什么是烧结？用粉末制造高强度材料指南

烧结是一种重要的制造工艺，用于在不达到材料熔点的情况下通过加热和加压将粉末状物质制成固体材料。该工艺涉及多个阶段，包括粉末制备、压实、加热和冷却。在烧结过程中，颗粒通过扩散作用结合在一起，导致致密化并形成内聚结构。该工艺广泛应用于冶金、陶瓷和其他行业，用于生产高强度、低孔隙率的材料。下面将详细介绍烧结的关键阶段和机制。

要点说明：

粉末制备
- 烧结工艺始于粉末状原材料的制备。
- 粉末通常与粘合剂、解絮剂或偶联剂等添加剂混合，以改善处理和压实性能。
- 对于陶瓷来说，水、粘合剂和陶瓷粉末混合成浆料，然后通过喷雾干燥形成颗粒。
- 在冶金学中，金属粉末是根据所需的最终性能（如强度或导热性）来选择的。
压实
- 使用机械压力将粉末压制成特定形状。
- 方法包括冷压或热压，将粉末在模具中压制成 "绿色 "部件。
- 压制可确保均匀性并消除空隙，在烧结前形成致密而有内聚力的结构。
- 生坯易碎，需要小心处理，以避免在烧结前损坏。
加热和烧结
- 将压实的材料在受控环境中加热，通常是在烧结炉或窑中进行。
- 温度经过精心调节，保持在略低于材料熔点的水平，使颗粒能够粘合而不液化。
- 在加热过程中，原子在颗粒边界扩散，形成颈部并使材料致密化。
- 液相烧结（LPS）可通过引入液相加速致密化，液相可流入孔隙并促进颗粒合并。
- 加热过程还能去除粘合剂、润滑剂或其他添加剂，留下固态的低孔隙结构。
冷却和凝固
- 烧结后，材料逐渐冷却，凝固成坚硬的内聚结构。
- 冷却速度受到控制，以防止产生内应力或裂纹。
- 由于消除了空隙并形成了牢固的颗粒间结合，最终产品具有更好的机械性能，如强度、硬度和耐磨性。
烧结类型
- 固态烧结:涉及颗粒通过扩散结合，不含液相。常用于金属和陶瓷。
- 液相烧结（LPS）:引入液相，加强致密化和颗粒合并。适用于高熔点或复杂成分的材料。
- 瞬态液相烧结:在加热过程中形成暂时液相，但在冷却过程中凝固，留下致密结构。
烧结的应用
- 烧结可用于生产多种材料，包括
  - 汽车和航空航天工业用金属零件。
  - 用于电子和医疗设备的陶瓷部件。
  - 用于切削工具和耐磨部件的硬质合金。
- 该工艺对于熔点极高的材料（如钨和钼）尤为重要，传统的熔炼方法很难加工这些材料。
影响烧结的因素
- 温度:必须小心控制，以确保颗粒粘合而不熔化。
- 压力:在压实过程中使用，以达到均匀的密度。
- 气氛:受控环境（如惰性气体）可防止氧化或污染。
- 颗粒大小和形状:较小的颗粒和球形可提高致密性和粘合性。

烧结是制造具有定制特性的高性能材料的一种多功能基本工艺。通过了解所涉及的阶段和机制，制造商可以优化工艺，生产出具有卓越强度、耐用性和精度的部件。

汇总表：

阶段	描述
粉末制备	原料制备成粉末状，通常与添加剂混合。
压实	将粉末压制成型，形成密度均匀的 "绿色 "部件。
加热和烧结	将材料加热到熔点以下，使颗粒结合并致密化。
冷却	逐渐冷却使材料凝固，从而提高强度和耐用性。
烧结类型	固态、液相和瞬态液相烧结法。
应用领域	用于汽车、航空航天、电子和医疗行业。
关键因素	温度、压力、气氛和颗粒大小都会影响烧结。