1、考试题型：填空 十道 20 分 每空一分 名词解释 十道 20 分 简答 3 道 20 分 10 分 5 分 5 分 论述 2 道 每道 20 分老师答疑内容绪论 粉末冶金概念（金属陶瓷法） 粉末冶金与传统的差别 及它的优点粉末制备 物理化学制粉包括及每一种的机理机械制粉的分类 球磨制粉转动的三种状态不同方法制备粉末的形状（球状 树枝状）粉末性能及表征粉体 胶体的区别 粉末颗粒 单颗粒 二次颗粒等的划分依据粉末的性能物理 化学性能 工艺性能包括松状密度 压实密度 压制性 成形性粉末粒度 粒度组成及分布 等相关概念 粉末表面积（克比表面积）及测试方法粉末粒度 粒度组成及分布对工艺性能的影响 粉末
2、形状对工艺性能的影响普通成形 成型前的预处理及作用 压制过程中（位移 变形 搭桥）变形方式单向 双向压制坯体中的密度分布及为什么这样分布？采取什么样的措施可以消除？压制过程中力的分析及影响因素 脱模后弹性后效？及形成原因 压坯密度分布特种成形 每种成形方法的原理及成形过程烧结 烧结分类（单元系 多元系）固相 液相烧结 烧结机构及原理 发生液相烧结的条件 影响烧结的因素 假合金？ 烧结气氛（概念）活化烧结 热压绪论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，因此也叫金属陶瓷法。现代粉
3、末冶金技术的发展中共有三个重要标志：1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。1909 年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923 年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。2、三十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的优点。3、向更高级的新材料、新工艺发展。四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料，六十年代末至七十年代初，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：1.原料粉末的制备。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；物
4、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。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。2、粉末成型为所需形状的坯块。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。3、坯块的烧结。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
5、，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。4、产品的后序处理。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。粉末冶金工艺的优点：1、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。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 1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到 80%。3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料
6、，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。4、粉末冶金能保证材料成分配比的正确性和均匀性。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。粉末冶金材料和制品的发展方向1、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。2、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。3、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、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零
7、部件。粉末制备技术1. 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（1）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 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原法；（3）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。1.2 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的雾化法；（2）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；（3）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
8、属和金属化合物粉末的熔盐电解法。1.3 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凝法；（2) 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；（3）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；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。从实质过程看，现有制粉方法大体可归纳为两大类，即机械法和物理化学法。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。粉末的生产方法很多，从工业规模而言，应用最广泛的是还原法、雾化法和
9、电解法；而气相沉淀法和液相沉淀法在特殊应用时亦很重要。2.1 还原（还原化合）法还原金属氧化物及盐类以生产金属粉末是应用最广泛的制粉方法不同金属选用不同还原剂还原反应向生成金属方向进行的热力学条件研究化学反应动力学时一般分为均相反应动力学和多相反应动力学均相反应：多相反应:活化能的两个理论：碰撞理论 活化络合物理论多反应的特点，存在界面；影响因素：温度 浓度 界面特性 界面面积 界面几何形状 流体速度 反应相比例 核心的形成 扩散层。影响还原过程和铁粉质量的因素：原料 原料中杂质的影响 原料的粒度固体碳还原剂 还原剂类型 还原剂用量 还原工艺条件 还原温度和时间 料层厚度 还原罐密封程度添加剂
10、 加入一定量固体碳的影响 返回料的影响 引入气体还原剂的影响 碱金属盐的影响 海绵铁的处理海绵铁退火的作用： 退火软化作用 补充还原作用 脱碳作用 退火温度对铁粉压缩性的影响氢铁法的特点：采用较低的还原温度和较高的压力 可利用粉矿 所得铁粉很纯 所用氢为转化氢 还原后的气体带出一部分固体颗粒金属热还原所用还原剂的条件：反应热效应大 形成的渣及残余还原剂容易与金属分开 还原剂与被还原金属不能形成合金及其他化合物气相沉积法：金属蒸气冷凝 羰基物热离解 气象还原 化学气相沉积化学气相沉积（CVD）是从气态金属卤化物还原化合沉积制取难溶化合物粉末和各种涂层的方法。液相沉淀法：金属置换法 溶液气体还原法
11、 从熔盐中沉淀法 辅助金属浴法共沉淀法制取复合粉包括两种方案：一种是使基体金属和弥散相金属的盐或氢氧化物在某种溶液中均匀析出 然后经过干燥 分解 还原以得到基体金属和弥散相的复合粉另一种是将弥散相制成最终颗粒，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，经干燥 还原 得到以弥散相为核心的基体金属包覆在外的包覆粉电解法：水溶液电解 有机电解质电解 熔盐电解 液体金属阴极电解影响熔盐电解电解过程和电流效率的的主要因素：电解质成分 电解质温度 电流密度 极间距雾化法：雾化原理： 二流雾化法采用高速 1 气体或高压水击碎金属液流，而机械粉碎法借机械作用破环固体金属原子
12、间结合力 所以物化法只克服液体金属原子间的键合力，所需力很小。影响雾化粉末性能的因素：雾化介质 介质类别 气体或水压力 金属液流 金属液的表面张力和粘度 金属液过热度 金属液液流股直径 其他工艺因素 喷射参数 聚粉装置参数 快速冷凝技术（RST）特点：极冷大幅度减小合金成分偏析 可增加合金的固溶能力 可消除相偏聚合非平衡相 抑制或消除某些有害相 由于晶粒细化达到微晶程度，在适当应变速度下可出现超塑性机械研磨法;研磨的任务包括：减少或增大粉末粒度；合金化；固态混料；改善、转变或改变材料的性能等。（1）研磨规律:在研磨时，有四种力作用于颗粒材料上：冲击、磨耗、剪切以及压缩。在球磨机中球体运动的方式
13、有四种（如图 1-1）：滑动、滚动、自由下落以及在临界转速时球体的运动。（2）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(球料比) 、研磨介质以及球体直径 装球量 被研磨物料性质。超细金属粉末：将粒径0.1um 而必须用电子显微镜才能看见的颗粒定为超细颗粒；超细金属粉末是指许多单个超细金属颗粒的聚集体。制备方法： PVD 流动油面上真空蒸度法（ VEROS）低压气中蒸发法 金属羰基物热分解法 等离子化学沉淀法（PCVD） 溶胶凝胶法第 2 章粉末的性能及其测定固态物质按分散程度分为致密体、粉末体和胶体。固体（致密体）：一种晶
14、粒的集合体。粒度1mm粉末（粉末体）：由大量颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。粒度介于 0.1 m1mm。特点是颗粒之间有空隙，且连接面少，面上的原子键不能形成强的键力，没有固定形状，具有与液体相似的流动性，但由于移动时有摩擦，流动性有限。胶体：粒度0.1 m粉末颗粒（particle ）：组成粉末的固体微粒一次颗粒（单颗粒） （single particle）：粉末中能分开独立存在的最小实体二次颗粒（secondary particle）：单颗粒以某种形式聚集团粒（particle agglomerates ）：由单颗粒或二次颗粒依靠范德华的作用下结合而成的粉末颗粒，易于分散（easy t
15、o disperse）絮凝物： 在粉末悬浊液中，单颗粒或二次颗粒结合成的聚集颗粒。粉末性能分类：化学性质主要指粉末的化学组成，即主要金属的含量和杂质含量粉末中的杂质类型 与主成分结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属 Fe-C， Fe-Ni，W-Mo，Ti3Al，Ai3Ti， LaNi5（电池材料）等。 原料机械夹杂 主要为非金属类机械夹杂物 Si、Al 氧化物、硅酸盐等。 表面吸附物 水，氧，空气 制粉过程中带进的杂质针对不同成分，有多种方法：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。杂质 O 含量测定：氢损值（可被 H 还原氧含量测定）：用氢还原，计算粉末还原前后的重量变
16、化。 氢损值=（A-B）/（A-C）x 100%A粉末（5 克）加烧舟 tray 的质量；B氢气中煅烧后残留 remained 物加烧舟的质量；C烧舟的质量酸不溶物法 原理：粉末试样用某种无机酸溶解，将不溶物沉淀和过滤出来，在 980下煅烧 1h 后称重。粉末的物理性能颗粒形状及结构（Particle shape and structure）颗粒大小（粒度）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、光学性质等粉末颗粒形状1） 颗粒形状与制粉方法和制粉工艺密切相关，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 Spherical powders多孔粉末
17、-还原法 Porous powders树枝状粉末 -电解法 Dendrite powders片状粉末 -研磨法 Plate powders颗粒形状对粉末的流动性 松装密度 气体透过性和工艺性能以及压坯和烧结体强度有显著影响2. 粉末颗粒密度：真密度: 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 D3 D1= 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 D3D2D1 3. 颗粒显微硬度粉末强度愈高,硬度愈高, 混
18、合粉末的强度 strength 比合金粉末的强度低, 合金化可以使得金属强化, 硬度随之提高；不同方法生产同一种金属的粉末，显微硬度是不同。粉末纯度 purity 越高，硬度越低，粉末退火降低加工硬化程度、减少氧、碳等杂质含量后，硬度降低。硬度反映了粉末的塑性，对粉末的压制性能有重要的影响，模压成形时对模具的寿命影响显著。4. 比表面比表面积： Sw （m2/g）指单位质量粉末具有的表面积体积比表面：Sv （m2/cm3） 指单位体积粉末具有的表面积Fsss气体透过法测外比表面，测二次颗粒粒径（ 50-0.1m）BET 吸附法测量比表面积， 测量一次颗粒气体吸附法测比表面基本原理： 利用气体在
19、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，再由气体分子的横截面积计算 1g 物质的总表面积，即得specific surface area （克比表面） 。1. 松装密度 apparent density 和振实密度 tapping packing） density （1）松装密度 apparent density定义: 粉末在自然充填容器时，单位体积内自由松装粉末体的质量 g/cm3意义: 自动压制（automatic pressing（compaction） ，容积法装料，决定装料高度，阴模高度等影响因素:a 粒度: 粒度小，松装密度小 b.
20、颗粒形状：形状复杂， 松装密度小，松装密度从大到小排列：球形粉类球形不规则形树枝形c. 表面粗糙度d、粒度分布 Particle size distribution 细粉比例增加，松装密度减小; 粗粉中加入适量的细粉，松装密度增大;2）振实密度 tapping packing） density 与粉末体中的孔隙粉末装于容器内，在规定条件下，经过振动敲打后测得的粉末密度振动使粉末颗粒堆积紧密，但粉末体内仍存在大量的孔隙 pores。空隙体积与粉末体的表观体积之比的百分数称为孔隙度 Porosity （）粉末体中的孔隙包括 pores in the particles and between th
21、e particles；松装密度， 理材料的 theoretical density 理论密度或颗粒真 密度 true density，与粉末体孔隙度 的关系：1/ 理/ 理 称为粉末体的相对密度，用 d 表示，其倒数， 1/d 称为相对体积。孔隙度与相对密度和相对体积的关系为：1d 和 11/流动性 Flow ability （流速） 定义：一定量粉末(50g) 流经标准漏斗所需的时间：意义：反映压制时粉末充填模腔的能力 影响因素: 颗粒间的摩擦 形状复杂，表面粗糙，流动性差理论密度增加，流动性增加粒度组成：流动性差压制性是压缩性和成形性的总称（1）压缩性 定义 : 粉末被压紧的能力，表示方
22、法是：一定压制条件下粉末压坯的密度（在规定的模具和润滑条件下加以测定，用在一定的单位压制压力（500MPa）下粉末所达到的压坯密度表示） 意义: 压坯密度对最终烧结密度有重要影响，进而影响烧结体性能。影响因数： 颗粒的塑性或显微硬度 合金元素及杂质 颗粒的形状及结构 粉末密度的影响因素成形性 定义: 压制后，粉末压坯保持形状的能力。用压坯强度表示 意义: 压坯加工能力，加工形状复杂零件的可能性粉末粒度及其测定：粒度 Particle size ：以 mm 或 m 的表示的颗粒的大小称颗粒直径，简称粒径或粒度。 粒度分布 Particle size distribution：由于组成粉末的无数颗
23、粒一般粒径不同。具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量称粉末的粒度组成，又称粒度分布 size distribution。 粒度对单颗粒而言，而粒度组成则指整个粉末体。但是通常说的粉末粒度包含有粉末平均粒度的意义，也就是粉末的某种统计性平均粒径（对粉末体也可称粒度，但是指平均粒度） 。2. 粒径基准 用直径表示的颗粒大小称粒径。规则粉末颗粒可以直接用球的直径或投影圆的直径来表示粒径最简单和最精确。 近球形、等轴状颗粒，用最大长度方向的尺寸代表粒径，误差也不大。大多数粉末颗粒，形状不对称，仅用一维几何尺寸不能精确表示颗粒真实的大小，最好用长、宽、高三维尺寸的某种平均值来度量。 几种粒径基准：（1
24、）几何学粒径 dg 2）当量粒径 de 3）比表面粒径 ds （4）衍射粒径 dsc当量粒径 de用沉降法、离心法或水力法等测得的粉末粒径。物理意义：与被测粉末具有相同沉降速度且服从斯特克斯定律的同质球形粒子的直径。 体积当量径 如 V 粉(体积)=V 球(体积) ；D 粉=D 球；V 球= （ /6） d3 球 d 球=(6V/ )1/3=d 粉测出粉末体积, 能够换 算出粉末的颗粒粒径； 面积当量径当 S 粉(投影面积 )=S 球(投影面积 ), D 粉=D 球 S 球=（/4）d2 圆 d 圆= （4/）s1/2圆=d 粉3. 粒度分布基准 1）个数基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒粉占全
25、部颗粒总数中的个数表示又称频度分布；（2）长度基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和中的多少表示；（3）面积 基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的表面积总和中的多少表示；（4）质量 quantity rule 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。5. 粒度分布频度: 第 i 级粉末颗粒数与总颗粒数之比 100%第 i 级粉末重量数与总重量数之比 100%第 i 级粉末体积数与总体积数之比 100% 相对频度：单位尺寸(微米 )上的频度数 relative frequency例如：-微米总颗粒数占总颗粒数的，具有-微米粉末
26、颗粒的频度值为，相对频度（-） 粒度分布曲线 以颗粒数或颗粒频度对平均粒径所作的粒度分布曲线称为频度分布曲线，曲线峰值所对应的粒径称为多数径累积分布曲线：将各种粒级粉末个数或百分数逐一相加累积并做图，可以得到累积分布曲线，分布曲线对应处称为中位径，当考虑累积分布曲线中粒径小于某个粒度的粉末占总体粉末的百分率时，这种累计为负累计 negative accumulated distribution curve.也可知道大于某个粒级的粉末占总粉末的百分率，称正累计 positive accumulated distribution curve 第 3 章成 形成形：指将松散粉末体加工成具有一定尺寸、
27、形状及一定密度和强度的坯块。将粉末装入模具后，施加外力即进行压制可得到要求的坯块。a.普通模压法：将粉末装在模具内，用压机将其成形；b.特殊方法：等静压成形、连续成形、无压成形等。1.成形前原料准备（1）退火将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。金属粉末退火的目的：a.氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度；b.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构；c.防止超细粉末自燃，将其表面钝化。加工产品退火的目的：a.降低硬度，改善切削加工性； b.消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； c.细化晶粒，调整组
28、织，消除组织缺陷。2）混合a.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合b. 将相同成分而粒度不同的粉末混合（合批）混合方法：机械法（干混、湿混）和化学法机械法：干混用于生产铁基制品；湿混用于生产硬质合金。混料设备有球磨机、V 型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器、螺旋混合器等。湿混介质要求不与物料发生化学反应，沸点低易挥发，无毒性，来源广，成本低，常用酒精、汽油、丙酮等。化学法：将金属或化合物粉末与添加的金属盐溶液均匀混合，或各组元全部某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥和还原等处理而得到均匀布的化合物。3）筛分筛分指把不同粒度的粉末通过网筛或振动筛进行分级，使粉末能够按照粒度分成粒度范围更小
29、的级别。目的是把大小不同进行分级的原始粉末（4）制粒 制粒指将小颗粒粉末制成较大颗粒或团粒，目的是改善粉末的流动性。（5）加添加剂添加剂指成形前在粉末混合料中添加改善成形过程的物质或造成一定孔隙的造孔剂。如石蜡、合成橡胶、樟脑、塑料及硬脂酸盐等。（5）润滑a.模壁和模冲润滑对润滑剂的要求：既要附着到金属表面上，还要不渗入到金属中。润滑剂：硬脂酸、人造蜡、硬脂酸锌、硬脂酸锂b.粉末润滑粉末润滑指润滑剂与金属粉末混合，其优点是润滑剂不仅在模壁上，而且也在粉末颗粒之间。粉末润滑的条件：a.将润滑剂磨成细粉b.润滑剂的量取决与坯块形状c.润滑时间：2040min模壁润滑已取得专利，技术上是可行的；粉末
30、润滑被广泛应用。润滑的优点：减少压制压力，改善坯块密度分布，提高坯块密度；缺点：润滑剂在烧结过程中分解产生的气体从炉子的预热带逸出，使烧结时的保护气氛流速加快，使炉子的管理变得复杂。2.压制过程金属粉末的行为（1）金属粉末压制现象压制指松散粉末在压模内经受一定的压力后，成为具有一定形状、尺寸、密度和强度的坯块。压制过程中，粉末颗粒间发生相对移动，粉末颗粒将填充孔隙，粉末体体积减小，粉末颗粒迅速达到最紧密堆积。粉末体在压模内受力后力图向各个方向流动，产生了垂直于压模壁的压力侧压力，侧压力使压模内靠近模壁的外层粉末与模壁之间产生摩擦力摩擦力使接近加压端面部分压力最大，远离加压端面压力逐渐降低，压力
31、分布的不均匀使坯块各个部分密度分布不均匀。（2）粉末颗粒变形的三个阶段a.粉末的位移当施加外力时，粉末体内的拱桥效应遭到破坏，粉末颗粒彼此填充孔隙，重新排列位置，增加接触。拱桥效应：粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得多，原因是实际粉料不是球形，加上表面粗糙以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种现象称为拱桥效应b.粉末的变形粉末体受压后体积明显减小，除第一阶段的位移外，又发生变形。变形有弹性变形和塑性变形。弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。塑性变形：物质
32、-包括流体及固体在一定的条件下 ,在外力的作用下产生形变,当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。c.脆性断裂当施加的压力超过强度极限后，粉末颗粒碎裂成更小的碎片，使粉末接触更加紧密。（3）坯块强度（4） 坯块强度指坯块反抗外力作用，保持其几何形状尺寸不变的能力。压制过程中，随着压力的增加，孔隙减少，坯块逐渐致密化，强度逐渐增大。粉末颗粒之间的联结力：a. 粉末颗粒之间的机械啮合力。粉末表面凹凸不平，通过压制，颗粒之间由于位移和变形互相楔住和勾连，从而形成机械啮合。b.粉末颗粒表面原子间的引力。粉末颗粒在压制后期，由于位移和变形，粉末颗粒表面上的原子彼此接近，当进入引力范围值
33、内时，粉末颗粒因引力作用而发生联结。这两种力的作用是坯块具有强度的原因，成形剂的加入使坯块具有足够的强度。（4）金属粉末压制时坯块密度的变化规律a.粉末颗粒发生位移，填充孔隙，施加压力，密度增加很快；b.密度达到一定值后，粉末体出现一定压缩阻力，由于位移大大减少，而变形尚未开始，压力增加，但密度增加很少；c.当压力超过粉末颗粒的临界应力时，粉末颗粒开始变形，使坯块密度继续增大。（5）压制压力与坯块相对密度的关系相对密度指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比，无量纲量。坯块相对密度指坯块密度与同种固体金属密度之比。（6）压制过程中力的分析通常所说压制力均指平均压力，实际上同一断面内，
34、靠近模壁和中间部位、坯块上、中、下部位所受力均不相同。力包括正应力、侧压力、摩擦力、弹性内应力、脱模压力等。作用在粉末体上的力：P=P1+P2P1静压力，使粉末产生位移、变形、克服粉末的内摩擦；P2 压力损失，克服粉末颗粒与模壁之间的外摩擦力。a.侧压力粉末体在模具内受压时，坯块向周围膨胀，模壁给坯块一个大小相等、方向相反的反作用力，这个力就是侧压力。侧压力的存在，使粉末体在压制过程中相对于模壁运动时产生摩擦力侧压力与压制压力的关系：d.弹性后效加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值的现象。压制过程中，当卸掉压制力并把坯块从模具内取出后，由于弹性内应力的作用，坯块发生弹性膨
35、胀，这种现象称为弹性后效。减小密度分布不均匀现象的措施：a.压制前对粉末进行还原退火处理，消除粉末的加工硬化，减少杂质含量，提高粉末的压制性能；b.加入适当的润滑剂或成形剂，如铁基零件加硬脂酸锌、机油等，硬质合金加橡胶汽油溶液或聚乙烯等塑料溶液；c.改进加压方式，根据坯块高度、直径或厚度的比值设计不同类型的模具；d.改进模具构造，或适当变更坯块形状，使不同横截面的连接部位不出现急剧的转折。3.成形剂（1）使用成形剂的目的1.促进粉末颗粒变形，改善压制过程，降低单位压制压力；2.提高坯块强度，减少粉尘飞扬，改善劳动条件；3.由于减少了摩擦压力损失，坯块密度及其分布均匀性提高；4.提高模具寿命。（
36、2）成形剂的选择原则1.成形剂不改变粉末的化学成分，烧结过程中全部排出，放出的气体对人体无害；2.成形剂具有好的分散性能，具有适当的粘性和良好的润滑性，且易于和粉末料混合均匀；3.成形剂对粉末的松装密度和流动性影响不大，其软化点应高，以防混合过程中温升而熔化；4.烧结后对产品性能和外观等无不良影响；5.成本低，来源广。成形剂加入方法：干混：成形剂直接以粉末状与金属一起混合；湿混：成形剂先溶于水、酒精、汽油、丙酮、苯及四氯化碳等液体中，然后加入到粉末中混合，干燥时挥发掉。(4)成形剂用量及效果成形剂是一种表面活性物质，加入后要使每个颗粒表面形成一层单分子层薄膜，因此，其用量与粉末种类、粒度大小、
37、压制压力、摩擦表面及成形剂本身的性质有关。1.粒度：细颗粒粉末成形剂加入量多于粗颗粒粉末。2.坯块形状因素：指摩擦表面积与横截面积之比，成形剂加入量与形状因素成正比。横截面积一定，坯块高度越高，所需成形剂量越多。成形剂粒度对粉末流动性、松装密度的影响成形剂加入量对坯块密度和脱模压力的影响；成形剂对烧结体抗弯强度的影响润滑方式对坯块密度的影响成形压力较低时，润滑粉末比润滑模具得到的坯块密度大；成形压力较高时，润滑粉末比润滑模具得到的坯块密度小。成形剂的不足之处：a.成形剂本身占有一定体积，使坯块密度减小，不利于制备高密度制品；b.压制过程中因成形剂的阻隔，金属粉末之间的相互接触程度降低，从而降低
38、了某些坯块的强度；c.成形剂在烧结前或少接种排出，可能损伤烧结体的外观，排出的气体可能影响炉子寿命，污染空气；d.如成形剂与金属粉末起作用，将降低烧结制品的力学性能；e.成形剂与金属粉末比重不同，加入成形剂降低了粉末本身的流动性。6.压制废品的种类（1)分层 沿坯块的棱边向内部发展的裂纹，与受压面呈 450 角的整齐界面。分层原因：弹性后效。压制压力过高，易引起分层。因为压制压力过高，坯块密度过高，其弹性后效明显增大。(2)裂纹裂纹不同于分层，一般是不规则的，且无整齐界面。裂纹可以是纵向，也可以是横向，或任意方向。裂纹原因：弹性后效。当坯块脱模时中间停顿、坯块脱出部分产生弹性膨胀，而未脱出部分
39、仍受到压缩，产生压应力，致使痞块产生裂纹。(3)掉边掉角原因是坯块强度、密度未达到要求，或脱模过程和搬运过程操作不当。(4)坯块密度分布不均匀原因是装料不均，操作不慎。其他缺陷如划伤多为模具软或光洁度差的缘故。毛刺过大和同轴度超差大多为模具尺寸精度低、配合间隙过大引起。7.影响压制过程和坯块质量的因素(1)粉末性能a. 粉末物理性能软金属粉末压制时密度易达到，硬金属粉末需用成形剂；压制硬金属粉末时对模具的磨损大于软金属粉末。b.粉末粒度及粒度组成粉末越细，流动性越差，填充模腔边角处越困难，越易形成拱桥效应。细粉末松装密度低，在模具中充填容积大，使压制过程模冲的运动距离与粉末之间的内摩擦力均增加
40、，压力损失增大，密度分布不均匀。粒度组成合理的粉末在压制过程中小颗粒填充大颗粒之间的孔隙，因此坯块密度、强度提高，弹性后效减小，密度分布合理。c.粉末纯度粉末纯度越高，压制越易进行。粉末中杂质大多是硬而脆的氧化物，其存在使粉末压制阻力增加，压制性能变坏，坯块的弹性后效增大。 d.粉末颗粒形状球形粉末流动性好，易于充填模腔坯块密度分布均匀；不规则粉末充填模腔困难，易产生拱桥效应，但坯块强度高，成形性好。e.粉末松装密度松装密度小，模具高度和模冲长度增加，坯块密度分布不易均匀，但坯块强度高。松装密度大，利于压制长而高的坯块。(2)成形剂金属粉末压制时，模壁与粉末之间、粉末与粉末之间产生摩擦，使压力
41、和密度分布不均匀，加入成形剂可改变这种状况。(3)压制方式a.加压方式单向压制、双向压制、多向压制或组合模冲。b.加压速度粉末体受到高速冲击负荷时，坯块致密化过程不同于静压。加压过快，影响粉末颗粒间的摩擦状态和加工硬化程度及空气从粉末颗粒孔隙中逸出。因此，压制过程以静压（缓慢加压）状态进行。c.加压保持时间金属粉末压制过程中，施加的压力达一定值后保持一定时间，坯块密度提高。d.振动压制采用机械、电磁、气动或超声振动，有利于坯块的致密化。但振动压制噪音大，对人体有害，对设备的设计和材质要求较高。e.磁场主要针对磁性材料。在普通压制的基础上加一个外磁场，利用粉末的磁各向异性，使自由旋转颗粒的易磁化
42、方向旋转到与外加磁场一致，在材料中产生一种与单体磁状态几乎相同的组织。8.特殊成形（1）等静压成形基本原理：借助高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体密封容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模具内的粉末上，使粉末体在同一时间内各个方向均衡受压，获得密度分布均匀、强度较高的坯块。成形模具：弹性模具弹性模具本身受压缩的变形与粉末颗粒受压基本一致。因此，弹性模具与所接触的粉末之间不会产生明显的相对运动，外摩擦力很小。等静压制过程中流体介质传递压力是各向相等的，静摩擦力在坯块的纵断面上任一点均相同，坯块密度分布沿纵断面是均匀的。在坯块同一横断面上，由于粉末颗粒间的内摩擦作用，坯块密度从
43、外向内逐渐降低，但变化不大。冷等静压制步骤：a.模具材料的选择及制作。不同粉末选择不同压力、不同的模具材料；b.粉末料的准备。粉末流动性、松装密度、振实密度、粒度分布；c.装料、密封、抽气。模具袋内粉末要求装满，为防止压制过程中气体难以从模具中逸出，先抽出气体，然后用橡胶塞塞紧袋口，再用金属丝扎紧密封。d. 压制和脱模。经密封、抽气后的模具袋套上多孔金属管，放置在高压容器内，加压压制，保压后缓慢卸压，脱模取出坯块。湿袋模具：模具浸泡在液体压力介质中经受高压泵注入的高压液体进行压制。干袋模具：利用气体作为介质压制，坯块取出后，模具仍留在容器内待用。软模压制刚性模具中装入塑料模具，塑料模腔为异形，
44、粉末装入塑料模腔，可压制异形坯块。软模材料：聚氯乙烯塑料2）三轴压制三轴压制是从土壤力学、地质工程中移植过来的，是把测定土壤、岩石的剪切强度的三轴剪压实验应用到粉末冶金成形工艺中的一种方法。三轴压制可看做是单轴压制和等静压制的结合，因此压制效果好，但尚未应用来大批量生产粉末坯块（3）粉浆浇注指将成形材料粉末首先与水或其他液体调成悬浮浆液，并注入能够吸收液体的石膏模内，然后从石膏模中取出干涸的坯块，并烘干。粉浆浇注是不对金属粉末施加外力而实现成形的过程。液体：水中加添加剂（盐酸、氢氧化铵、氯化铁等） ，目的是防止形成颗粒聚集体，以形成稳定的胶态悬浮液，并改善湿润条件。优点：适合压制脆性粉末，如碳
45、化物、硅化物、氮化物、铬和硅等粉末不使用压力机和钢制模具，成本低，且所用设备简单。缺点：生产周期长，生产率低。（4）金属粉末轧制金属粉末轧制指将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中，轧制出具有一定厚度、长度连续的，且强度适宜的板带坯料。粉末轧制与熔铸轧制比较：a.能够生产常规轧制法难以或无法生产的板带材，如双金属或多层金属带材；难熔金属及其化合物的板带材，如磁性材料、减摩材料、多孔过滤材料、电触头材料及超导材料等的带材；b. 能够轧制出成分比较均匀的带材，且成分易于控制，组分分布均匀；c. 轧制的板带材具有各向同性的特点；d.轧制工艺过程短，节省能源；e.成材率高，可达 8090%，熔
46、铸轧制法为 60%或更低。（6）挤压用于挤压不适合压制的长度较长、断面较小的棒材、管材。可挤压壁很薄，直径很细的小管，形状复杂、性能良好的致密粉末材料。挤压制品长度不受限制，且沿长度密度分布均匀。挤压时金属粉末中加入液体增塑剂（酚醛塑胶溶液、石蜡等） ，使金属粉末具有一定的可塑性，并使粉末颗粒粘结，增塑剂在烧结时排出。（7）高能成形高能成形途径：a.直接把高压传给模具进行压制成形b.类似等静压制，通过液体把能量传递给粉末进行压制爆炸成形法：利用炸药爆炸时产生的瞬间冲击波的压力，作用于金属使其变形像液流一样容易。高爆性炸药产生的瞬间压力为 105MPa，低爆性炸药产生的瞬间压力为2.94104M
47、Pa。该方法处于实验阶段。第 4 章烧结烧结定义：把坯块或松装粉末体加热到其基本组元熔点以下的温度，约 0.70.8T 绝对熔点或 2/3 熔点，并在此温度下保温，从而使粉末颗粒相互结合起来，改善其性能的一种热处理过程。烧结过程坯块变化：用低于熔点的温度加热坯块时，坯块收缩而致密化，结果强度增加，物理化学性能提高。烧结温度达到一定值时，水分或有机物蒸发或挥发，吸附气体排出，应力消除，粉末颗粒表面氧化物还原，接着是原子的相互扩散，粘性流动和塑性流动，颗粒间接触面增大，再结晶，晶粒长大等，有时还会出现液相，此时可能有固相的溶解和重结晶。这些过程并无明显界限，而是穿插进行，互相重叠。单元系烧结：纯金
48、属、化合物或固溶体在其熔点以下的温度进行的固相烧结；多元系烧结：由两种或两种以上组元在其主组元熔点以下的温度进行的固相和液相烧结。固相烧结：烧结过程中始终不会出现液相，大多数粉末制品采用固相烧结；液相烧结：为了生产高密度制品，在粉末中加入易熔组元，以便其在烧结时成为液相，因液相的存在可保证烧结制品孔隙很少，甚至没有孔隙。1.烧结过程的热力学（1）烧结热力学热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。热力学主要研究某一变化在一定条件下能否发生，若能发生，其方向和限度如何，而无法解释其发生的道理，也不可能预测实际产量，只预测反应发生的可能
49、性，而不问其现实性，只指出反应的方向、变化前后的状态，而不能得出变化的速率。烧结热力学：用来判断金属粉末在烧结过程中能否粘结在一起的热力学。对于某些微细金属粉末（羰基铁粉） ，只要没有氧化，在室温条件下保存也会有粘结或结块的倾向。这是一种自发过程，说明粉末体稳定性差，并且是一种不可逆过程，原因是粉末体比同一物质的块状材料具有多余的能量，这部分能量成为烧结过程的原动力。烧结过程的能量：粉末的表面能和晶格缺陷贮存的能量粉末的表面能：金属粉末粒度愈小，表面愈不规则，表面积愈大，具有的表面能愈高，即所贮存的能量愈高；晶格缺陷贮存的能量：加工硬化、空位缺陷均贮有晶格缺陷能量，与粉末生产方法有关。热力学分析：粉末表面原子都力图成为内部原子，使其处于低能状态。晶格畸变和处于活性状态下的原子力图恢复其正常位置。粉末体贮存的能量愈高，要释放能量变为低能状态的趋势就愈大，要达到稳定的趋势愈大，说明烧结愈易进行。热力学方
