粉末冶金原理P2第 一二章.pptVIP

Part 2 粉末烧结 Powder Sintering 第一章 概述 §1 烧结的定义与分类 什么是烧结？ 指粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程 定义给出的主要信息 1 粉末 松装烧结 过滤材料:不锈钢，青铜，黄铜，钛等 催化材料（铁，镍，铂等） 2 低于主要组分熔点的温度 1）固相烧结—烧结温度低于所有组分的熔点 2）液相烧结—烧结温度低于主要组分的熔点但高于次要组分的熔点 WC-Co合金， W-Ni-Fe、 W-Cu-Ni重合金 3 烧结的目的 依靠热激活作用 原子发生迁移 粉末颗粒间形成冶金结合 Mechanical interlocking or physical bonging →Metallurgical bonding（原子级的结合） ↑烧结体的强度 分类 1）加压烧结 施加外压 applied pressure or pressure-assisted sintering （1）热压 hot pressing HP （2）热等静压 HIP 2）无压烧结 不施加外压力 pressureless sintering 固相烧结 液相烧结 （1）固相烧结 solid phase sintering ①单元系固相烧结single phase sintering 单相烧结—单相粉末的固相烧结过程 单相:纯金属、化合物、固溶体粉末 ②多元系固相烧结烧结 multi-component solid phase sintering 两个或两个以上组元的粉末烧结过程 包括反应烧结(reaction sintering)等 无限固溶系：Cu-Ni、Cu-Au、Ag-Au等 有限固溶系：Fe-C、Fe-Ni、Fe-Cu、W-Ni等 互不固溶系： 组元间既不溶解，也不形成化合物 Ag-W、Cu-W、Cu-C等 （2）液相烧结 liquid phase sintering 在烧结过程中存在液相的烧结过程 有液相出现的多元系烧结过程 烧结操作的重要性 1 粉末冶金工艺两个基本加工步骤之一 磁粉芯，粘结磁性材料，W/Cu粉末药型罩例外 2 决定了P/M制品的性能 3 烧结废品很难补救 如铁基部件的脱渗碳和严重的烧结变形，硬质合金烧结废品 4 加热处理 过程能耗大→降低烧结温度具重大意义 降低能耗和提高烧结炉寿命 5 纳米块体材料的获得依赖烧结过程的控制 §2 烧结理论的研究范畴和目的 1 烧结理论的研究目的 研究粉末坯件在烧结过程中微观结构的演化(microstructural evolution)和物质变化规律 控制材料微观结构与相组成 1）孔隙数量或体积的演化—致密化 2）晶粒尺寸的演化—晶粒长大（纳米金属粉末和硬质合金） 3）孔隙形状的演化 4）孔隙尺寸及其分布的演化—孔隙粗化、收缩和分布 2 研究范畴(内容) 1）烧结过程的驱动力—烧结热力学 解决Why的问题 如何提高体系的烧结驱动力？ 2）烧结动力学（烧结机理） 物质迁移方式、迁移速度 （1）解决How的问题 烧结如何进行的？速率怎样？ 寻找控制烧结体显微结构的方法 如加快烧结速度（致密化）与晶粒尺寸控制 （2）如何调控烧结致密化与晶粒长大的驱动力？ 3 研究方法 1）烧结几何学 双球模型,球-平板模型 获得烧结过程中可测的几何参数 2）烧结物理学 原子迁移机构,扩散机构 3）烧结化学 组元间的反应（溶解、形成化合物）及组元与气氛间的反应 4）计算机模拟（computer simulation） 借助于建立物理、几何或化学模型，对烧结过程进行计算机模拟——蒙特-卡洛模拟 §3 烧结技术的发展 针对纳米晶、超细结构材料 1 超高压烧结 2 快速烧结技术 1） 电固结工艺 2） 快速热等静压(quick-HIP)： 3） 微波烧结技术 4） 激光烧结 5） 等离子体烧结（SPS,PAS） 6） 电火花烧结 第二章 烧结热力学基础 §1 烧结的基本过程与孔隙结构的演化 烧结三阶段 1)粘结面的形成 2)烧结颈（sintering neck）的形成与长大 3)闭孔隙的形成和球化 粗略地 Initial stage:烧结初期 Intermediate stage：烧结中期 Final stage：烧结后期 1 粘结面的形成 在粉末颗粒的原始接触面 通过颗粒表面附近的原子扩散 原来的机械嚙合转变为原子间的冶金结合 形成晶界 由原始颗粒接触面发展形成的晶界 粘结面形成的结果 1)坯体的强度增加 2)烧结体系总表面积减小 3)导电粉末烧结体:导电性能↑ 粉末烧结发生的标志 (≠出现烧结体收缩) 为什么能形成粘结面？