通液相烧结相比较，熔浸靠液相从外部直接填充孔隙而实现致密化，不依赖颗粒重排和溶解-再析出过程实现烧结体的致密化。特点：烧结初期发生固相烧结，中后期则发生液相烧结。第七节：烧结气氛一、气氛的作用：控制压坯与环境之间的化学反应和清除润滑剂的分解产物，具体有三个方面：1.防止或减少周围环境对烧结产品的有害反应，从而保证烧结顺利进行和产品质量稳定；如氧化和脱碳。2.排除有害杂质，如吸附气体、表面氧化物或内部夹杂；净化作用：净化后可提高烧结动力，加快烧结速度，而且能改善烧结制品的性能。3.维持或改变烧结材料中的有用成分，这些成分常常能与烧结金属生成合金或活化烧结过程。如碳控制、渗氮等。二、可控碳势气氛气氛按其对烧结材料中碳含量的影响可以分为渗碳、脱碳和中性三种。渗碳：如果烧结体内的碳含量低于临界浓度，气氛就将补充一部分碳到烧结材料中去的现象。脱碳：如果烧结压坯内有游离碳（一般为石墨粉）存在或烧结金属中的碳浓度超过该气体成分所允许的临界值，就会有一部分碳损失到气氛中去的现象。中性气氛：当气氛被控制到与烧结体中的某一定碳浓度平衡，即具有严格相等的“碳势”或“碳位”时，即中性气氛。碳势：某一含碳量的材料在某种气氛中烧结时既不渗碳也不脱碳，以含碳气氛中的平衡含碳量表示。吸热型气氛：用天然气体燃烧的方法所制得的保护气氛，因为在形成这种气氛时需要消耗外来的热量，因此，通常称这种气氛为吸热气氛。与放热型比较，H2含量高，CO2浓度较低是一种还原性更强的可控气氛。放热型气氛：制取不完全燃烧氢碳化合物的气体时，由于天然气是在燃烧器中进行燃烧的，因此，不会消耗外来的能量，称为放热气氛。第八节：活化烧结活化烧结的定义：是指采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法。25第九节：热压定义：热压又称为加压烧结，是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一些的温度，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品。目前，又发展了真空热压、振动热压、均衡热压和等静热压等新技术。一、工艺特点热压方法的最大优点是可以大大降低成形压力和缩短烧结时间，另外可以制得密度高和晶粒极细的材料，其应用主要有：（1）制造硬质合金拉丝模、压制模、精密轧辊及其它耐磨零件；（2）热压压力仅为冷压成形的1/10，可以压制大型制件；（3）热压时，粉末热塑性好，可以压成薄壁管、薄片及带螺纹等异型制品；（4）粉末粒度、硬度对热压过程影响不明显，因此可压制一些硬而脆的粉末。然而，热压法也有明显的缺点：（1）对压模材料要求高，难以选择，而且压模寿命短、耗费大；（2）单件生产、效率低；（3）电能和压膜消耗多，效率低，制品成本高；（4）制品表面较粗糙，精度低，一般需要清理和机加工。热压加热的方式分为电阻直热式、电阻间热式和感应加热式三种。热压采用保护气氛较困难。对于不渗碳材料（各种碳化物与硬质合金）石墨模可以适用，对渗碳金属及活性金属则不适合。为了减少空气中氧的危害，可以采用如下措施：（1）加热前先将粉末压实；（2）模具配合严密，防止空气大量进入模腔；（3）将保护气氛经过专门的管道引入模腔内；（4）采用间接加热或感应加热方式，便于采用有保护气氛或真空室的热压炉；（5）在粉末中加进一些高温下能产生还原性气氛的物质，如碳、金属氢化物、酒精等。26',)