简而言之，烧结是一种制造工艺，用于在不熔化粉末的情况下将其制成固体部件。其主要应用包括生产陶瓷零件、制造钨等超高熔点金属部件，以及通过 3D 打印制造自润滑轴承、过滤器和复杂零件等特种材料。
烧结的核心价值不仅在于其形成固体块体的能力，更在于其能够在低于材料熔点的温度下实现精确控制。这为加工那些原本难以或不可能加工的材料开辟了制造可能性。
烧结如何将粉末转化为固体
烧结本质上是一种热处理工艺。它对压缩的粉末施加热量，有时施加压力，使单个颗粒粘合并熔合在一起，形成一个连贯的固体件。
在不熔化的情况下熔合颗粒
烧结的关键在于材料从未达到其熔点。相反，施加的热量会激活颗粒接触点处的原子，促使它们跨越边界扩散。
这种原子扩散有效地将颗粒焊接在一起，形成一个坚固的固体结构，同时保持材料的完整性。
提高密度和强度
随着颗粒的熔合，它们之间的间隙（或孔隙）会收缩或完全闭合。这个过程被称为致密化，它极大地提高了材料的密度、强度和耐用性。
所得物体是一个单一的固体块，而不是松散的粉末集合。
控制孔隙率
虽然烧结通常旨在消除孔隙率，但它也可以用来精确控制孔隙率。通过调整工艺参数，制造商可以制造出具有特定、相互连接的孔隙网络的材料。
这对于过滤器或自润滑轴承等应用至关重要，在这些应用中，多孔结构是一个功能性要求。
关键工业应用
烧结的独特能力使其成为各种专业工业和技术组件的理想选择。
高熔点金属
对于钨和钼等熔点过高而无法进行传统铸造的金属，烧结是主要的制造方法。这使得生产白炽灯丝和高性能切削工具等部件成为可能。
陶瓷和玻璃
烧结是生产几乎所有陶瓷制品的传统和最常见的方法，从瓷器和瓷砖到用于电子和航空航天的先进技术陶瓷。它也用于生产某些类型的玻璃。
多孔材料和过滤器
利用精确控制孔隙率的能力，可以生产烧结金属和塑料过滤器。这些组件用于汽车、工业和医疗应用中的流体和气体过滤。
特种机械部件
烧结用于制造独特的机械零件，例如自润滑轴承。这些是通过创建多孔金属结构，然后将其浸渍油，油在运行过程中释放出来。它也用于耐用的切削工具和电气触点。
增材制造（3D 打印）
在金属 3D 打印中，激光选择性地烧结金属粉末层，逐层构建复杂零件。这个过程被称为选择性激光熔化 (DMLS)，可以制造出机加工无法实现的复杂、定制的金属形状。
了解权衡
烧结是一个强大的工具，但它的优势伴随着特定的考虑因素，使其适用于某些应用而非其他应用。
优势：能源效率
由于烧结在材料熔点以下进行操作，因此比熔化和铸造过程能耗低得多。这是一个主要优势，特别是对于熔点非常高的材料。
优势：材料纯度和控制
烧结可以利用高纯度材料制造零件，并形成通过熔化难以制造的独特金属合金或复合材料。它对最终产品的微观结构和性能提供了高度的控制。
局限性：固有的孔隙率
除非采取特定的二次步骤，否则烧结件几乎总是保留一定程度的残余孔隙率。虽然孔隙有时是一种特性，但在需要最大密度和强度的应用中，这可能是一种结构弱点。
局限性：收缩的可能性
致密化过程自然会导致零件收缩。必须在“生坯”（未烧结）零件的初始设计中精确计算和考虑这种收缩，以确保最终尺寸准确。
根据目标做出正确的选择
选择正确的制造工艺完全取决于材料和期望的结果。
- 如果您的主要重点是加工高温材料： 烧结通常是加工钨等金属或无法轻易熔化的先进陶瓷的唯一实用方法。
- 如果您的主要重点是创建受控孔隙率： 烧结为制造过滤器和自润滑轴承等功能性多孔组件提供了无与伦比的控制。
- 如果您的主要重点是生产复杂的近净形金属零件： 烧结，特别是与 3D 打印结合使用时，提供了一种高效的方式来创建复杂的几何形状，同时最大限度地减少材料浪费。
最终，烧结使工程师和制造商能够利用那些原本无法触及的材料来制造高性能组件。
摘要表：
| 应用 | 关键材料/工艺 | 主要益处 |
|---|---|---|
| 高熔点金属 | 钨、钼 | 使无法熔化的材料得以加工 |
| 陶瓷和玻璃 | 瓷器、技术陶瓷 | 传统和主要的制造方法 |
| 多孔材料和过滤器 | 烧结金属/塑料 | 为过滤创建受控的孔隙率 |
| 特种组件 | 自润滑轴承 | 将多孔结构与润滑剂结合 |
| 增材制造 | 选择性激光熔化 (DMLS) | 逐层构建复杂、定制的金属零件 |
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