烧结过程中使用什么？粉末、压力和热量来制造耐用的部件

从本质上讲，烧结利用精细粉末、巨大压力和高热量将松散的材料转变为坚固的统一体。该过程不限于单一物质；它是一种多功能的制造技术，适用于各种材料，尤其是粉末状金属和陶瓷，这些材料被加热到熔点以下，以将它们熔合在一起。

烧结从根本上说是一个热过程，它将材料的颗粒粘合在一起，在不熔化材料的情况下形成一个固体物体。这使得可以利用传统方法难以成形的材料（如金属合金和高性能陶瓷）来制造复杂的部件。

烧结的基本组成部分

理解烧结最好将其视为一个具有三个主要组成部分（原材料、成型力、转化剂）的系统。

任何烧结过程的起点都是精细的粉末。粉末的选择决定了物体的最终性能。

常见材料包括金属，如不锈钢、铝、铜、镍和钛合金。烧结的一个关键优势是能够混合不同的金属粉末，以制造具有独特特性的定制合金。

该过程也广泛用于陶瓷，采用氧化铝、氧化锆、二氧化硅和氧化铁等材料来制造坚硬、耐热的部件。

在加热之前，松散的粉末必须被塑造成所需的形状。这是通过机械压实来实现的。

粉末被放入模具中并承受高压。这个过程通常被称为冷压或热压，它迫使颗粒紧密接触，形成一个脆弱的初步形状，称为“生坯件”。

热量是将压缩粉末转化为致密固体物体的关键媒介。

将生坯件置于受控环境（如窑炉或熔炉）中加热到材料熔点以下的温度。这种热量提供了原子扩散穿过颗粒边界的能量，从而在微观层面上有效地将它们焊接在一起。

尽管组成部分很简单，但过程本身是一系列精心控制的阶段。

这个初始步骤涉及准备原材料粉末。它可以是单一材料，也可以是不同粉末的精确混合物，以形成合金。

通常会混合有机添加剂，如粘合剂或偶联剂。这些添加剂有助于颗粒在压实时保持形状，并且设计为在加热阶段干净地烧掉。

将准备好的粉末混合物装入模具中并进行压缩。目标是制造出具有足够机械强度以便处理和转移到熔炉中的生坯件。这个生坯件的密度是最终结果的一个关键因素。

将生坯件放入具有受控气氛（例如真空或惰性气体以防止氧化）的熔炉中。温度升高到烧结点，颗粒开始熔合。

在某些情况下，会使用液相烧结（LPS）。这涉及添加一种熔点较低的材料，该材料会液化并加速主要粉末颗粒之间的扩散和键合。

在烧结温度下保持特定时间后，部件被仔细冷却。冷却时，它会固化成最终的、统一的、致密的状态。

烧结是一项强大的技术，但它伴随着必须进行管理以取得成功结果的特定考虑因素。

由于材料没有完全熔化，最终部件中可能会残留微小的空隙，即孔隙率。在某些应用中，如过滤器或自润滑轴承，这是一个期望的特性。在其他应用中，这可能是一个结构弱点，必须通过精确控制压力、温度和材料成分来最小化。

随着颗粒的熔合和它们之间的空隙闭合，整体部件会收缩。这种尺寸变化是可预测的，但必须在初始模具设计中准确计算和补偿，以确保最终部件满足其要求的规格。

烧结部件的质量取决于极其严格的过程控制。熔炉内的气氛、材料的厚度、加热和冷却速率以及机器速度等因素都必须受到监控和调节，以确保结果一致。

了解组件的目标是有效利用烧结过程的关键。

最终，烧结在材料的最终形态和微观结构上提供了非凡的控制水平，直接从其粉末状态开始。