什么是烧结？固态制造指南

简而言之，烧结是一种制造工艺，它利用热量和压力将颗粒熔合在一起形成固体物体，而无需将其熔化成液体。想象一下压缩一堆金属或陶瓷粉末并将其加热到足以使单个颗粒在其接触点处焊接在一起的程度。结果是直接由粉末制成的单一固体块。

烧结从根本上说是原子级的键合，而不是熔化。它利用热量为原子提供能量，使其能够跨越颗粒边界扩散，从而有效地将粉末压坯熔合为具有独特性能的致密固体部件。

烧结的基本原理

要理解烧结，最好将其视为一个三阶段过程，将松散的粉末转化为固体物体。

该过程始于特定材料的粉末，例如金属、陶瓷或塑料。这种粉末通常被压制成所需的形状，通常称为“生坯”。在此阶段，物体具有形状但很脆弱，颗粒仅通过机械摩擦保持在一起。

然后将生坯在受控炉中加热到低于材料熔点的温度。这种热量是关键成分。它提供了使每个颗粒表面的原子高度活跃所需的热能。

这些被激发的原子开始移动并扩散到颗粒接触的边界。这种原子传输有效地关闭了颗粒之间的间隙和孔隙，在它们之间形成了坚固的冶金键或“颈部”。

随着这种扩散过程的持续，单个颗粒融合，孔隙收缩，整个部件变得更致密、更坚固。最终结果是一个单一的固体部件，它已经从离散颗粒的集合根本性地转化为统一的材料。

烧结不仅仅是铸造（熔化和浇注）的替代方案；它能够创造出否则难以或不可能生产的材料和形状。

许多先进材料，如钨和某些技术陶瓷，具有极高的熔点。熔化和铸造它们是能源密集型、昂贵且技术上具有挑战性的。烧结允许它们在更低的温度下形成固体部件。

烧结的独特之处在于它能够创建具有精确控制孔隙率的部件。这对于金属过滤器或自润滑轴承等产品至关重要，其中互连孔隙网络是必需的特征。铸造无法实现这一点。

该工艺可以制造结构钢部件、高强度部件和永磁体等特殊产品。由于它在固态下运行，它还可以用于组合在液态下通常不会混合的材料。

烧结虽然功能强大，但并非万能解决方案。它伴随着必须加以管理的具体考虑。

除非工艺完美优化，否则最终部件中通常会残留一些孔隙。这些微观空隙可以充当应力集中点，与完全致密的锻造等效物相比，可能会降低材料的最终强度。

随着颗粒融合和孔隙闭合，整个部件会收缩。这种收缩是显著的，必须精确预测和控制以实现准确的最终尺寸，这增加了工艺设计的复杂性。

您选择使用烧结完全取决于材料和您部件所需的最终结果。

最终，烧结使工程师能够从颗粒层面向上构建材料，从而解锁传统基于熔化的工艺无法实现的性能和应用。