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1、粉末燒結(jié)粉末冶金技術(shù)第十講燒結(jié)的概念燒結(jié)基本過程與原理固相燒結(jié)、液相燒結(jié)、熔浸燒結(jié)燒結(jié)方式、燒結(jié)設(shè)備、工藝參數(shù)燒結(jié)組織、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)缺陷燒結(jié)的概念粉末或壓坯在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度和適當(dāng)氣氛下借助于原子遷移實(shí)現(xiàn)顆粒間聯(lián)結(jié)和一定性能的現(xiàn)象和過程固相燒結(jié):燒結(jié)溫度低于所有組分的熔點(diǎn)液相燒結(jié):燒結(jié)溫度低于主要組分的熔點(diǎn)但高于次要組分的熔點(diǎn)WC-Co合金,W-Cu-Ni合金燒結(jié)的概念燒成與燒結(jié)燒成包括多種物理和化學(xué)變化,如脫水、坯體內(nèi)氣體分解、多相反應(yīng)和熔融、溶解、燒結(jié)等,一般都發(fā)生在多相系統(tǒng)內(nèi)燒結(jié)僅僅指粉料經(jīng)加熱而致密化的簡(jiǎn)單物理過
2、程燒結(jié)的概念燒結(jié)與固相反應(yīng)燒結(jié)與固相反應(yīng)均在低于材料熔點(diǎn)或熔融溫度之下進(jìn)行,且自始至終都至少有一相是固態(tài)固相反應(yīng)必須至少有兩組元參加并發(fā)生化學(xué)反應(yīng),燒結(jié)過程可以只有單組元,或多組元但不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)燒結(jié)的重要性和分類燒結(jié)在粉末冶金生產(chǎn)中的重要性燒結(jié)的分類是不可缺工序?qū)Ξa(chǎn)品性能有決定性影響產(chǎn)品成本的重要構(gòu)成部分固相燒結(jié)液相燒結(jié)單元系燒結(jié)多元系固相燒結(jié)多元系液相燒結(jié)無限固溶系有限固溶系完全不溶系穩(wěn)定液相燒結(jié)瞬時(shí)液相燒結(jié)熔浸燒結(jié)理論的研究范疇研究粉末壓坯在燒結(jié)過程中微觀結(jié)構(gòu)的演化和物質(zhì)變化規(guī)律熱力學(xué):燒結(jié)過程的驅(qū)動(dòng)力(Why)動(dòng)力學(xué):燒
3、結(jié)過程中物質(zhì)遷移方式和遷移速度(How)燒結(jié)理論的發(fā)展燒結(jié)工藝始于公元前3000年燒結(jié)理論始于20世紀(jì)中期目前還沒有成熟的理論燒結(jié)基本過程三階段:粘結(jié)階段燒結(jié)頸長(zhǎng)大階段閉孔隙球化和縮小階段(1)顆粒之間形成接觸(2)燒結(jié)頸長(zhǎng)大(3)連通孔洞閉合(4)孔洞固化(5)孔洞收縮和致密化(6)孔洞粗化(7)晶粒長(zhǎng)大水分揮發(fā)化學(xué)反應(yīng)應(yīng)力消除回復(fù)和再結(jié)晶粘結(jié)面和晶界的形成粘結(jié)面和晶界的形成燒結(jié)后的孔隙燒結(jié)過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)燒結(jié)的熱力學(xué)問題:燒結(jié)系統(tǒng)自由能降低是燒結(jié)過程的驅(qū)動(dòng)力表面能>晶界能表面能降低處于非主導(dǎo)地位燒結(jié)過程的熱力學(xué)燒結(jié)系統(tǒng)自由能
4、降低途徑:合金元素的擴(kuò)散導(dǎo)致體系熵增△S增大形成化合物使△H<0,-T△S<0多元系燒結(jié)過程的熱力學(xué)燒結(jié)系統(tǒng)自由能降低途徑:由于粉末結(jié)合面(燒結(jié)頸)的增大和顆粒表面的平直化,粉末體的總表面積和總表面自由能減小燒結(jié)體內(nèi)部孔隙的總體積和總表面積減小粉末顆粒內(nèi)晶格畸變的消除燒結(jié)過程的動(dòng)力學(xué)研究燒結(jié)過程中各種可能的物質(zhì)遷移方式及速率。早期粘結(jié)擴(kuò)散(體積擴(kuò)散、表面擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、晶格擴(kuò)散)蒸發(fā)與凝聚流動(dòng)回復(fù)、再結(jié)晶、聚晶長(zhǎng)大燒結(jié)過程的動(dòng)力學(xué)在燒結(jié)頸表面存在張應(yīng)力,張應(yīng)力大小與燒結(jié)頸曲率半徑成反比燒結(jié)頸處空位濃度高于無應(yīng)力作用區(qū)域的空位濃度
5、物質(zhì)表面的平衡蒸氣壓與其表面曲率半徑有關(guān)燒結(jié)機(jī)理燒結(jié)過程中物質(zhì)的遷移方式粘性流動(dòng):在剪切應(yīng)力作用下,產(chǎn)生粘性流動(dòng),物質(zhì)向頸部遷移蒸發(fā)凝聚:表面層原子向空間蒸發(fā),借蒸汽壓差通過氣相向頸部空間擴(kuò)散,沉積在頸部體積擴(kuò)散:借助于空位運(yùn)動(dòng),原子等向頸部遷移表面擴(kuò)散:原子沿顆粒表面遷移晶界擴(kuò)散:晶界為快速擴(kuò)散通道,原子沿晶界向頸部遷移位錯(cuò)管道擴(kuò)散:位錯(cuò)為非完整區(qū)域,原子易于沿此通道向頸部擴(kuò)散,導(dǎo)致物質(zhì)遷移燒結(jié)過程中物質(zhì)的遷移方式擴(kuò)散蒸發(fā)凝聚回復(fù)再結(jié)晶和聚晶長(zhǎng)大回復(fù)再結(jié)晶聚晶長(zhǎng)大組織和性能有什么變化?驅(qū)動(dòng)力是什么?粉末燒結(jié)材料再結(jié)晶長(zhǎng)大的特點(diǎn)
6、與致密材料相比氧化物、孔隙、雜質(zhì)較多時(shí),晶粒較細(xì)晶粒顯著長(zhǎng)大的溫度較高細(xì)粉末晶粒易長(zhǎng)大在臨界變形程度下長(zhǎng)大和取向性不明顯單元系固相燒結(jié)三個(gè)階段低溫階段中溫階段高溫階段多元系固相燒結(jié)定義:材料或制品由幾種組分的粉末燒結(jié)而成,燒結(jié)過程不出現(xiàn)液相。包括組分間互溶和不互溶兩類。過程:同組元和異組元間的粘結(jié),異組元間反應(yīng)、溶解、均勻化機(jī)構(gòu):擴(kuò)散和流動(dòng)多元系固相燒結(jié)互溶系固相燒結(jié):均勻(單相)固溶體粉末燒結(jié)混合粉末燒結(jié)燒結(jié)過程固溶體分解無限互溶系Cu-Ni有限互溶系Fe-C互不溶系固相燒結(jié):Cu-C多元系固相燒結(jié)影響合金化的因素?zé)Y(jié)溫度燒結(jié)
7、時(shí)間粉末粒度壓坯密度粉末原料雜質(zhì)液相燒結(jié)定義:燒結(jié)溫度下,低熔點(diǎn)組元熔化或形成低溶點(diǎn)共晶物,即存在液相特點(diǎn):物質(zhì)遷移速度快;制品密度高,性能好分類:互不溶系液相燒結(jié);固相與液相有一定溶解度系液相燒結(jié);瞬時(shí)液相燒結(jié)液相燒結(jié)液相燒結(jié)條件:潤(rùn)濕性溶解度液相數(shù)量液相燒結(jié)液相燒結(jié)過程:液相流動(dòng)與顆粒重排固相溶解和再析出固相燒結(jié)熔浸燒結(jié)原理:將粉末坯體與液體金屬接觸或浸在液體金屬中,讓坯體內(nèi)孔隙為金屬液填充,冷卻后得到致密材料或零件。特點(diǎn):致密化主要靠易熔成分從外面去填滿孔隙,基本不產(chǎn)生收縮,燒結(jié)時(shí)間短主要應(yīng)用:電觸頭材料、Fe-Cu機(jī)械零
8、件、金屬陶瓷、復(fù)合材料熔浸燒結(jié)基本條件:骨架材料與熔浸金屬的熔點(diǎn)相差較大熔浸金屬能很好潤(rùn)濕骨架材料骨架與熔浸金屬之間不互溶或溶解度不大熔浸金屬的量應(yīng)以填滿孔隙為限度熔浸燒結(jié)熔浸方法部分浸入全部浸入接觸熔滲重力-注入外部加壓浸漬真空熔滲燒結(jié)方式無壓燒結(jié)加壓燒結(jié)(1