什么是烧结？工艺、应用和优点指南

烧结是一种制造工艺，包括压实和加热粉末状材料，在不完全熔化材料的情况下形成固体、低孔隙率结构。这种方法广泛用于陶瓷、金属和玻璃的生产。该工艺通常包括粉末制备、压实、加热以粘合颗粒、冷却以凝固材料等步骤。烧结工艺的价值在于它能够生产出具有高强度和耐用性的复杂形状，因此在汽车、航空航天和电子等行业中非常重要。

要点说明：

粉末制备:
- 首先要制备粉末状的原材料。这些粉末可以是金属、陶瓷或两者的混合物，通常与偶联剂或粘合剂等添加剂结合在一起，以提高粘合效果。
- 举例来说：在金属烧结中，铁矿石中的铁粉与焦炭混合，而在陶瓷烧结中，则使用氧化铝或氧化锆等特定粉末。
压实:
- 使用高压将粉末状材料压制成所需形状。这一步骤可确保颗粒密实，形成保持形状的 "绿色坯体"。
- 使用模具、冲模或压制设备等工具来达到所需的形状。例如，在陶瓷制造中，校准的粉末通过压制形成一致的形状。
加热（烧结）:
- 在受控环境下，通常是在烧结炉中，将压实的材料加热到略低于熔点的温度。这一步骤可去除挥发性成分，如粘合剂或润滑剂，并使颗粒通过扩散结合在一起。
- 在加热过程中，材料会发生物理和化学变化，如在金属中形成马氏体或结晶结构，或在陶瓷中还原氧化物。
- 举例来说：在金属烧结中，熔炉会加热材料以激活颗粒结合，而在陶瓷烧结中，高温会去除挥发性成分并熔化主材料。
冷却和凝固:
- 烧结：烧结后，材料逐渐冷却，凝固成统一的致密结构。这一步骤可确保最终产品具有理想的机械性能，如强度和耐用性。
- 冷却速度可以控制，以获得特定的微观结构，从而影响材料的性能。
后处理:
- 根据不同的应用，烧结零件可能需要经过机加工、装配或表面处理等额外步骤。
- 举例来说：在陶瓷制造中，烧结部件通常使用金刚石工具或超声波进行加工，以达到精确的尺寸，然后进行金属化和钎焊以进行组装。
应用和优势:
- 烧结用于生产各种产品，包括汽车零部件、切削工具、轴承和电子基板。
- 该工艺的优势包括：能够制造复杂的形状、材料利用率高，以及大规模生产的成本效益。
烧结的变化:
- 液相烧结（LPS）:引入少量液相以加速颗粒结合和致密化。
- 固态烧结:颗粒无需熔化即可结合，依靠扩散和晶粒生长。
- 举例来说：在金属烧结中，LPS 可用于粘结硬质合金，而固态烧结则常用于陶瓷。

按照这些步骤，烧结可将粉末状材料转化为坚固耐用的部件，同时将浪费降至最低，使其成为现代制造业的基石。

汇总表：

步骤	说明	范例
粉末制备	原材料以粉末状制备，通常还添加添加剂。	金属烧结：与焦炭混合的铁粉；陶瓷：氧化铝或氧化锆。
压制	使用高压将粉末压制成形，形成 "绿色体"。	陶瓷制造：校准粉末压制成型。
加热（烧结）	将材料加热到熔点以下，使颗粒通过扩散作用结合在一起。	金属烧结：熔炉激活粘接；陶瓷：去除挥发物。
冷却	逐步冷却可将材料凝固成致密、统一的结构。	通过控制冷却速度可获得特定的微观结构。
后处理	对最终产品进行机加工或表面处理等附加步骤。	陶瓷：使用金刚石工具加工、金属化和钎焊。
应用	用于汽车、航空航天、电子等领域。	切削工具、轴承、电子基板。
变化	液相烧结（LPS）和固态烧结。	液相烧结用于硬质合金；固相烧结用于陶瓷。