【正文】 粒代替舊的，并伴隨晶粒長大的現(xiàn)象。粉末燒結(jié)材料的再結(jié)晶方式分為：顆粒內(nèi)再結(jié)晶（只有壓制壓力很高，顆粒變形程度極大時(shí)，整個(gè)顆粒內(nèi)才可能同時(shí)進(jìn)行再結(jié)晶）和顆粒間聚集再結(jié)晶（指燒結(jié)顆粒間界面通過再結(jié)晶形成晶界，而且向兩邊顆粒內(nèi)移動(dòng)，這時(shí)顆粒合并，稱為顆粒聚集再結(jié)晶。）燒結(jié)材料的晶粒尺寸細(xì)小原因有三：孔隙對(duì)晶界遷移的阻礙、第二相的作用和晶界溝的影響。在多晶材料內(nèi)，露出晶體表面的晶界形成所謂晶界溝。粉末燒結(jié)材料的再結(jié)晶同致密材料比較的特點(diǎn)： 1）粉末燒結(jié)材料中如有較多的氧化物、孔隙及其它雜質(zhì)，則聚晶長大受阻，故組織的晶粒較細(xì)；相反，粉末純度愈高，晶粒長大趨勢(shì)也愈大。2）燒結(jié)材料中晶粒顯著長大的溫度較高，僅當(dāng)粉末壓制采用極高壓力時(shí)，才明顯降低。3）粉末粒度影響聚晶長大。4）燒結(jié)金屬在臨界變形程度下，再結(jié)晶后晶粒顯著長大的現(xiàn)象不明顯，而且晶粒沒有明顯的取向性。對(duì)燒結(jié)起促進(jìn)或阻礙作用，或者對(duì)物質(zhì)遷移起加速或延緩作用的各種因素，是通過下面的一種或幾種方式起作用的：（1）改變顆粒間的接觸面積或接觸狀態(tài)；（2）改變物質(zhì)遷移過程的激活能；（3）改變參與物質(zhì)遷移過程的原子數(shù)目；（4）改變物質(zhì)遷移的方式或途徑。主要從四個(gè)方面討論影響燒結(jié)因素：比較立方、六方和四方晶系的金屬粉末的燒結(jié)行為，可發(fā)現(xiàn)燒結(jié)起始溫度是隨點(diǎn)陣對(duì)稱性的降低而增高的。1） 表面活性：取決于粉末的粒度、粒形（即粉末的比表面大?。?） 晶格活性：取決于晶粒大小、晶格缺陷、內(nèi)應(yīng)力等其他條件相同時(shí)，粉末愈細(xì)，兩種活性同時(shí)提高。：主要是粉末表面的氧化物和燒結(jié)氣氛的影響。粉末表面的氧化物：如果在燒結(jié)過程中能被還原或溶解在金屬中，當(dāng)氧化層小于一定厚度時(shí)，對(duì)燒結(jié)有促進(jìn)作用；但如果表面氧化物層太厚或不能被還原，反將阻礙燒結(jié)進(jìn)行。燒結(jié)氣氛：難還原的金屬粉末燒結(jié)所需氣氛的還原性要強(qiáng)（氧分壓低，濕度低），真空燒結(jié)對(duì)于多數(shù)金屬的燒結(jié)都有利，但真空燒結(jié)使金屬的揮發(fā)損失增大，成分改變，而且容易造成產(chǎn)品變形。燒結(jié)氣氛中添加活性成分能活化某些粉末的燒結(jié)氣氛中氧的分壓對(duì)氧化物材料的燒結(jié)影響最明顯。注：在濕氫或氮、氬等惰性氣體中燒結(jié)氧化物能降低燒結(jié)溫度。：壓制密度、壓制殘余應(yīng)力、顆粒表面氧化膜的變形或破壞、壓坯孔隙中氣體等。第五節(jié)：多元系固相燒結(jié)組分互溶的多元系固相燒結(jié)有三種情況：（1）均勻固溶體粉末的燒結(jié)；（2）混合粉末的燒結(jié)；（3）燒結(jié)過程固溶體分解。合金化：在這一體系中互擴(kuò)散(特別是偏擴(kuò)散現(xiàn)象造成微孔減小擴(kuò)散有效通道)影響合金化均勻程度。影響混合粉壓坯的合金化過程的因素：1）燒結(jié)溫度：↑T，原子擴(kuò)散速度增加，F(xiàn)↑2）燒結(jié)時(shí)間：元素?cái)U(kuò)散距離大長，t↑， F↑3）粉末粒度：細(xì)粉末的活性高，擴(kuò)散距離短均勻化時(shí)間縮短影4）壓坯密度：在粉末顆粒形狀和粒度組成相同時(shí)壓坯密度提高有利于顆粒間的相互接觸程度擴(kuò)大物質(zhì)擴(kuò)散有效界面，F(xiàn)↑5）粉末原料：部分預(yù)合金化粉末降低擴(kuò)散活化能壘，F(xiàn)↑6）雜質(zhì)：Si,Mn雜質(zhì)易形成穩(wěn)定氧化物，阻礙元素?cái)U(kuò)散假合金：組元間不互溶且無反應(yīng)的合金。1）燒結(jié)過程的特點(diǎn)（1）互不溶系固相燒結(jié)幾乎包括了用粉末冶金方法制造的一切典型的復(fù)合材料基體強(qiáng)化材料和利用組合效果的金屬陶瓷材料。（2）互不溶系的燒結(jié)溫度由粘結(jié)相的熔點(diǎn)決定。（3）復(fù)合材料及假合金通常要求在接近致密狀態(tài)下使用，因此在固相燒結(jié)后，一般需要采用復(fù)合工藝進(jìn)一步提高密度和性能。 （4）當(dāng)復(fù)合材料接近完全致密時(shí)，有許多性能同組分的體積含量之間存在線性規(guī)律，稱為“加和”規(guī)律。（5）當(dāng)難熔組分含量很高，粉末混合均勻有困難時(shí)，可采用復(fù)合粉或化學(xué)混料方法。（6）互不溶系內(nèi)不同組分顆粒間的結(jié)合界面，對(duì)材料的燒結(jié)性以及強(qiáng)度影響很大。2）熱力學(xué)條件：AB系 必要條件：γAB γA +γB 充分條件：若γAB|γAγB| 界面能大于兩組份單獨(dú)存在時(shí)能量之差可以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)，但不太理想。γAB|γAγB|燒結(jié)比較理想因若γA》γB則B有可能附在A上均勻地形成B包裹層，燒結(jié)效果最好。第六節(jié)：液相燒結(jié)一、液相燒結(jié)技術(shù)的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1)加快燒結(jié)速度：液相的形成加快了原子遷移速度；在無外壓的情況下，毛細(xì)管力作用加快坯體收縮；液相的存在降低顆粒間的摩擦有利于顆粒重排列。2) 晶粒尺寸可通過調(diào)節(jié)燒結(jié)工藝參數(shù)加以控制，便于優(yōu)化顯微結(jié)構(gòu)和性能。3) 可制得全致密的P/M材料或制品，延伸率高。4) 粉末顆粒的尖角處優(yōu)先溶于液相，易于獲得有效的顆粒間填充。不足之處：變形；當(dāng)燒結(jié)坯體液相數(shù)量過大或混合粉的粒度、混合不均勻時(shí)，易出現(xiàn)變形；收縮大，尺寸精度控制困難。二、液相燒結(jié)的定義和分類定義：燒結(jié)溫度高于燒結(jié)體系低熔組分的熔點(diǎn)或共晶溫度的多元系燒結(jié)過程或燒結(jié)過程中出現(xiàn)液相的粉末燒結(jié)過程統(tǒng)稱為液相燒結(jié)。分類：：在燒結(jié)中、初期存在液相，后期液相消失的燒結(jié)過程。特點(diǎn)：燒結(jié)中初期為液相燒結(jié)，后期為固相燒結(jié)。液相數(shù)量取決于成分（低熔點(diǎn)組分的含量）、粉末顆粒的粒度。提高瞬時(shí)液相燒結(jié)過程中的液相數(shù)量可采用：提高低熔點(diǎn)組分含量；高熔點(diǎn)組分顆粒粗（與液相接觸面積小，減小擴(kuò)散面積）。：燒結(jié)過程始終存在液相的燒結(jié)過程。：多孔骨架的固相燒結(jié)和低熔點(diǎn)金屬滲入骨架后的液相燒結(jié)過程。特點(diǎn)：前期為固相燒結(jié)，后期為液相燒結(jié)。:液相在粉末顆粒內(nèi)形成，是一種在微區(qū)范圍內(nèi)比普通液相燒結(jié)更為均勻的燒結(jié)過程。三、液相燒結(jié)的條件液相燒結(jié)能否順利完成，取決于同液相性質(zhì)相關(guān)的三個(gè)基本條件：：液相必須潤濕固相顆粒是液相燒結(jié)得以進(jìn)行的前提否則，產(chǎn)生反燒結(jié)現(xiàn)象。即燒結(jié)體系應(yīng)滿足γS=γSL+γLCOSθ(θ為潤濕角)。當(dāng)θ=0，液相充分潤濕固相顆粒，最理想的液相燒結(jié)條件。 當(dāng)θ90176。，液相被推出燒結(jié)體，發(fā)生反燒結(jié)現(xiàn)象。在那些燒結(jié)氣氛與固相或液相組分間形成穩(wěn)定氧化物體系易出現(xiàn)。當(dāng)0θ90176。，這是普通的液相燒結(jié)情況，燒結(jié)效果一般。：其結(jié)果是：1)有限的溶解可改善潤濕性；2)增加液相的數(shù)量即體積分?jǐn)?shù)，促進(jìn)致密化；3)顆粒表面突出部位的化學(xué)位較高產(chǎn)生優(yōu)先溶解，通過擴(kuò)散和液相流動(dòng)在顆粒凹陷處析出，改善固相晶粒的形貌和減小顆粒重排的阻力；4)固相溶于液相，可借助液相進(jìn)行物質(zhì)遷移，加速燒結(jié)。：液相數(shù)量的增加有利于液相充分而均勻地包覆固相顆粒減小固相顆粒間的接觸機(jī)會(huì)對(duì)致密化有利。但過大的液相數(shù)量造成燒結(jié)體的解體，形狀保持性下降。一般將液相數(shù)量控制在燒結(jié)體體積的35%以內(nèi)。四、液相燒結(jié)階段和燒結(jié)機(jī)構(gòu)燒結(jié)階段：：當(dāng)燒結(jié)溫度高于液相組分的熔點(diǎn)或共晶點(diǎn)時(shí)，液相形成；在毛細(xì)力的作用下，液相發(fā)生流動(dòng)并填充孔隙空間。同時(shí)，毛細(xì)力作用也導(dǎo)致固相顆粒受力不平衡，使顆粒產(chǎn)生移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整位置使壓制狀態(tài)的固相顆粒的相對(duì)位置發(fā)生變化,達(dá)到最佳的填充狀態(tài)（緊密堆積）；燒結(jié)坯發(fā)生充分致密化；液相流動(dòng)與顆粒重排為液相燒結(jié)的主導(dǎo)致密化機(jī)理。液相的數(shù)量主要取決于合金成分和燒結(jié)溫度。：化學(xué)位差異，化學(xué)位高的部位將發(fā)生優(yōu)先溶解并在附近的液相中形成濃度梯度；發(fā)生固相原子等在液相中的擴(kuò)散和流動(dòng)，在化學(xué)位低的部位析出?；瘜W(xué)位高的區(qū)域：顆粒突起或尖角處，細(xì)顆粒發(fā)生細(xì)顆粒和顆粒尖角處的優(yōu)先溶解；化學(xué)位較低的部位：顆粒的凹陷處和大顆粒表面溶解在液相中固相組分的原子在這些部位析出。其結(jié)果是：小顆粒趨向減小，顆粒表面光滑化和球化；大顆粒趨于長大，進(jìn)一步提高致密化效果。：相對(duì)上述兩階段，這一過程進(jìn)行速度較慢；主要發(fā)生固相顆粒的接觸和晶粒長大現(xiàn)象，非接觸區(qū)則發(fā)生球化現(xiàn)象（液相數(shù)量較少）。相比于前兩階段，致密化速率已很低，只存在晶粒長大和體積擴(kuò)散。五、影響液相燒結(jié)過程的因素1. 粒度1）細(xì)顆粒有利于提高燒結(jié)致密化速度，便于獲得高的最終燒結(jié)密度。在顆粒重排階段：提高毛細(xì)管力，便于固相顆粒在液相中移動(dòng)，(盡管會(huì)增加顆粒之間的摩擦力和固相顆粒之間的接觸機(jī)會(huì))。在溶解再析出階段：強(qiáng)化固相顆粒之間和固相/液相間的物質(zhì)遷移，加快燒結(jié)速度。2）細(xì)小晶粒的燒結(jié)組織有利于獲得性能優(yōu)異的燒結(jié)材料。2 .顆粒形狀顆粒重排階段初期，顆粒形狀影響毛細(xì)管力大小；形狀復(fù)雜導(dǎo)致顆粒重排阻力增加球形顆粒有利于顆粒重排；形狀復(fù)雜的固相顆粒降低燒結(jié)組織的均勻性，綜合力學(xué)性能較低；在溶解再析出階段，顆粒形狀的影響較小。降低顆粒間導(dǎo)致顆粒重排的液相數(shù)量；減小固相顆粒之間的液膜厚度；增加固相顆粒之間的接觸機(jī)會(huì)；增加顆粒重排阻力。：主要是化合物粉末燒結(jié)體系，WCCo合金。缺碳：由于形成η相，化合了部分Co，降低液相數(shù)量，降低燒結(jié)致密化效果。增碳：降低共晶點(diǎn)，相對(duì)地提高液相數(shù)量，有利于燒結(jié)致密化。影響液相的分布 聚集區(qū)域：液相數(shù)量大，收縮快貧化區(qū)域：液相數(shù)量少，降低總體收縮措施：減小低熔組元的粉末粒度；提高分散度。：直接影響液相數(shù)量（體積分?jǐn)?shù)）液相體積分?jǐn)?shù)對(duì)燒結(jié)致密化起著重要的作用。：壓坯密度高，固相顆粒接觸程度提高阻礙顆粒重排，阻止致密化。：冷卻速度決定析出相，影響顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。液相經(jīng)快速冷卻后，形成過飽和固溶體，需進(jìn)行燒結(jié)后熱處理。：溫度：主要與液相數(shù)量、物質(zhì)擴(kuò)散速度、潤濕性、溶解度、液相粘度等相關(guān)聯(lián)。對(duì)致密化和晶粒粗化具有顯著的影響。時(shí)間：對(duì)于在燒結(jié)過程中出現(xiàn)的液相，其體積分?jǐn)?shù)大于15%，20分鐘就可以實(shí)現(xiàn)充分的致密化。過長的燒結(jié)時(shí)間會(huì)引起晶粒粗化。：可能引起潤濕性的改善（氧化物還原）或劣化（形成氧化膜）。封閉氣孔阻礙燒結(jié)體的致密化真空燒結(jié)可消除。六、熔浸的定義及特點(diǎn)定義：將粉末坯塊與液體金屬接觸或浸在液體金屬內(nèi)，讓坯塊內(nèi)孔隙為金屬液填充，冷卻下來得到致密材料或零件的工藝。與普通液相燒結(jié)相比較，熔浸靠液相從外部直接填充孔隙而實(shí)現(xiàn)致密化，不依賴顆粒重排和溶解再析出過程實(shí)現(xiàn)燒結(jié)體的致密化。特點(diǎn)：燒結(jié)初期發(fā)生固相燒結(jié)，中后期則發(fā)生液相燒結(jié)。第七節(jié)：燒結(jié)氣氛一、氣氛的作用：控制壓坯與環(huán)境之間的化學(xué)反應(yīng)和清除潤滑劑的分解產(chǎn)物，具體有三個(gè)方面：，從而保證燒結(jié)順利進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；如氧化和脫碳。，如吸附氣體、表面氧化物或內(nèi)部夾雜；凈化作用：凈化后可提高燒結(jié)動(dòng)力，加快燒結(jié)速度，而且能改善燒結(jié)制品的性能。，這些成分常常能與燒結(jié)金屬生成合金或活化燒結(jié)過程。如碳控制、滲氮等。二、可控碳勢(shì)氣氛氣氛按其對(duì)燒結(jié)材料中碳含量的影響可以分為滲碳、脫碳和中性三種。滲碳：如果燒結(jié)體內(nèi)的碳含量低于臨界濃度，氣氛就將補(bǔ)充一部分碳到燒結(jié)材料中去的現(xiàn)象。脫碳：如果燒結(jié)壓坯內(nèi)有游離碳（一般為石墨粉）存在或燒結(jié)金屬中的碳濃度超過該氣體成分所允許的臨界值，就會(huì)有一部分碳損失到氣氛中去的現(xiàn)象。中性氣氛：當(dāng)氣氛被控制到與燒結(jié)體中的某一定碳濃度平衡，即具有嚴(yán)格相等的“碳勢(shì)”或“碳位”時(shí)，即中性氣氛。碳勢(shì)：某一含碳量的材料在某種氣氛中燒結(jié)時(shí)既不滲碳也不脫碳，以含碳?xì)夥罩械钠胶夂剂勘硎?。吸熱型氣氛：用天然氣體燃燒的方法所制得的保護(hù)氣氛，因?yàn)樵谛纬蛇@種氣氛時(shí)需要消耗外來的熱量，因此，通常稱這種氣氛為吸熱氣氛。與放熱型比較，H2含量高，CO2濃度較低是一種還原性更強(qiáng)的可控氣氛。放熱型氣氛：制取不完全燃燒氫碳化合物的氣體時(shí)，由于天然氣是在燃燒器中進(jìn)行燃燒的，因此，不會(huì)消耗外來的能量，稱為放熱氣氛。第八節(jié)：活化燒結(jié)活化燒結(jié)的定義：是指采用化學(xué)或物理的措施，使燒結(jié)溫度降低、燒結(jié)過程加快，或使燒結(jié)體的密度和其它性能得到提高的方法。第九節(jié)：熱壓定義：熱壓又稱為加壓燒結(jié)，是把粉末裝在模腔內(nèi)，在加壓的同時(shí)使粉末加熱到正常燒結(jié)溫度或更低一些的溫度，經(jīng)過較短時(shí)間燒結(jié)成致密而均勻的制品。目前，又發(fā)展了真空熱壓、振動(dòng)熱壓、均衡熱壓和等靜熱壓等新技術(shù)。一、工藝特點(diǎn)熱壓方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以大大降低成形壓力和縮短燒結(jié)時(shí)間，另外可以制得密度高和晶粒極細(xì)的材料，其應(yīng)用主要有：（1）制造硬質(zhì)合金拉絲模、壓制模、精密軋輥及其它耐磨零件；（2）熱壓壓力僅為冷壓成形的1/10，可以壓制大型制件；（3）熱壓時(shí)，粉末熱塑性好，可以壓成薄壁管、薄片及帶螺紋等異型制品；（4）粉末粒度、硬度對(duì)熱壓過程影響不明顯，因此可壓制一些硬而脆的粉末。然而，熱壓法也有明顯的缺點(diǎn)：（1）對(duì)壓模材料要求高，難以選擇，而且壓模壽命短、耗費(fèi)大；（2）單件生產(chǎn)、效率低；（3）電能和壓膜消耗多，效率低，制品成本高；（4）制品表面較粗糙，精度低，一般需要清理和機(jī)加工。熱壓加熱的方式分為電阻直熱式、電阻間熱式和感應(yīng)加熱式三種。熱壓采用保護(hù)氣氛較困難。對(duì)于不滲碳材料（各種碳化物與硬質(zhì)合金）石墨?？梢赃m用，對(duì)滲碳金屬及活性金屬則不適合。為了減少空氣中氧的危害，可以采用如下措施：（1）加熱前先將粉末壓實(shí)；（2）模具配合嚴(yán)密，防止空氣大量進(jìn)入模腔；（3）將保護(hù)氣氛經(jīng)過專門的管道引入模腔內(nèi)；（4）采用間接加熱或感應(yīng)加熱方式，便于采用有保護(hù)氣氛或真空室的熱壓爐；（5）在粉末中加進(jìn)一些高溫下能產(chǎn)生還原性氣氛的物質(zhì)，如碳、金屬氫化物、酒精等。42