从根本上讲，烧结使用粉末状材料——最常见的是金属和陶瓷——以及热量和压力。该过程通过将粉末加热到略低于其熔点的温度，使单个颗粒粘合和熔合在一起，从而将松散的粉末转变为坚固的统一体。材料范围很广，包括不锈钢、铝、铜、镍和各种钛合金。
关键要点是，烧结不是由单一材料定义的，而是由使用热量和压力粘合粉末的特定工艺定义的。该方法的强大之处在于它能够从材料（包括定制合金）中制造出固体部件，而无需将其熔化。
烧结工艺的核心组成部分
要全面了解烧结使用什么，我们必须将其视为一个涉及三个关键组件的系统：原材料、机械设备和辅助添加剂。
原材料：粉末
任何烧结部件的基础都是粉末。这提供了巨大的灵活性，因为可以将不同材料的粉末混合在一起，以创建针对特定需求定制的独特合金。
常用的粉末包括不锈钢、铝、镍、铜和钛等金属。陶瓷粉末也得到广泛应用。粉末的质量和特性直接影响部件的最终性能。
机械设备：压实和加热
烧结依赖于两台关键设备将粉末转化为部件。
首先，使用压力机、模具或模具进行压实。该机械设备对粉末施加高压，将其压制成所需的形状，通常称为“生坯”。
其次，烧结炉提供粘合颗粒所需的受控热量。这不仅仅是一个简单的烤箱；它必须保持特定的温度曲线和受控气氛以防止氧化。
专用设备和添加剂
放电等离子烧结 (SPS) 等先进技术结合使用压力和强大的电场。这种方法增强了致密化，允许使用较低的温度和更快的处理时间。
在某些情况下，会将粘合剂或偶联剂与粉末混合，以改善初始成型过程。对于液相烧结，会添加一种熔点较低的第二种材料，该材料在加热过程中会液化，有助于粘合主要粉末颗粒。
烧结工作原理的分步介绍
烧结过程是一个经过仔细控制的步骤序列，旨在实现致密、坚固的最终部件。
第 1 步：成分和成型
该过程从准备粉末材料开始。这可能涉及混合主要金属粉末以创建合金，或添加润滑剂和粘合剂。然后将这种混合物装入模具或模具中。
第 2 步：压实
对模具内的粉末施加高压。这会将颗粒紧密地压在一起，去除它们之间的大部分空气，形成一个保持形状的易碎部件。
第 3 步：烧结（加热）
将压实的部件从模具中取出并放入炉中。它在受控气氛中加热到低于材料熔点的温度。
在此高温下，原子扩散发生在颗粒接触点。这使得颗粒发生化学键合和熔合，从而减少孔隙率并增加部件的密度和强度。
第 4 步：冷却和固化
在设定的时间保持在烧结温度后，部件被小心冷却。冷却时，它会固化成一个统一的整体，具有最终的机械性能。
理解权衡
尽管烧结工艺功能强大，但它具有需要了解的固有特性。
固有孔隙率
由于材料没有完全熔化，最终部件中可能会残留微小的孔隙。虽然先进的烧结工艺可以实现非常高的密度，但烧结部件的强度可能低于锻造或铸造部件的强度。
尺寸收缩
随着颗粒的熔合和致密化，整体部件会收缩。这种收缩是可预测的，但必须在模具的初始设计中精确计算和考虑，以确保最终的尺寸精度。
材料和形状复杂性
该过程用途广泛，但取决于材料是否以合适的粉末形式存在。此外，极其复杂的几何形状可能难以均匀压实，可能导致部件内部密度出现差异。
为您的应用做出正确的选择
了解这些组件有助于您决定烧结何时是实现目标的正确制造工艺。
- 如果您的主要重点是经济高效地生产复杂形状：烧结非常适合以接近最终尺寸制造齿轮、轴承和链轮等部件，从而最大限度地减少材料浪费和昂贵的机加工。
- 如果您的主要重点是创造独特的合金或复合材料：烧结混合不同材料粉末的能力可以制造出通过熔化难以或不可能生产的定制材料。
- 如果您的主要重点是绝对最大的强度和密度：您应该权衡烧结与锻造或铸造等工艺，后者可能更适合最关键、高应力的应用。
最终，烧结是一种多功能且高效的制造技术，可以将简单的粉末转化为坚固、功能性的组件。
摘要表：
| 组件 | 在烧结中的作用 | 常见示例 |
|---|---|---|
| 原材料 | 部件的基础；混合以定制合金 | 不锈钢、铝、镍、陶瓷粉末 |
| 机械设备 | 施加压力和受控热量以实现粘合 | 压力机、模具、烧结炉 |
| 添加剂/技术 | 增强粘合和工艺效率 | 粘合剂、放电等离子烧结 (SPS) |
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