简而言之，种类繁多的材料可以被烧结，只要它们首先能以粉末形式生产出来。这几乎涵盖了所有类别的工程材料，从常见的金属和先进陶瓷到某些聚合物和复合材料。该过程不仅限于简单的元素，还广泛用于复杂的合金、混合物，甚至是那些传统方法难以加工的材料。
要理解的核心原则是，烧结的多功能性源于其起点：粉末。如果一种材料可以制成粉末，那么它很可能可以通过热和压力熔合（烧结）成固体部件，使其成为用高性能材料制造复杂部件的有力解决方案。
深入了解可烧结材料
虽然理论范围很广，但该工艺最常应用于其相对于传统铸造或机加工的优势最为明显的特定类别。
金属和金属合金
这是烧结材料中最大和最常见的类别。该工艺通常称为粉末冶金，非常适合简单和高度复杂的合金体系。
例子包括：
- 钢： 各种钢合金都可以烧结，包括不锈钢、工具钢、弹簧钢和许多其他高合金等级。
- 难熔金属： 熔点极高的材料，如钨、钼、钽和锆，很难熔化和铸造，因此烧结是理想的加工途径。
- 活性金属： 钛和铍等金属通过真空烧结得到有效加工，这可以防止与大气气体发生不必要的反应。
- 硬质合金： 这些是硬质复合材料，如碳化钨或碳化钛，与钴等金属粘合剂混合。它们几乎完全是通过烧结生产的。
- 其他常见金属： 青铜、铜、黄铜和铝也经常被烧结，特别是用于自润滑轴承和过滤器等应用。
陶瓷
烧结是生产致密、耐用陶瓷部件的主要方法。该过程是整个陶瓷行业的基础。
常见例子有：
- 氧化物陶瓷： 氧化铝（氧化铝）和氧化锆因其硬度、耐磨性和热稳定性而被广泛用于从切削工具到牙科植入物的应用中。
- 非氧化物陶瓷： 碳化硅和氮化硅等材料被烧结用于需要极高硬度和高温强度的苛刻应用。
聚合物和塑料
虽然不如金属或陶瓷常见，但某些聚合物可以在通常与增材制造相关的过程中进行烧结。
选择性激光烧结（SLS）是一种 3D 打印技术，它使用激光逐层熔合尼龙等聚合物粉末，无需模具即可制造复杂且功能性的塑料部件。
为什么为这些材料选择烧结？
选择烧结的决定是由它为特定材料和部件几何形状提供的独特优势所驱动的。它不仅仅是铸造或机加工的替代品；它通常是唯一可行的选择。
加工高熔点材料
烧结发生在低于材料熔点的温度下。这使其成为钨等难熔金属的首选方法，钨的熔点为 3422°C (6192°F)，熔化和铸造的成本过高，不切实际。
制造复杂几何形状
该工艺擅长生产具有复杂形状、内部通道或通过减材加工难以或不可能实现的特征的部件。这减少或消除了对二次加工操作的需求。
大批量、一致的生产
对于大规模制造，烧结是一个可靠且高度可重复的过程。一旦设定了模具和参数，它就能快速高效地生产出一致的成品，使其在规模化生产中非常具有成本效益。
定制材料性能
由于烧结从粉末开始，因此可以对最终材料进行独特的控制。可以将不同的金属粉末混合以创建定制合金，并且可以精确控制最终部件的密度和孔隙率，以用于过滤器或自润滑轴承等应用。
了解取舍
尽管烧结用途广泛，但它并非适用于所有应用。了解其局限性对于做出明智的决定至关重要。
需要粉末形式
主要的先决条件是能够制造出所需材料的细小、均匀的粉末。对于某些材料来说，这可能是一个困难且昂贵的步骤。
固有的孔隙率
传统的压制和烧结部件几乎总是保留少量孔隙。虽然这可以作为设计特征，但与完全致密的锻造部件相比，它也会限制最终的机械强度和抗疲劳性。热等静压（HIP）等先进技术可以减轻这种情况。
模具成本和部件尺寸
将粉末压制成其“生坯”形状所需的硬化钢模具可能生产成本高昂。这笔初始投资意味着烧结对于中等到大批量的生产运行最经济。此外，部件的尺寸受压机的能力限制。
为您的目标做出正确的选择
- 如果您的主要重点是小批量、复杂金属部件的大批量生产： 烧结是钢合金、青铜和不锈钢等材料的绝佳选择，以较低的单件成本提供高一致性。
- 如果您的主要重点是制造高温或难熔材料的部件： 烧结是加工钨、钼和先进陶瓷最有效、通常也是唯一实用的方法之一。
- 如果您的主要重点是定制材料混合物或控制孔隙率： 烧结的粉末特性提供了对最终材料成分和密度的独特控制，适用于专业应用。
通过了解广泛的可烧结材料，您可以利用这一强大的工艺来寻找创新和高效的制造解决方案。
摘要表：
| 材料类别 | 常见示例 | 关键特性 |
|---|---|---|
| 金属与合金 | 钢、钨、钛、青铜 | 高强度、复杂合金、难熔金属 |
| 陶瓷 | 氧化铝、氧化锆、碳化硅 | 极高的硬度、耐高温性 |
| 聚合物 | 尼龙（用于 SLS 3D 打印） | 复杂的几何形状、功能性塑料部件 |
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