粉体成形与烧结ppt课件

1、粉体成形与烧结,粉体制备,赵鸽,简介,粉体成形烧结零件制品,压坯在一定的温度下加热烧结，使制品获得最终的物理力学性能。,制粉,粉末物料在压模中加压成形，得到一定形状和尺寸的压坯,材料分类：,按化学组成（或基本组成）分类： 1. 金属材料粉末冶金 2. 无机非金属材料 玻璃，陶瓷，水泥，耐火材料 3. 高分子材料（聚合物） 4. 复合材料,烧结制品发展概述,陶瓷的发展概述 中国陶器的产生距今已有11700多年的悠久历史。 早在原始社会的生活中，祖先们发现被水浸湿后的粘土有粘性和可塑性，晒干后变得坚硬起来。晒干的泥巴被火烧之后，变得更加结实、坚硬，而且可以防水，于是陶器就随之而产生了。 在3000

2、多年前的商代，我国已出现了原始青瓷。 功能陶瓷:利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料 。,粉末冶金发展史,粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。 现代粉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(3410 )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

3、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,我国粉末冶金制品行业,自上世纪五十年代中期起步,粉末冶金制品应用,1.汽车行业仍然是粉末冶金工业发展的最大动力和最大用户。 2006年北美平均每辆汽车粉末冶金零件用量最高，为19.5公斤，欧洲平均为9公斤，日本平均为8公斤，中国3.97公斤。粉末冶金铁基零件在汽车上主要应用于发动机、传送系统、ABS系统、点火装置，汽车尾气过滤多孔材料等。 2.工具材料是粉末冶金工业另一类重要产品，其中特别重要的是硬质合金。 目前制造业的发展朝着3A方向，即敏捷性（Agility）、适应性（Adap

4、tivity）和可预测性（Anticipativity）。,3.信息行业的发展也为粉末冶金工业提供了新的契机。 日本电子行业用的粉末冶金产品中热沉材料占23%，发光与点极材料占30%。,粉体工程涉及的领域：,陶瓷材料：氧化铝、氧化锆陶瓷 冶金工业：粉末冶金材料、耐火材料 电子材料：集成电路基板 机械工业：硬质刀具,矿物晶体,氧化铝陶瓷,高导热性BeO陶瓷,铁基粉末冶金制品,双面孔Al2O3基板,高温电路基板,东风21洲际导弹两级固体推进,航天飞机,金属粉末和粉末冶金材料、制品的应用,用粉末冶金法制造机械零件与仪表零件的经济效益对比,第一节 粉末的制取,烧结制品基本工艺流程包括： 粉末制备、成形

5、、烧结 粉末制备： 机械法 物理法 化学法 高质量的原料粉末，应该具备粒度分布范围合理、平均粒径小、颗粒外形圆整、颗粒聚集和抱团倾向小，凝聚强度低、化学纯度和化学组成均匀性易于控制等特性。,一.机械法,机械法制取粉末是将原材料机械地粉碎，而化学成分基本不发生变化的工艺过程。 机械法分为机械破碎法与气流研磨。,A.机械粉碎法,机械粉碎是靠压碎、击碎和磨削等作用，将块状金属、合金或化合物机械地粉碎成粉末。依据物料粉碎的最终程度，可以分为粗碎和细碎（研磨）两类。,压碎,劈碎,折断,磨剥,击碎,球磨制粉的基本方式： 滚筒式 行星式 振动式 搅动式,球磨制粉,球磨制粉,球磨制粉包括四个基本要素： 球磨桶

6、 磨球 研磨物料 研磨介质 球磨制粉的两个基本准则： 1.动能准则： 提高磨球的动能 2.碰撞几率准则： 提高磨球的有效碰撞几率,球磨效率有限,球磨制粉的两个基本准则： 1.动能准则： 提高磨球的动能 2.碰撞几率准则： 提高磨球的有效碰撞几率,B.气流研磨,气流研磨是通过气体传输粉料的一种研磨方法。研磨腔内是气体与粉末的混合体。 气流研磨的两个基本准则： 1.动能准则： 提高粉末颗粒的动能 2.碰撞几率准则： 提高粉末颗粒的有效碰撞几率 由于粉末颗粒的动能是从气流中获得的，因此必须提高载流气体的速度。,高压气体压力下降后： 加速效应：气体可超过音速 冷却效应：气粉混和物的温度降到零度以下,夹

7、带粉料的高压气体通过拉瓦尔型喷嘴后，气体压力机具下降。,二.物理制粉法,雾化法和蒸发凝聚法,(1).雾化法,雾化法是一种典型的物理制粉方法 将熔化的金属液体通过小孔缓慢下流，用高压气体（如压缩空气）或液体（如水）喷射，通过机械力与急冷作用使金属熔液雾化。结果获得颗粒大小不同的金属粉末。 根据雾化介质的不同： 水雾化和气雾化,增大气（液）体压力，能够增加气（液）体的喷射速度，因而有利于金属液体雾化率的提高。,雾化机理,超声波冲击,（2）物理蒸发凝聚法,采用不同的能量输入方式，使金属气化，然后再在冷凝壁上沉积，从而获得金属粉末。 制备超微金属粉。 冷凝室内要通入惰性气体（冷却，防止氧化）。 缺点：

8、效率低 优点：制备的粉体颗粒细小（2nm）,按照输入能量的方式，物理蒸发冷凝法可以分为：,三.化学沉积法,电化学法 化学还原法,化学还原法,典型还原制粉的类型：,电化学法,电化学反应,阴极反应：,阳极反应：,粉末性能,粉末的性能对其成形和烧结过程，及制品的性能都有重大影响，因而对粉末的性能必须加以了解。粉末的性能可分为物理性能、化学性能和工艺性能。 物理性能有颗粒形状、粒度及粒度组成、密度、硬度、加工硬化性、塑性变形能力以及显微组织等； 化学性能有化学成分；工艺性能有粉末的松装密度、流动性和压制性等。通常用下述几个主要性能来评价粉末的性能。,1）颗粒形状、粒度及粒度组成 a颗粒形状 颗粒形状是

9、决定粉末工艺性能的主要因素。用不同方法制造的粉末形状不同，,b粒度及粒度分布 粉末粒度是指颗粒的大小，可用当量直径表示。对粉末体而言，粒度是指颗粒的平均大小。 粒度大小直接影响制品的性能，如硬质合金、陶瓷材料等，要求粒度越细越好。 而对常用的粉末冶金制品生产，不仅要测定粉末体平均颗粒的大小，更重要的是测定大小不同的颗粒的含量，简称为粒度分布。 粉末的粒度分布对成形、烧结有一定的影响。如粉末粒度分布得当，粉末颗粒间的孔隙就小，成形密度高，烧结容易进行。,（2）松装密度、流动性和压制性,a松装密度 松装密度亦称松装比，是指单位容积自由松装粉末的质量，常用g/cm3表示。松装密度用粉末流动仪进行测量。 b流动性 粉末流动性是指单位质量的粉末自由下落到流完的时间，常用s/50g表示。流动性也用粉末流动仪进行测量。 c压制性 粉末压制性包括压缩性和成形性。粉末压缩性是指粉末在压制过程中的压缩能力。成型性指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力。粉末的成形性主要与颗粒形状、粒度及粒度组成等物理性质有关。,（3）化学成分 粉末的化学成分应包括主要金属或合金组元的含量及杂质的含量。 粉末的杂质对后续工艺过程及最终制品质量都会有较显著的影响。因而必