【文章內(nèi)容簡介】 第三類是 金屬元素和金屬元素的組合 。 前者是 Ⅱ A、Ⅱ B、 Ⅲ B、 Ⅳ B金屬 ， 后者是貴金屬和稀土金屬 ， 它們形成諸如 GdCo、 NbNi、 ZrPd、 TiBe等非晶態(tài)材料 。 23 從成鍵角度來看 ， 第一類非晶物質(zhì)結(jié)構(gòu)中包含 sp的雜化軌道 。 第二類和第三類物質(zhì) ， 可能包括 spd、 spdf類型的雜化軌道 。 在三類物種中 ， 均含有原子半徑小而電場強(qiáng)度大的類金屬元素或金屬元素 ， 這些元素對(duì)半徑大而場強(qiáng)弱的非金屬元素 、 過渡金屬元素以及稀土金屬元素都有一定的極化作用 ，形成離子 共價(jià)混合鍵型的低配位結(jié)構(gòu) 。 從成鍵強(qiáng)度考慮 ， 影響因素有原子半徑 、 電負(fù)性 、 極化勢(shì)等 。 鍵強(qiáng)度大易形成玻璃 ， 陽離子氧化數(shù)必須不小于 3，陽離子的半徑不能太大 ， 其電負(fù)性最好在 ~ 。 此外還要求化合物結(jié)構(gòu)中有足夠的空曠度 ， 以利于共價(jià)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成 。 24 如前所述 ， 非晶態(tài)固體與晶態(tài)固體相比 ， 從微觀結(jié)構(gòu)講有序性低；從熱力學(xué)講 ， 自由能要高 ， 因而是一種亞穩(wěn)態(tài) 。 基于這樣的特點(diǎn) ， 制備非晶態(tài)固體必須解決下述 兩個(gè)問題 ： （ 1） 必須形成原子或分子混亂排列的狀態(tài)； （ 2） 必須將這種熱力學(xué)上的亞穩(wěn)態(tài)在一定的溫度范圍 內(nèi)保存下來 ， 使之不向晶態(tài)轉(zhuǎn)變 。 基于上述特點(diǎn) ， 最常見的非晶態(tài)制備方法有液相急冷和從稀釋態(tài)凝聚等 ， 包括蒸發(fā) 、 離子濺射 、 輝光放電和電解沉積等 ，近年來還發(fā)展了離子轟擊 、 強(qiáng)激光輻照和高溫壓縮等新技術(shù) 。 下面我們主要從原理方面介紹幾種方法 。 ?一個(gè)機(jī)理 25 ?三個(gè)基本體系 非晶制備技術(shù)體系劃分 物質(zhì)三態(tài) 沖擊波法 粒子注入法 輻照法 溶膠 凝膠法 其它 現(xiàn)代方法 從氣態(tài)制備非晶 氣體輝光放電法 電解沉積法 濺射法 CVD PVD 從液態(tài)制備非晶 粉末冶金法 從固態(tài)制備非晶 液體急冷法 懸浮熔煉技術(shù) 落管技術(shù) 低熔點(diǎn)氧化物包裹法 26 1） 粉末冶金法 粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末 （ 或金屬粉末與非金屬粉末的混合物 ） 作為原料 ， 經(jīng)過成形和燒結(jié) ， 制造金屬材料 、 復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù) 。 目前 ， 由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) ， 它已成為解決新材料問題的鑰匙 ， 在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用 。 但它卻是是一種古老的方法 。 人類早期采用機(jī)械粉碎法制得金 、 銀 、銅和青銅的粉末 ， 用作陶器等的裝飾涂料 。 18世紀(jì)下半葉和 19世紀(jì)上半葉 ， 俄 、 英 、 西班牙等國曾以工場規(guī)模制取海綿鉑粒 ， 經(jīng)過熱壓 、 鍛和模壓 、 燒結(jié)等工藝制造錢幣和貴重器物 。 1890年 ， 美國的庫利吉發(fā)明用粉末冶金方法制造燈泡用鎢絲 ， 奠定了現(xiàn)代粉末冶金的基礎(chǔ) 。 到 1910年左右 ， 人們已經(jīng)用粉末冶金法制造了鎢鉬制品 、 硬質(zhì)合金 、 青銅含油軸承 、 多孔過濾器 、 集電刷等 ， 逐步形成了整套粉末冶金技術(shù) 。 20世紀(jì) 30年代 ， 旋渦研磨鐵粉和碳還原鐵粉問世后 ， 用粉末冶金法制造鐵基機(jī)械零件獲得了很快的發(fā)展 。 第二次世界大戰(zhàn)后 ， 粉末冶金技術(shù)發(fā)展迅速 ，新的生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備 、 新的材料和制品不斷出現(xiàn) ， 開拓出一些能制造特殊材料的領(lǐng)域 ， 成為現(xiàn)代工業(yè)中的重要組成部分 。 ?多種工藝 27 ? 粉末冶金發(fā)展歷史： 粉末冶金方法起源于公元前三千多年 。 制造鐵的第一個(gè)方法實(shí)質(zhì)上采用的就是粉末冶金方法 。 而現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的發(fā)展中共有三個(gè)重要標(biāo)志： 克服了難熔金屬熔鑄過程中產(chǎn)生的困難 。 1909年制造電燈鎢絲 ， 推動(dòng)了粉末冶金的發(fā)展； 1923年粉末冶金硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽(yù)為機(jī)械加工中的革命 。 三十年代成功制取多孔含油軸承；繼而粉末冶金鐵基機(jī)械零件的發(fā)展 ， 充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優(yōu)點(diǎn) 。 向更高級(jí)的新材料 、 新工藝發(fā)展 。 四十年代 ， 出現(xiàn)金屬陶瓷 、 彌散強(qiáng)化等材料 ， 六十年代末至七十年代初 ， 粉末高速鋼 、 粉末高溫合金相繼出現(xiàn) ， 利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強(qiáng)度的零件 。 28 ? 粉末冶金工藝的優(yōu)點(diǎn)： 絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物 、 假合金 、 多孔材料只能用粉末冶金方法來制造 。 由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯 ， 而不需要或很少需要隨后的機(jī)械加工 ， 故能大大節(jié)約金屬 ， 降低產(chǎn)品成本 。 用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時(shí) ， 金屬的損耗只有 15%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時(shí) ， 金屬的損耗可能會(huì)達(dá)到 80%。 由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料 ， 也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì) ， 而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進(jìn)行 ， 不怕氧化 ， 也不會(huì)給材料任何污染 ， 故有可能制取高純度的材料 。 粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性 。 粉末冶金適宜于生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品 ， 特別是齒輪等加工費(fèi)用高的產(chǎn)品 ， 用粉末冶金法制造能大大降低生產(chǎn)成本 。 29 粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚 ， 消除粗大 、 不均勻的 鑄造組織 。 在制備高性能稀土永磁材料 、 稀土儲(chǔ)氫材料 、 稀土發(fā)光材 料 、 稀土催化劑 、 高溫超導(dǎo)材料 、 新型金屬材料 （ 如 AlLi合金 、 耐熱Al 合金 、 超合金 、 粉末耐蝕不銹鋼 、 粉末高速鋼 、 金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu) 材料等 ） 具有重要的作用 。 可以制備非晶 、 微晶 、 準(zhǔn)晶 、 納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非 平衡材料和大塊非晶材料 ， 這些材料具有優(yōu)異的電學(xué) 、 磁學(xué) 、 光學(xué)和力學(xué)性能 。 可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品 ， 如 新型多孔生物材料 ， 多孔分離膜材料 、 高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料 等 。 可以實(shí)現(xiàn)凈近形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn) ， 從而 ， 可以有效地降低生產(chǎn)的 資源和能源消耗 。 10 、 可以充分利用礦石 、 尾礦 、 煉鋼污泥 、 軋鋼鐵鱗 、 回收廢舊金屬作原 料 ， 是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù) 。 30 ? 粉末冶金工藝的基本工序是： 原料粉末的制備 。 現(xiàn)有的制粉方法大體可分為兩類：機(jī)械法和物理化學(xué)法 。 而機(jī)械法可分為：機(jī)械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分為：電化腐蝕法 、 還原法 、 化合法 、 還原 化合法 、 氣相沉積法 、 液相沉積法以及電解法 。 其中應(yīng)用最為廣泛的是還原法 、 霧化法和電解法 。 粉末成型為所需形狀的坯塊 。 成型的目的是 制得一定形狀和尺寸的壓坯 ， 并使其具有一定的密度和強(qiáng)度 。 成型的方法基本上分為 加壓成型和無壓成型 。 加壓成型中應(yīng)用最多的是 模壓成型 。 31 坯塊的燒結(jié) 。 燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序 。 成型后的壓坯通過燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機(jī)械性能 。 燒結(jié)又分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié) 。 對(duì)于單元系和多元系的固相燒結(jié) ， 燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點(diǎn)低；對(duì)于多元系的液相燒結(jié) ， 燒結(jié)溫度一般比其中難熔成分的熔點(diǎn)低 ， 而高于易熔成分的熔點(diǎn) 。 除普通燒結(jié)外 ， 還有松裝燒結(jié) 、 熔浸法 、 熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝 。 ? 如果在燒結(jié)以后采取急冷的方法 ， 就可以得到非晶材料或者產(chǎn)品 。 產(chǎn)品的后序處理 。 燒結(jié)后的處理 ， 可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同 ， 采取多種方式 。 如精整 、 浸油 、 機(jī)加工 、 熱處理及電鍍 。 此外 ， 近年來一些新工藝如軋制 、 鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒結(jié)后的加工 ， 取得較理想的效果 。 32 ? 粉末冶金法制備非晶合金的缺點(diǎn)： 由于合金硬度高 ， 粉末壓制的致密度受到限制； 由于燒結(jié)溫度不能太高 （ ﹤ 600℃ ） ， 要在粉末的晶化 溫度以下 ， 因此最終產(chǎn)品