【正文】 采用場(chǎng)活化燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)沒有添加助燒劑的AIN陶瓷，在1727℃燒結(jié)5min，~／cm3(％~％)，而傳統(tǒng)燒結(jié)技術(shù)在1927℃燒結(jié)30h，其密度只有95％，即使添加助燒劑后，采用傳統(tǒng)技術(shù)在 1800~1927℃燒結(jié)3～4h，其密度也只有97％~98％。大電流直接通過粉體或模具產(chǎn)生焦耳熱，因此加熱速率很快，一般僅為幾分鐘。11．9場(chǎng)活化燒結(jié)技術(shù) 場(chǎng)活化燒結(jié)是利用外場(chǎng)的活化作用實(shí)現(xiàn)低溫快速燒結(jié)致密化的一種燒結(jié)技術(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，液相燒結(jié)材料在較低的壓力下短時(shí)熱處理可以完全致密化，固相燒結(jié)材料要完全致密化則需要更高壓力和更長(zhǎng)時(shí)間。11．8．3燒結(jié)熟等靜壓法燒結(jié)熱等靜壓制(sinterHIP)過程是把經(jīng)模壓或冷等靜壓制的坯塊放入熱等靜壓機(jī)高壓容器內(nèi)，依次進(jìn)行脫蠟、燒結(jié)和熱等靜壓制，使工件的相對(duì)密度接近100％。14℃之間，連續(xù)冷卻速度可大于30℃／min。此外，氬氣的成本比氦低。 除壓力容器外，容器內(nèi)的加熱爐是熱等靜壓機(jī)的重要部件，主要由加熱元件、熱電偶與隔熱屏組成。消除材料內(nèi)部顆粒間的缺陷和孔隙，提高材料的致密度和強(qiáng)度。 干袋模具壓制的壓制方式如圖1122(b)所示。根據(jù)不同的要求，高壓容器可被設(shè)計(jì)成單層筒體、雙層筒體或纏繞式筒體。高壓流體的靜壓力直接作用在彈性模套內(nèi)的粉末上，粉末體在同一時(shí)間內(nèi)在各個(gè)方向上均衡地受壓而獲得密度分布均勻和強(qiáng)度較高的壓坯(如圖1120所示)。采用感應(yīng)加熱時(shí)，由于粉末坯塊中的渦 流大小與坯塊密度有關(guān)，在熱壓后期密度升高，電阻降低，渦流 發(fā)熱也減少，溫度不好控制。熱壓可將壓制和燒結(jié)兩個(gè)工序一并完成，可以在較低壓力下迅速獲得冷壓燒結(jié)所達(dá)不到的密度，從這個(gè)意義上說，熱壓是一種強(qiáng)化燒結(jié)。溫壓成形技術(shù)使用的壓機(jī)和模具與傳統(tǒng)模壓基本相同，惟一不同的是溫壓成形需要一套粉末和模具加熱系統(tǒng)。溫壓成形技術(shù)由Hoeganaes公司于1994年正式工業(yè)化應(yīng)用，并推出了Ancordense和Densemix兩種牌號(hào)的溫壓成形專用粉末。由于注射成形的原料是以流態(tài)狀均勻充填模腔，成形坯粉術(shù)密度分布均勻，避免了粉 冶金模壓工藝中由于模壁摩擦壓力損失所造成的成形坯密度分布不均勻問題，這樣可以大大減少燒結(jié)變形。由于水的價(jià)格低廉、無毒，有利于環(huán)保，開發(fā)水溶性黏結(jié)劑體系是溶劑脫脂技術(shù)研究的重點(diǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，一方面，是PIM 工藝進(jìn)一步改進(jìn)，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，另一方面，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展非常迅速。由于當(dāng)時(shí)粉末原料成本高、脫脂時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)品易變形等問題沒有解決。11．5粉 注射成形技術(shù)粉末注射成形(powder injection molding，簡(jiǎn)稱PIM)是將現(xiàn)代塑料注射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門近凈形成形新技術(shù)。納米微粉的制造方法有：溶膠凝膠法、噴霧熱轉(zhuǎn)換法、沉淀法、電解法、汞合法、羰基法、冷凍干燥法、超聲粉碎法、蒸發(fā)凝聚法、爆炸法、等離子法等。目前各種規(guī)格的攪拌球磨機(jī)國(guó)內(nèi)外都有公司制造。由球磨罐環(huán)繞自己的軸心轉(zhuǎn)動(dòng)和支撐盤的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作用于裝有球磨原料和磨球的球磨罐上。振動(dòng)球磨機(jī)、如SPEX球磨機(jī)(美國(guó)SPEX CertPrep，Inc 制造，圖1111)，這種球磨機(jī)一次只能制備10克左有的粉末，主要用于實(shí)驗(yàn)室研究和做合金的篩選工作。對(duì)于鋁碳體系，在球磨過程中往往只有部分碳化鋁粒子形成，要使碳和鋁完全反應(yīng)需要進(jìn)行后續(xù)的熱處理。 有些金屬，如鋁、鎳、銅會(huì)在球磨過程中與醇類介質(zhì)反應(yīng)，形成復(fù)雜的金屬有機(jī)化合物。％～％，因此，在研究機(jī)械合金化過程中的相變化時(shí)要充分考慮原始粉末的純度。 機(jī)械合金化制粉技術(shù)機(jī)械合金化是一種從元素粉末制取具有平衡或非平衡相組成的合金粉末或復(fù)合粉末的制粉技術(shù)。目前，上述方法都有工業(yè)性生產(chǎn)設(shè)備。水霧化法由于采用了密度較高的水做霧化介質(zhì)，所以達(dá)到的冷凝速度要比一般氣體霧化法高個(gè)數(shù)量級(jí)，粉末形狀一般為不規(guī)則形。超聲氣體霧化生產(chǎn)低熔點(diǎn)合金已達(dá)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，而對(duì)于高熔點(diǎn)合金仍處于實(shí)驗(yàn)階段和實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)規(guī)模，其存在的主要問題是霧化過程不穩(wěn)定，易造成“堵嘴”現(xiàn)象。粉末的形狀主要取決于液流的表面張力和冷凝的時(shí)間。 在液體金屬不斷被擊碎成細(xì)小液滴時(shí)，高速射流的動(dòng)能變?yōu)榻饘僖旱卧龃罂偙砻娣e的表面能。這種噴嘴霧化效率較高，但要求金屬液流對(duì)中好，而且由于霧化介質(zhì)高速射出時(shí)會(huì)在錐中形成真空，容易造成液滴反飛，并在噴嘴上凝固而堵嘴。霧化介質(zhì)與金屬液流互呈垂直方向，如圖115(a)所示。快速凝固霧化制粉技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地減少合金成分的偏析，獲得成分均勻的合金粉末。例如：高性能摩擦材料、固體自潤(rùn)滑材料、粉末高溫合金、高性能粉末冶金鐵基復(fù)合和組合零件、粉末高速鋼、快速冷凝鋁合金、氧化物彌散強(qiáng)化合金、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，高性能難熔金屬及合金、超細(xì)晶粒及涂層硬質(zhì)合金、新型金屬陶瓷、特種陶瓷、超硬材料、高性能永磁材料、電池材料、復(fù)合核燃料、中子可燃毒物、粉末微晶材料和納米材料、快速冷凝非晶和準(zhǔn)晶材料、隱身材料等。粉末冶金工藝的第一步是制取原料粉末，第二步是將原料粉末通過成形、燒結(jié)以及燒結(jié)后處理制得成品。這些新技術(shù)有的賦予原傳統(tǒng)工藝步驟以新的內(nèi)容和意義，有的把幾個(gè)工藝步驟合為一步而成為一種嶄新的工藝。近幾十年來，粉末制造技術(shù)得到了很大發(fā)展。 借助高壓液流(通常是水或油)或高壓氣流(空氣、惰性氣體)的沖擊破碎金屬液流來制備粉末的方法，稱為氣霧化或水(油)霧化法，統(tǒng)稱二流霧化法(圖112)；用離心力破碎金屬液流稱為離心霧化(圖113)；利用超聲波能量來實(shí)現(xiàn)液流的破碎稱為超聲霧化(圖114)。瑞典霍格納斯公司最早用此法以水噴制不銹鋼粉。高速氣體射流或水射流，既是使金屬液流擊碎的動(dòng)力源，又是一種冷卻劑，就是說，一方面，在霧化介質(zhì)同金屬液流之間既有能量交換(霧化介質(zhì)的動(dòng)能變?yōu)榻饘僖旱蔚谋砻婺?，又有熱最交換(金屬液滴將一部分熱雖轉(zhuǎn)給霧化介質(zhì))。顯然，霧化介質(zhì)流和金屬液流的動(dòng)力交互作用愈顯著，霧化過程愈強(qiáng)烈。超聲氣體霧化法(USGA)是氣體霧化技術(shù)中較為先進(jìn)的一種，(80~100kHz)脈沖氣流作為霧化介質(zhì)的。但是，由于該技術(shù)采用了很小直徑的金屬液流(約1mm)，批量生產(chǎn)時(shí)其導(dǎo)液管容易被堵塞。例如，日本太洋金屬公司為此開發(fā)了水壓高達(dá)150MPa的超高壓水霧化設(shè)備，其平均粒度可達(dá)3～5mm。粉末粒度的大小主要受離心力的影響，旋轉(zhuǎn)速度越高，離心力越大，所得粉末越細(xì)。表111列出了機(jī)械合金化技術(shù)制備的幾種氧化物彌散強(qiáng)化鎳基和鐵基超合金的室溫和高溫力學(xué)性能。在球磨過程中，這些化合物的大部分都會(huì)分解，并與粉末反應(yīng)后在其基體中形成均勻彌散分布的化合物新相。例如：將金屬鈦在氮?dú)夥罩星蚰サ玫搅说伔勰渌麕追N金屬氯化物粉末也已用相似的工藝制得。選擇過程控制劑時(shí)，要仔細(xì)考察金屬粉末與過程控制劑組元間的可能化學(xué)反應(yīng)。這是一種最為廣泛用于機(jī)械合金化的球磨機(jī)，一次可以制備幾百克粉末。如Model 1S攪拌球磨機(jī)(美國(guó)Union Process制造，圖1113)。一般應(yīng)用的攪拌球磨機(jī)其攪拌速率約為250r／mm，實(shí)驗(yàn)室使用的有些攪拌球磨機(jī)其攪拌速率要快十倍。另外，納米微粉作為粉末制品原料必須具有經(jīng)濟(jì)的制造方法和穩(wěn)定的質(zhì)量。第一項(xiàng)陶瓷粉末注射成形的專利1938年授權(quán)給Schwartzwalder。另一方面，在黏結(jié)劑設(shè)汁理論和脫脂機(jī)理等研究成果的指導(dǎo)下，新一代黏結(jié)劑及其脫除技術(shù)的開發(fā)成功，不僅使原來的脫脂時(shí)間從數(shù)十小時(shí)縮到幾個(gè)小時(shí)，而且其保形性得到明顯的改善，大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品的尺寸精度從177。表112列舉了一些已公開的黏結(jié)劑配方。PIM技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)零部件一體化。 溫壓成形技術(shù) 溫壓成形的基本工藝過程是：將專用金屬或合金粉和聚合物潤(rùn)滑劑混合后，采用特制的粉末加熱系統(tǒng)、粉末輸送系統(tǒng)和模具加熱系統(tǒng)，升溫到75～150℃，壓制成壓坯，再經(jīng)預(yù)燒、燒結(jié)、整形等工序，～／cm3的鐵基粉末冶金零件。表115列出了部分溫壓成形粉末冶金材料的力學(xué)性能。為了減少上沖頭與芯棒卡死的可能性，上沖頭最好也要加熱。故一般對(duì)于低溫、高壓的操 作，可選擇金屬或硬質(zhì)合金模；高溫、低壓操作則選擇石器模。通常，等靜壓成形按其特性分成冷等靜壓(CIP)和熱等靜壓(HIP)，前者常