粉末冶金原理
粉末冶金新技術(shù)摘要本文主要從粉末冶金的基本工藝過程闡述粉末冶金工業(yè)今年出現(xiàn)的新工藝， 粉末冶金的制粉，成型，燒結(jié)等方面論述了粉末冶金的新工藝以及這些工藝的特 點及相關(guān)應(yīng)用，論述粉末冶金的新工藝的發(fā)展方向 關(guān)鍵字：粉末冶金、新技術(shù)、粉末冶金工藝1. 引言粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作 為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù) 粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶 瓷材料的制備由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在 新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用粉末冶金是一門新興的材料制備技術(shù)近代粉末冶金興起于 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初至20 世紀(jì) 30 年代, 粉末冶金整套技術(shù)逐步形成, 工業(yè)生產(chǎn)初具規(guī)模, 對工藝過程及其機(jī)理的研究也取得了一定成果20 世紀(jì)中期, 粉末冶金生產(chǎn)技 術(shù)發(fā)展迅速, 產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大, 成為現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分并在此基 礎(chǔ)上, 為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展對材料性能和成形技術(shù)提出的更高要求, 開發(fā) 了多項粉末冶金新工藝, 包括: 熱等靜壓、燃燒合成、快速凝固、噴射成形、機(jī) 械合金化、粉末注射成形、溫壓成形、快速全向壓制、粉末鍛造、熱擠壓、爆炸。
2. 粉末冶金新技術(shù)--制粉2.1 霧化法制備金屬粉末---低氧含量鐵粉生產(chǎn)在無氧氣氛中進(jìn)行, 并包含一些石蠟,這些分解為碳與氫碳與鐵反應(yīng), 形成很薄的富碳表面層碳含量使顆粒的延性降低, 但提高了表面的燒結(jié)活性 在粉末壓塊中, 碳易于擴(kuò)散到顆粒中心及相鄰的顆粒中, 因而可用于生產(chǎn)不需 添加石墨的粉末冶金鋼瑞典 IPS 鋼粉公司每年低氧含量霧化鐵粉, 其氧含量低 于 （0.015%） 對于粉末冶金應(yīng)用來說,這種無氧粉末允許使用便宜的合金元素（鉻和錳等） 代替鎳和銅鎳作為戰(zhàn)略性資源，不但價格昂貴，并且還是一種致癌物, 應(yīng)盡量 避免使用這種粉末也很適合于用溫壓與熱等靜壓工藝來生產(chǎn)高強(qiáng)度部件2.2 燒結(jié)硬化粉 為提高燒結(jié)鋼的力學(xué)性能,通常在燒結(jié)后還須進(jìn)行熱處理為降低生產(chǎn)成本, 開發(fā)了許多燒結(jié)后已硬化、不須再進(jìn)行熱處理的材料美國 Hoeganaes 公司推出 了一種燒結(jié)硬化鐵基粉末Ancoresteel737SH,其淬透性與壓縮性均比現(xiàn)有的燒 結(jié)硬化材料高利用燒結(jié)硬化粉可生產(chǎn)不需要再淬火或很少再淬火和回火的粉末 冶金零件；除降低成本外, 燒結(jié)硬化可提供更好的公差控制（淬火和回火常引起一 定程度的變形）。
這種粉末可用于汽車工業(yè),特別適用于發(fā)動機(jī)部件, 傳動部件及 近終形齒輪等2.3燃燒火焰--化學(xué)氣相法生產(chǎn)納米粉末采用燃燒火焰--化學(xué)氣相法生產(chǎn)納米粉末在此法中, 穩(wěn)定的平頭火焰是由 低壓燃料/氧氣混合氣的燃燒產(chǎn)生的化學(xué)母體與燃料一起導(dǎo)入燃燒室, 在火焰的 熱區(qū)進(jìn)行快速熱分解由于燃燒室表面溫度分布良好, 氣相逗留時間短以及化學(xué) 母體濃度均勻,并在很窄的熱區(qū)進(jìn)行熱分解, 因而能生產(chǎn)出粒度分布集中的高質(zhì) 量的納米粉2.4 機(jī)械化學(xué)法生產(chǎn)廉價的納米粉末 澳大利亞開發(fā)出一種機(jī)械化學(xué)法,可廉價生產(chǎn)納米金屬粉與陶瓷粉它采用球磨機(jī)來激活化學(xué)反應(yīng),使形成極細(xì)的納米金屬或化合物晶粒,再分離與提取微 細(xì)晶粒例如機(jī)械研磨FeCl3，由鈉、鈣或鋁將其還原為鐵與氯化物的混合物 用適當(dāng)洗滌法去除氯化物后,便可得到納米鐵顆粒這一方法可成功生產(chǎn)10?20nm的粉末，化學(xué)純度高，表面氧化物低于10%? 15%也可生產(chǎn)氧化物粉末，粒度小于5nm潛在高技術(shù)應(yīng)用：切削工具、先進(jìn)陶 瓷、高密度磁記錄介質(zhì)、磁流體、催化劑等2.5 聲化學(xué)制取納米金屬粉 美國科學(xué)家采用聲化學(xué)技術(shù)制取納米金屬粉聲化學(xué)是研究液體中高強(qiáng)度超聲波產(chǎn)生的小氣泡的形成、長大與內(nèi)向破裂等現(xiàn)象的學(xué)科。
這些超聲波氣泡的破裂,產(chǎn)生很強(qiáng)的局部加熱而在冷液中形成“熱點”,瞬時 溫度約為5000T，壓力約1GPa，持續(xù)時間約10億分之一秒粗略而形象地說， 上述這些數(shù)據(jù)相當(dāng)于太陽的表面溫度,大洋底部的壓力,閃電的時間當(dāng)氣泡破裂 時,氣泡內(nèi)所含金屬的易揮發(fā)化合物分解成單個金屬原子,而后聚集為原子簇這 些原子簇含有幾百個原子，直徑約為2 ~ 3nm這些小的磁性金屬原子簇,像順磁體材料一樣,磁矩由原子簇的原子自旋構(gòu) 成,且所有自旋均在同一方向上,因而磁矩比普通材料高100多倍包覆這些顆粒 可形成穩(wěn)定鐵膠體,顆粒永遠(yuǎn)處于懸浮態(tài),現(xiàn)已作為“磁流體”工業(yè)化生產(chǎn),用于 揚(yáng)聲器, 磁性墨水, 磁流體密封, 潤滑劑, 軸承, 醫(yī)學(xué)等2.6 機(jī)械合金化機(jī)械合金化是一種用高能球磨法制取粉末新材料的技術(shù), 可以合成常規(guī)方 法難以合成的偏離平衡態(tài)的 不可能的合金( ImpossibleAlloys) 一些形成熱 為正的材料系、在液相和固相都不互溶及熔點相差懸殊的合金材料 , 可以通過機(jī) 械合金化制取機(jī)械合金化可以顯著提高固溶度, 例如, 鋯在鋁中 500 的固溶 度( 平衡態(tài)) 只有 0. 5%( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)) , 而通過機(jī)械合金化可達(dá) 20. 19%。
概括 起來, 機(jī)械合金化在科學(xué)技術(shù)上的價值, 在于通過下述機(jī)理研制各種新型料:1) 細(xì)化彌散相;2) 細(xì)化顆?；蚓ЯＪ蛊溥_(dá)到納米級;3) 使有序金屬無序化, 轉(zhuǎn)變 成非晶態(tài);4) 增大固溶度, 使在液態(tài)和固態(tài)均不互溶及熔點相差懸殊的金屬形 成合金;5) 在低溫下引發(fā)化學(xué)反應(yīng)機(jī)械合金化技術(shù)起初是為制取氧化物彌散強(qiáng) 化和相沉淀硬化的鎳基高溫合金而開發(fā)的, 隨后發(fā)展成為生產(chǎn)各種彌散強(qiáng)化鎳 基、鈷基、鐵基、鈦基和鋁基粉末材料的系統(tǒng)方法3. 粉末冶金成型新工藝3.1 粉末鍛造20 世紀(jì) 60 年代末出現(xiàn)的粉末鍛造, 是對鐵基粉末冶金材料和零件制造技術(shù) 的重大突破它將粉末冶金工藝與精密鍛造相結(jié)合, 使機(jī)械零件達(dá)到全致密和獲 得高性能成為可能, 適合制造力學(xué)性能高的鐵基結(jié)構(gòu)零件, 因而增加了粉末冶 金機(jī)械零件的品種, 擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域粉末鍛造過程中, 被加熱到鍛造溫度的 粉末壓坯產(chǎn)生物質(zhì)流動, 填充陰模模腔, 可成形具有較復(fù)雜形狀的零件粉末鍛 造最初見于 1941 年, 當(dāng)時以海綿鐵粉壓坯通過熱鍛制成高射炮的彈藥供給棘爪, 其密度為7. 8g/ cm3但此后20年間，這項技術(shù)無甚進(jìn)展直到1968年，美 國 GM 汽車公司研制成功粉末鍛造后橋差速器齒輪 , 并于 1970 年與 Cincinnati 公司合作建立世界上第一條粉末鍛造自動生產(chǎn)線,粉末鍛造才重新興起。
但是, 在從實驗室轉(zhuǎn)向工業(yè)生產(chǎn)時, 由于受粉末質(zhì)量、模具壽命、缺乏專用設(shè)備等條件 的制約, 以及主機(jī)廠對粉末鍛造零件能否承受繁重負(fù)荷懷有疑慮, 延緩了粉末 鍛造的發(fā)展至 80年代中期, 全球汽車工業(yè)的高速發(fā)展為粉末熱鍛技術(shù)提供了 機(jī)遇, 而且上述問題也逐一得到解決, 才使粉末鍛造零件生產(chǎn)規(guī)模明顯擴(kuò)大粉末鍛造主要用于生產(chǎn)汽車零件, 如: 發(fā)動機(jī)連桿、變速器凸輪、軸承圈、 同步器齒環(huán)、發(fā)動機(jī)閥座、離合器轂、鏈鋸鏈輪、棘輪、手動扳手, 以及各種齒 輪, 等等汽車連桿是發(fā)動機(jī)中承受強(qiáng)烈沖擊和高動態(tài)應(yīng)力的典型零件, 粉末鍛 造連桿可靠性高, 已在大量使用中得到證明粉末鍛造技術(shù)由于其產(chǎn)品性能和經(jīng) 濟(jì)上的優(yōu)勢, 發(fā)展前景令人樂觀3.2 動磁壓制技術(shù) 將粉末裝于一個導(dǎo)電的容器（護(hù)套）內(nèi),臵于高強(qiáng)磁場線圈的中心腔中電容 器放電在數(shù)微秒內(nèi)對線圈通入高脈沖電流,線圈腔中形成磁場,護(hù)套內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng) 電流感應(yīng)電流與施加磁場相互作用,產(chǎn)生由外向內(nèi)壓縮護(hù)套的磁力,因而粉末得 到二維壓制整個壓制過程不足 1ms動磁壓制的優(yōu)點：由于不使用模具,成型時模壁摩擦減少到 0，因而可達(dá)到 更高的壓制壓力有利于提高產(chǎn)品，并且生產(chǎn)成本低；由于在任何溫度與氣氛中均 可施壓,并適用于所有材料,因而工作條件更加靈活；由于這一工藝不使用潤滑劑 與粘結(jié)劑,因而成型產(chǎn)品中不含有雜質(zhì)，性能較高，而且還有利于環(huán)保。
許多合金鋼粉用動磁壓制做過實驗,粉末中不添加任何潤滑劑,生坯密度均 在 95% 以上動磁壓制件可以在常規(guī)燒結(jié)條件下進(jìn)行燒結(jié) , 其力學(xué)性能高于傳統(tǒng) 壓制件動磁壓制適用于制造柱形對稱的近終形件、薄壁管、縱橫比高的零件和 內(nèi)部形狀復(fù)雜的零件動磁壓制有可能使電機(jī)設(shè)計與制造方法產(chǎn)生革命性變化,由粉末材料一次制 成近終形定子與轉(zhuǎn)子,從而獲得高性能產(chǎn)品,大大降低生產(chǎn)成本動磁壓制正用于 開發(fā)高性能粘結(jié)釹鐵硼磁體與燒結(jié)釤鈷磁體由于動磁壓制的粘結(jié)釹鐵硼磁體密 度高,其磁能積可提高 15%-20%3.3 熱等靜壓熱等靜壓是在冷等靜壓( CIP) 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的冷等靜壓又稱液靜壓或 水靜壓，出現(xiàn)較早1913年，MADDEN獲冷等靜壓技術(shù)的專利1936年，美國應(yīng) 用冷等靜壓技術(shù)制造鎢鉬條材, 1942 年用于制造鎢鉬管材此后不久, 德國應(yīng) 用冷等靜壓技術(shù)制造大型鎢制品 1935 年以后陶瓷工業(yè)在廣泛應(yīng)用冷等靜壓技 術(shù)生產(chǎn)火花塞的瓷絕緣子和壓電陶瓷等特殊陶瓷制品前西德在20世紀(jì)70年代 用冷等靜壓制造出d300mm1400mm、質(zhì)量為140kg的異形不銹鋼過濾器，以及超 大型絕緣電瓷冷等靜壓能夠成形凹形、空心和長細(xì)比大等復(fù)雜形狀坯件, 坯件 密度均勻, 強(qiáng)度較高, 在粉末冶金成形工藝中占有重要地位。
我國在20世紀(jì)50 年代末建立了冷等靜壓實驗裝臵熱等靜壓技術(shù)則在開發(fā)新材料和改進(jìn)現(xiàn)有材料方面大顯神威已用熱等靜壓 制造和處理的材料有: 工具鋼、高溫合金、硬質(zhì)合金、稀土永磁、彌散強(qiáng)化和纖 維強(qiáng)化鋁合金、鈦合金、鈹、難熔金屬、復(fù)合材料, 等等此外, 熱等靜壓技術(shù) 還用來消除鑄錠內(nèi)部缺陷和修復(fù)貴重部件3.4 流動溫壓技術(shù)流動溫壓技術(shù)以溫壓技術(shù)為基礎(chǔ),并結(jié)合了金屬注射成形的優(yōu)點,通過加入 適量的微細(xì)粉末和加大潤滑劑的含量而大大提高了混合粉末的流動性、填充能力 和成形性, 這一工藝是利用調(diào)節(jié)粉末的填充密度與潤滑劑含量來提高粉末材料 的成形性它是介于金屬注射成形與傳統(tǒng)模壓之間的一種成形工藝流動溫壓技術(shù)的關(guān)鍵是提高混合粉末的流動性，主要通過兩種方法來實現(xiàn)： 第一種方法是向粉末中加入精細(xì)粉末這種精細(xì)粉末能夠填充在大顆粒之間的間 隙中, 從而提高了混合粉末的松裝密度第二種方法是比傳統(tǒng)粉末冶金工藝加入 更多的粘結(jié)劑和潤滑劑,但其加入量要比粉末注射成形少得多粘結(jié)劑或潤滑劑 的加入量達(dá)到最優(yōu)化后, 混合粉末在壓制中就轉(zhuǎn)變成一種填充性很高的液流體將上述兩種方法結(jié)合起來, 混合粉末在壓制溫度下就可轉(zhuǎn)變成為流動性很好 的黏流體 , 它既具有液體的所有優(yōu)點 , 又具有很高的黏度。
混合粉末的流變行為使 得粉末在壓制過程中可以流向各個角落而不產(chǎn)生裂紋流動溫壓工藝，可成形零件的復(fù)雜幾何形狀國外已利用常規(guī)溫壓工藝成功 制備出了一些形狀較復(fù)雜的粉末冶金零件,如汽車傳動轉(zhuǎn)矩變換器渦輪轂、連桿 和齒輪類零件等密度高、性能均一流動溫壓工藝由于松裝密度較高,經(jīng)溫壓 后的半成品密度可以達(dá)到很高的值由于流動溫壓工藝中粉末的良好流動性,由 此得到的材料密度也更加均勻適應(yīng)性較好流動溫壓工藝已經(jīng)用于低合金鋼粉、 不銹鋼316L粉、純Ti粉和WC-Co硬質(zhì)合金粉末原則上它可適用于所有的粉末 體系，唯一的條件是該粉末體系須具有足夠好的燒結(jié)性能,以便達(dá)到所要求的密 度和性能，簡化了工藝,降低了成本3.5 噴射成型噴射成形或稱霧化沉積, 是制造金屬材料的一種新技術(shù)噴射成形技術(shù)的創(chuàng) 新在于, 將液態(tài)金屬霧化（ 快速凝固） 與霧化熔滴沉積（ 熔滴動態(tài)致密固化） 結(jié)合, 在一步冶金操作中直接將液態(tài)金屬轉(zhuǎn)化為一定形狀的、具有快速凝固組織 整體致密（ 相對密度可高達(dá) 99. 5%~99. 8%） 的高性能材料成形坯或半成形坯 噴射成形不但可明顯改善材料組織, 而且材料受污染少噴射成形 M2 高速鋼, 其碳化物晶粒細(xì)?。?2~ 3m） 且分布均勻, 熱處理性能好, 可磨削性比同類鑄錠 鋼提高60%。
噴射成形 12%Cr 不銹鋼鍛造制品, 與鑄鍛材料相比, 其伸長率由 7%提高到19%, 面縮率由17%提高到57%,并增強(qiáng)了材料的耐點蝕性噴射成形軋 輥的一次碳化物晶粒明顯細(xì)化且彌散均勻分布, 其壽命為鑄造軋輥的 3~50倍 采用噴射成形制造的青銅合金,綜合性能好, 強(qiáng)度高, 耐摩擦, 電導(dǎo)率高, 冷熱 加工性好, 冷變形后彈性模量低、流變性能高, 適合制造彈簧我國采用噴射成 形Zn-27A-l 1Cu合金制造滑動軸承，其使用壽命比鑄造ZA27合金高1.5倍，比 巴氏合金高 1. 8 倍3.6 冷成形工藝美國開發(fā)出一種能在室溫下生產(chǎn)全致密零件而無需后續(xù)燒結(jié)的粉末冶金工 藝此工藝稱之為“冷成形粉末冶金”它采用特殊配制的活化溶液與革新的進(jìn) 料靴技術(shù), 在壓力下精確地將粉末注入模中加壓輸送的進(jìn)料靴使粉末填充更加 均勻,而活性溶液則防止形成氧化物,從而大大促進(jìn)了冷焊效應(yīng)采用這一工藝可制得全致密的接近最終形狀的零件，而壓制后無需燒結(jié)及機(jī) 加工此工藝采用包覆粉末但許多市售的金屬或非金屬粉末也可使用目前該 工藝的開發(fā)工作主要集中于生產(chǎn)熱操作零件，但這一工藝也適用于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件及 其他用途的零件3.7 粉末注射成形粉末注射成形包括金屬注射成形( MIM) 和陶瓷注射成形( CIM) , 起源于 20世紀(jì) 20 年代后期。
二戰(zhàn)期間, 氣相擴(kuò)散濃縮鈾工藝所采用的鎳過濾管是用有 機(jī)黏結(jié)劑成形的20 世紀(jì) 40年代, 用粉末注射成形制造了陶瓷火花塞50 年代, 前蘇聯(lián)用石蠟作黏結(jié)劑成形了陶瓷制品60 年代以前, PIM 技術(shù)主要用于陶瓷件 成形1978年，美國RIVERSRD提出第一個金屬注射成形專利1979年，小WIECH 等組建的Par-matech公司有2項粉末注射成形產(chǎn)品(噴氣式客機(jī)鎳螺紋密封環(huán)、 液體推進(jìn)火箭發(fā)動機(jī)鈮合金推進(jìn)室和噴射器) 獲得國際粉末冶金會議設(shè)計大獎, 引起工業(yè)界的注意, 并且導(dǎo)致金屬注射成形技術(shù)正式面世1980年, RAYMONDW 提出第一個實用化金屬注射成形專利超高壓水霧化和高壓惰性氣體霧化技術(shù), 為金屬注射成形解決了細(xì)粉供應(yīng)問題, 而粘結(jié)劑成分和脫脂工藝的改進(jìn)顯著縮 短了脫脂周期這樣, 金屬注射成形技術(shù)競爭能力大大增強(qiáng), 促使其在80年代中 期進(jìn)入蓬勃發(fā)展時期, 并且, 通過成形高性能材料而進(jìn)入制造技術(shù)的前沿領(lǐng)域 1985年以后, 美國注射成形生產(chǎn)年增長率達(dá)30%金屬注射成形將塑料注射成形 與粉末冶金工藝完美結(jié)合, 特別適合制造用常規(guī)粉末冶金方法不能或難以成形 的特殊形狀的零件。
其工藝特點是, 使加熱軟化的注射料在壓力下流動, 均勻充 填模腔各個部位, 將其形狀拷貝下來, 從而獲得幾何形狀與模腔完全相同的坯 件其優(yōu)勢在于能以低成本大批量生產(chǎn)復(fù)雜形狀、高精度和高性能的零件4. 粉末冶金新型燒結(jié)技術(shù)4.1 微波燒結(jié)技術(shù)微波燒結(jié)是通過被燒結(jié)粉體吸收微波，將電磁波能量直接轉(zhuǎn)化成物質(zhì)中粒子 的能量，使其內(nèi)部產(chǎn)生熱而燒結(jié)的方法它熱效率高，可急速升溫縮短燒結(jié)時間， 加上微波與粒子間的交互作用，降低了粒子間的活化能，加速材料的致密化它 比傳統(tǒng)電爐以熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射的外部加熱方式有更高的效率避免了外 部加熱由于內(nèi)外溫度梯度而造成燒結(jié)體裂痕或大幅度變形等缺陷已燒結(jié)成多種 材料：如陶瓷和鐵氧體等材料另外，在日本又開發(fā)出相似的毫米波燒結(jié)技術(shù)， 并成功地在2023K下保溫1h燒結(jié)成全致密的AlN材料4?2放電等離子燒結(jié)(SPS)放電等離子燒結(jié)是將金屬等粉末裝入由石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，利用上、 下模沖和通電電極將特定燒結(jié)電源和壓制壓力施加在燒結(jié)粉末經(jīng)放電活化、熱 塑變形和冷卻階段完成制取高性能材料或制件的一種方法它是粉末冶金的一種 新的燒結(jié)技術(shù)，是將電能和機(jī)械能同時賦于燒結(jié)粉末的一種新工藝。
SPS 原理是利用強(qiáng)脈沖電流加在粉末顆粒上產(chǎn)生的諸多有利于快速燒結(jié)的 效應(yīng)：1）由于脈沖放電產(chǎn)生的放電沖擊波以及電子、離子在電場 中反方向的高 速流動, 可使粉末吸附的氣體逸散, 粉末表面的起始氧化膜在一定程度上可被 擊穿, 使粉末得以凈化、活化;2）由于脈沖是瞬間、斷續(xù)、高頻率發(fā)生, 在粉末 顆粒未接觸部位產(chǎn)生的放電熱, 以及粉末顆粒接觸部位產(chǎn)生的焦耳熱,都大大促 進(jìn)了粉末顆粒原子的擴(kuò)散, 其擴(kuò)散系數(shù)比通常熱壓條件下的要大得多,而達(dá)到粉 末燒結(jié)的快速化;3）快速脈沖電流的加入, 無論是粉末內(nèi)的放電部位還是焦耳發(fā) 熱部位, 都會快速移動, 使粉末的燒結(jié)能夠均勻化與傳統(tǒng)的粉末冶金工藝相比，SPS工藝的特點是：粉末原料廣泛：各種金 屬、非金屆、合金粉末，特別是活性大的各種粒度粉末都可以用作SPS燒結(jié)原 科成形壓力低： SPS 燭結(jié)時經(jīng)充分微放電處理，燒結(jié)粉末表面處于向度活性化 狀態(tài)．為此，其成形壓力只需要冷壓燒結(jié)的 l/10~1/20 燒結(jié)時間短：燒結(jié)小 型制件時一般只需要數(shù)秒至數(shù)分鐘，其加熱速度可以高達(dá)106C/S，自動化生產(chǎn) 小型制件時的生產(chǎn)率可達(dá)400件/h美國國立標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所和機(jī)械工程實驗室與日本國際貿(mào)易工業(yè)部門合作, 共同開發(fā)了高效發(fā)動機(jī)用的大尺寸耐熱、高強(qiáng)梯度材料。
現(xiàn)已能批量生產(chǎn) 150 mm,厚15mm, 11層的ZrO2梯度材料采用的SPS工藝參數(shù)是：壓力20? 40MPa,溫度1243?1293K,升溫速率50K/Min,真空度10Pa采用SPS燒結(jié)得 到了兩頭分別是100%的玻璃與100%的304不銹鋼, 而中間呈4層的梯度材料 燒結(jié)溫度1073 K，保持時間15Min,真空下進(jìn)行通過SPS技術(shù)可以制造 SiGe/PbTe/BiTe/FeSi/CoSb3系熱電轉(zhuǎn)換元件，以及廣泛用于電子領(lǐng)域的各種功 能材料, 如超導(dǎo)材料、磁性材料、靶材、介電材料、貯氫材料、形狀記憶材料、 固體電池材料、光學(xué)材料等4.3 燃燒合成燃燒合成最初稱為自蔓燃高溫合成, 興起于20世紀(jì)60年代其實, 人們早 就發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的放熱現(xiàn)象和反應(yīng)過程的自蔓延特點如1825年發(fā)現(xiàn)非晶鋯在 室溫下燃燒并生成氧化鋯,1865年發(fā)現(xiàn)鋁熱反應(yīng), 等等但是, 直到20世紀(jì)60 年代, 才將燃燒合成發(fā)展成為一項制備材料的新技術(shù)1967 年, 前蘇聯(lián)科學(xué)院 化學(xué)物理研究所 BROVINSKAYA 等發(fā)現(xiàn)鈦硼混合物自蔓燃燒合成現(xiàn)象60年代末, 發(fā)現(xiàn)許多金屬和非金屬難熔化合物的燃燒合成現(xiàn)象, 并將這種依靠自身反應(yīng)發(fā) 熱來合成材料的技術(shù)稱為自蔓燃高溫合成。
1972 年, 自蔓燃高溫合成開始用于 粉末的工業(yè)生產(chǎn), 前蘇聯(lián)化學(xué)物理研究所建造了年產(chǎn)難熔金屬粉末 10~20t 的 實驗設(shè)備1975 年開始研究把自蔓燃高溫合成與燒結(jié)、熱壓、熱擠、軋制、爆 炸、堆焊和離心鑄造結(jié)合, 直接制造陶瓷、金屬陶瓷和復(fù)合管材等致密材料燃 燒合成的反應(yīng)溫度高, 使雜質(zhì)充分揮發(fā), 產(chǎn)品純度高; 反應(yīng)時間短, 容易獲得 微米級、亞微米級甚至納米級粉末; 致密化溫度低, 勿需高溫爐,節(jié)能燃燒合 成以其工藝的特點而成為制備高性能、特殊結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)例如, 反應(yīng)燒 結(jié)、反應(yīng)熱壓和反應(yīng)熱等靜壓用于金屬間化合物的制備, 可克服粉末制備困難、 成形性和燒結(jié)性差的缺點; 可制取具有梯度孔隙度和孔徑的過濾材料; 用燃燒 合成法制取有機(jī)物, 具有節(jié)能、節(jié)省設(shè)備、工序少、污染小等優(yōu)點燃燒合成產(chǎn) 品已有: 磨料、高溫潤滑劑、二硅化鉬加熱體、硬質(zhì)合金、形狀記憶合金、難熔 金屬碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氧化物、氫化物、金屬間化合物、高溫 結(jié)構(gòu)合金、復(fù)合材料、梯度材料、耐火材料、鐵氧體、過濾材料、納米材料、有 機(jī)物及環(huán)保材料, 等等利用燃燒合成技術(shù)可實現(xiàn)不同材質(zhì)包括鋼、高熔點金屬、 石墨、陶瓷的 2 個部件的自焊和互焊, 以及金剛石與基座之間的焊接。
我國于 20世紀(jì) 80 年代開始這項技術(shù)的研究現(xiàn)在研究單位已達(dá) 20多家90 年代中期, 開發(fā)了陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管和不銹 鋼內(nèi)襯復(fù)合鋼管, 并將陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管產(chǎn)業(yè)化, 產(chǎn)品用于輸送煤灰渣、礦粉和 焦炭等90年代末, 研制出自蔓燃高溫快速加壓密實材料制備系統(tǒng)( SHS/ QP) , 實現(xiàn)材料合成與致密化一步完成總結(jié)粉末冶金應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大, 新技術(shù)層出不窮我國的粉末冶金工業(yè)起步不 算晚, 但產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量與技術(shù)方面與先進(jìn)國家相比, 尚有不小差距因而應(yīng)及 時了解與掌握不斷出現(xiàn)的新技術(shù), 尤其重要的是, 要主動開發(fā)我們自己的新技 術(shù)參考文獻(xiàn)：1. 梁 華. 粉末鍛造的現(xiàn)狀[ J]. 粉末冶金技術(shù), 1992,10(2): 142 1452. 李念辛，李森蓉.我國鐵基粉末冶金鍛造技術(shù)的發(fā)展J] ?粉末冶金技術(shù)， 1996, 14(1): 58 62.3. 張樹格. 燃燒合成技術(shù)的起源及其在我國的發(fā)展[ J]. 粉末冶金技術(shù), 1997, 15( 4) : 295 298.4. 向青春, 周彼德, 李榮德. 快速凝固法制取金屬粉末技術(shù)的發(fā)展概況[ J]. 粉末冶金技術(shù), 2000, 18( 4):283 291.5. 余揮，王恩珂，丁福昌?快速凝固T15高速鋼粉末中碳化物相的研究[J]. 粉末冶金技術(shù), 1991, 9( 3):139 145.6. PICKERING S. Bicycle industry takes MMCfor aride[ J] . Metal Powder Report, 1999, 54( 6) : 3033.7. 范景蓮，黃伯云，曲選輝.高能球磨合成W-N-i Fe納米粉末特性[J] ?粉 末冶金材料科學(xué)與工程, 1999, 4(4): 256 261.8. GERMANRM. 粉末注射成形[ M]. 曲選輝, 譯.長沙: 中南大學(xué)出版社, 2001:1 319. 李益民，曲選輝，黃伯云.金屬注射成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展動向[J].粉末 冶金材料科學(xué)與工程, 1999, 4(3): 195 198.10. MCCORMIKPG. Applicationof mechanical alloyingto chemical refining[ J] . Mater Trans JIM, 1995, 36(2) : 169 174.11. SCHAFFERGB, MCCORMIKP G. Displacementreactions during mechanical alloying [ J] . MetallTrans, 1990, 21A( 10): 2789 279412. Li Zong-xia. Mechanical alloying advanced tech-nique for developing metallic materials[ J] . MaterialsEngineering, 1995( 11): 3 7.13. 潘明祥. 快速凝固粉末鋁合金的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[ J]. 粉末冶金技術(shù), 1987, 5(1): 40- 46.14. BIRRINGERR, GLEITERH. Nanocrystalline ma-terials, An approach to anovel solidstructure withgas-likedisorder? [J] . Physics Letters,1984, 102A(8) : 365- 36915. 師昌緒, 仲増墉. 中國高溫合金40年[ J] . 金屬學(xué)報, 1997, 33(1): 1- 816. 周光垓, 俞克蘭. 粉末冶金結(jié)構(gòu)材料在航空工業(yè)中的應(yīng)用[ J] . 粉末冶金 技術(shù), 1989, 7( 3) , 172- 176。
