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1、粉末冶金技术粉末冶金技术 主讲教师：施钢 班级：09材料 2011年10月10日 厦门理工学院 第第4 4章章 烧结烧结 （6 6学时）学时） 5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 烧结过程的热力学基础烧结过程的热力学基础 2011.10.102011.10.10 5.3 5.3 烧结机构烧结机构 5.4 5.4 单元烧结单元烧结 2011.10.122011.10.12 5.5 5.5 多元烧结多元烧结 5.6 5.6 液相烧结液相烧结 2011.10.172011.10.17 5.7 5.7 气氛烧结气氛烧结 5.8 5.8 活化烧结活化烧结 5.9 5.9 热压热压 教学要求、重点与
2、难点教学要求、重点与难点 教学要求：教学要求： 1 1、了解烧结的基本概念、了解烧结的基本概念 2 2、理解、理解烧结过程的热力学基础烧结过程的热力学基础 3 3、掌握烧结中的物质迁移、掌握烧结中的物质迁移 4 4、理解混合粉末的烧结、理解混合粉末的烧结 5 5、了解强化烧结、全致密工艺、了解强化烧结、全致密工艺 6 6、理解烧结气氛和烧结炉的作用和结构、理解烧结气氛和烧结炉的作用和结构 7 7、了解烧结体的性能、了解烧结体的性能 教学的重点与难点教学的重点与难点： 烧结中的物质迁移烧结中的物质迁移。 5.1 5.1 概述概述 烧结：烧结： 粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的加热处理，粉末
3、或压坯在低于主要组分熔点的温度下的加热处理， 借颗粒间的联结，获得所需的力学性能和物理性能。借颗粒间的联结，获得所需的力学性能和物理性能。 烧结的要求：烧结的要求： 尺寸和形状的精度要求尺寸和形状的精度要求 密度的要求密度的要求 组织结构的要求组织结构的要求 力学性能和物理性能的要求力学性能和物理性能的要求 烧结的分类烧结的分类 固相烧结固相烧结 单元系烧结单元系烧结 多元系烧结多元系烧结 液相烧结液相烧结 概述概述-烧结中的基本问题烧结中的基本问题 烧结热力学：烧结为什么会发生？ 烧结机构：烧结怎样进行？ 烧结动力学：烧结进行的速度。 烧结的基本过程烧结的基本过程 开始阶段烧结颈形成 颗粒外
4、形、密度基本未变， 但强度和导电性明显增加 中间阶段烧结颈长大 原子大量向烧结颈迁移，颗粒间距缩小 同时晶粒长大，结晶区孔隙大量消失 密度和强度增高 最终阶段孔隙球化和缩小 闭孔隙数量增加，孔隙形状趋于球形，且不断缩小 密度和强度增高，延续时间较长 5.2 5.2 烧结过程的热力学基础烧结过程的热力学基础 粉末烧结是系统能量降低的过程。 即处于高能量状态的粉末经烧结，形成能量较低的烧结材料 。 粉末颗粒的表面能-烧结的主要原动力 烧结体内孔隙的总体积和总表面积 粉末颗粒内的畸变能 粉末粒度越细，表面越不规则， 其表面能越大， 烧结热动力越大 烧结越易于进行 烧结热力学烧结热力学烧结驱动力计算模
5、型烧结驱动力计算模型 烧结的两球模型烧结的两球模型 烧结颈的应力烧结颈的应力： 此式表明：此式表明： 由于表面张力的存在，由于表面张力的存在， 造成垂直作用于烧结颈曲面上的应力，造成垂直作用于烧结颈曲面上的应力， 使烧结颈向外扩大。使烧结颈向外扩大。 烧结收缩的动力烧结收缩的动力： 此式表明：此式表明： 如果使孔隙缩小的张力如果使孔隙缩小的张力 孔隙内的气体压力，孔隙将继续收缩；孔隙内的气体压力，孔隙将继续收缩； 如果使孔隙缩小的张力如果使孔隙缩小的张力120, 固相充分长大，使液相被分割成孤立的小块，嵌镶在骨架的间隙内。 当固相在液相中有较大的溶解度时，液相烧结合金通过溶解和再析出，固相 颗
6、粒发生重结晶长大，冷却后颗粒多呈卵形，紧密排列在粘结相内。 当固相在液相中有较小的溶解度时，烧结后的合金保持多边形。 5.6 5.6 液相烧结液相烧结烧结合金的组织烧结合金的组织 5.6 5.6 液相烧结液相烧结致密化致密化 致密化系数致密化系数 第一阶段收缩动力学方程第一阶段收缩动力学方程 第二阶段收缩动力学方程第二阶段收缩动力学方程 扩散过程控制扩散过程控制 相界面反应控制相界面反应控制 5.6 5.6 液相烧结液相烧结颗粒长大动力学颗粒长大动力学 颗粒长大与烧结时间的关系 扩散过程控制扩散过程控制 n=3 相界面反应控制相界面反应控制 n=2 5.7 5.7 气氛烧结气氛烧结 通过控制烧
7、结气氛，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。作用： 防止或减少周围环境对烧结产品的有害 反应。 排除有害杂质。 维持或改变烧结材料中的有用成分。 五种基本类型 氧化气氛 还原气氛 惰性或中性气氛 渗碳气氛 氮化气氛 真空烧结 真空烧结工艺与气氛烧结工艺的差别： 真空烧结温度低，一般可降低100150C 真空烧结优缺点： 优点：（1）减少气氛中的有害成分对产品的沾污 （2）可适用于不宜用其它还原性或惰性气体时的场 合 （3）可改善液相烧结的润湿性 （4）有利于排除吸附气体，对促进烧结后期的收缩 作用明显 （5）有利于硅、铝、镁、钙等杂质或其氧化物的 排除，起提纯作用。 缺点：（
8、1）液相烧结时，粘结金属会挥发 （2）含碳材料可能发生脱碳 真空烧结主要用于活性金属、难熔金属、硬质合金、磁性材 料和不锈钢等的烧结。 5.8 5.8 活化烧结活化烧结 活化烧结：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。 活化烧结的措施：两种基本类型。 一是依靠外界因素活化烧结过程，包括在 气氛中添加活化剂、向烧结填料中添加强 还原剂、周期性地改变烧结温度、施加外 应力等； 二是提高粉末的活性，使烧结过程活化， 如表面预氧化、添加活化元素、烧结时形 成少量液相等。 5.9 5.9 热压热压 热压：将粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热
9、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。 优点：大大降低成形压力，缩短烧结时间。 缺点： 压模材料要求高、寿命较短、耗费大 单件生产、效率低 电能和压模消耗多，效率低，制品成本 高 制品表面较粗糙，精度低，一般需要清 理和机加工 应用： 制造硬质合金拉丝模、压制模、精密轧 辊及其它耐磨零件 热压力仅为冷压成形的1/10，可压制大 型制件 热压时，粉末热塑性好，可压成薄壁管 、薄片、螺纹等异型制品 粉末颗粒、硬度对热压过程影响不明显 ，可压制一些硬而脆的粉末 小结小结 教学要求： 1、了解烧结的基本概念 2、理解烧结过程的热力学基础烧结过程的热力学基础 3 3、掌握烧结中的物质迁移、掌握烧结中的物质迁移 4 4、理解混合粉末的烧结、理解混合粉末的烧结 5 5、了解强化烧结、全致密工艺、了解强化烧结、全致密工艺 6 6、理解烧结气氛和烧结炉的作用和结构、理解烧结气氛和烧结炉的作用和结构 7 7、了解烧结体的性能、了解烧结体的性能 教学的重点与难点： 烧结中的物质迁移烧结中的物质迁移。