先进粉末冶金技术及陶瓷1-2

高级粉末冶金技术和陶瓷制备加工新技术，1 .粉末冶金和陶瓷制备和加工技术概述2。陶瓷和粉末冶金产品的高级成型技术3。高级烧结和致密化技术，1 .与粉末冶金和陶瓷材料制备和加工技术概述、粉末冶金工艺和陶瓷材料制造工艺非常相似。其共同特征是研究对象具有相同的物理形态。也就是说，如果粉末状态制造过程几乎相同，则粉末在加工过程中具有相同或相似的物理-化学变化方法，并遵循相同或相似的理论规律。几乎所有先进的粉末冶金准备技术都可以用于制造先进的工程陶瓷，但是粉末冶金的后处理手段很难用于制造工程陶瓷。1.2一般粉末冶金工艺的主要环节，成型目的：获得特定形状和尺寸的坯料。具有一定的密度和强度。预设成型方法为压力成型和无压力。烧结：旨在获得所需的物理和机械特性。后处理和处理：旨在调整和控制材料结构，以获得更好的工作性能。1.3粉末冶金的开发过程和特性，粉末冶金技术的特点：(1)具有可生产的普通熔炼方法无法生产的特殊性能和结构的材料多孔材料；(2)使用粉末冶金技术生产的部分材料，具有比普通熔炼方法更好的性能合金粉末冶金产品性能，如高速钢、高温合金产品。耐火金属产品通常使用粉末冶金技术(如w、Mo产品(3)粉末冶金产品)生产，是芯片非芯片加工工艺。主要缺点：高成本产品的尺寸形状降低了特定限制材料和产品的韧性，1.4粉末冶金技术广泛应用于金属材料、陶瓷材料、复合材料方法。2 .陶瓷和粉末冶金产品的高级成型技术，2.1概述(1)成型方法的分类成型可分为加压成型和无压力成型，成型和特殊成型工艺。可以根据原料的特性分类：粉末成型方法：成型、冷成型等静压成型等一般压力成型塑料成型方法：挤压、滚动、注射成型和其他浆料成型方法：粉末铸造、流动成型等热致密成型：热压、热等压力、热塑性等特殊致密和成型技术；(2)主要原料的预处理工艺包括：煅烧：去除杂质，提高纯度。结晶类型变化、晶粒大小增加和其他原料塑化：去除杂质，提高纯度；晶粒度变化、晶粒大小增加等颗粒：普通粉碎、压力制造粉末、雾化粉末、2.2粉末成型法、(1)成型法可以分为单向和双向成型。特点：过程简单，自动化容易，缺点：难以制造复杂形式的零件。(2)等静压成型，特征：a .可以生产形状复杂的零件。b .压力均匀传递，坯料密度均匀，高坯料强度c .低模具成本，主要工艺：湿等压成型和干袋等静压成型，模具制造最重要的因素，2.3塑料成型方法，混合物塑料的获取，a .粉末本身的塑性变形能力b .添加塑化剂，具有变形能力的粉末可以分为可通过成型方法加工的塑料成型。即，挤出成型、滚动成型、注射成型(1)挤出成型将粉末本体或塑料泥块在压力下通过成型壶嘴挤出到预期产品。根据挤压条件，可分为冷挤压和热挤压。挤压成型中，无论是具有变形功能的金属粉末，还是易碎的陶瓷粉末，都要使用提高混合粉末塑性、容易成型的有机增塑剂。，挤压成型的特点：a .中空管和复杂形状的试样b .纵向成形体和横向密度均匀c .工艺连续性，影响挤压成型工艺的主要因素：a。增塑剂含量的影响，增塑剂多，挤压压力对b .预载压力的影响，预载压力大，挤压压力对c .挤压温度的影响增加，温度高，挤压压力对d .挤压进度过快，挤压件被破坏，(2)轧制成型(轧制膜成型)，将粉末混合物供给2辊间隙，轧制压力压可以用冷轧和热轧工艺分开。轧制成型的主要特点：a .双金属或多金属、多孔板材等普通轧制过程中不能生产的板材制造b .构造精确，组织均匀c .工艺简单，节能，高产，(3)注射成型方法(Injectionmolding)，注射成型方法是粉末冶金技术与塑料注射成型技术相结合的新工艺将粉末和成型剂均匀混合，在一定温度下具有良好的塑性，然后将这些塑料粉末注入模具中冷却，从而获得所需的零件原型。主要特点是材料结构经验均匀性好，大批量可成型，结构复杂，尺寸小，精度高的产品。注射成型过程中最重要的过程包括：a .成型剂的制造和b .成型剂的添加，成型剂的去除可以使用两种方法：溶浸和加热分解。溶浸法是将成型坯料放入溶剂萃取装置中，去除粘结剂，形成一定密度的坯料。加热分解方法：将注射成型毛坯放入加热炉，在加热条件下逐步分解粘结剂，消除成型剂的方法。该工艺可结合烧结设备化工艺进行。2.4浆料成型法，浆料成型将粉末和水或其他有机液体制成一定浓度的悬浮粉末，注入所需形状的石膏模具，达到成型产品的目的，关键工艺包括模具设计和浆料准备，新的浆料成型工艺：压力灌浆工艺离心灌浆工艺真空灌浆工艺等，2.5铸造工艺，动态连续灌浆工艺。将料浆从料斗槽流入基板，通过刮刀控制薄膜的厚度，形成薄膜的料浆干燥，结果薄膜空白，烧结后得到薄板材。主要用于制造厚度小于0.05厘米的薄片。主要工艺控制，如多层膜电容器等，包括粉末粒度(细粉最好)和浆料流动性。2.6热致密化成型技术，热致密化成型技术主要是热压、热等压、热挤压、热轧技术，成型和烧结完成一个阶段的同时，高温下粉末处于热塑性状态，成型压力低，时间短，产品颗粒小，密度高。(1)在高温下施加热压力，促进粉末的烧结和致密化。在热压烧结中，成型压力通常不超过40MPa，其主要缺点是低生产率和高成本。根据加热方式，热压可分为直接加热法和间接加热法。也就是说，加热电流通过装有粉末的石墨模具，用于加热模具和致密加热压力，温度场分布不均匀。间接加热：将大气粉末放入模具中，对模具施加压力，使其达到高温炉中指定的温度。高温炉可以是高、中频感应炉、碳管或电阻炉。(2)热等压、等压技术是现代粉末冶金技术发展的成果之一。压力可以通过传力介质均匀作用于要气动的粉末上，制造结构均匀、性能优良的产品。冷等静压(CIP):大气压力(HIP)，例如水、油、气体介质热：一般使用气体作为介质的主要优点：a .可准备复杂形状的组件(模具设计非常重要)b .坯料密度分布均匀的c .坯料强度高的加工和运输方便性d .产品密度高、性能高的缺点： 在一定时间内达到工作压力即可，但一般来说，迟到不再足够，温度制度：通常根据材料的温度要求，实现快速加热。烧结-热等压法为了克服通常热等压技术对模具(或成为邮袋)的特殊要求，采用自包热等压技术烧结-热等压法，将成型或冷等压后产品坯料放入热等静压，结合脱蜡、预热和热等静压，获得高密度产品。影响热等静压工艺的主要因素：(1)热等压温度，通常是现有烧结(约熔点0.5)(2)热等压的影响，高压力受高伸长(3)封装准备技术影响的组装封装：保证封装密封，选择合适的封装材料烧结-HIP:基本原理：熔体被高压惰性气体粉碎，分化成粒子，直接喷射到低温基板表面，由扁平成形器沉积、积累、沉淀凝固。主要特征：a .材料界面污染小，颗粒结构非常精细。适当控制冷却速度还可以制造准晶结构或非结晶结构的材料。材料组成均匀，杂质少分离。b .可由多层复合金属或复合材料制成。(2)喷射成形工艺、喷射轧制技术、喷射锻造工艺、喷射离心沉积工艺等多种工艺的基本原理，以及喷射成形的基本原理。(3)爆炸成型在成型过程中，为了获得高初始坯件密度或最终密度，成型压力起着重要作用。通常的工艺一般只能得到100兆帕以下的成型压力。但是研究结果表明，在极端条件下获得的极高压力会有很高的成型密度。典型的例子是使用爆炸产生的冲击压力实现材料成型。在爆炸过程中，通常可以产生100MPa的冲击压力，在这样高的压力下，材料的变形特性发生了根本变化，塑料流动非常快，易碎的材料也可能具有塑料流动性。无论是金属、陶瓷还是复合材料，都可以使用爆炸成型过程；爆炸成型可以分为直接和间接加压两种方法；爆炸成型中，爆炸冲击速度(即能量)是最重要的工艺参数；能量越大，产品的密度越高。对于某些金属材料(例如Cu、Ni、Ti等)，可以直接获得接近理论密度的产品。3 .高级烧结和致密化技术，3.1概述一般来说，烧结是粉末冶金技术的最后一个主要工艺，对产品的性能起着决定性作用，材料的主要理化特性与烧结工艺密切相关。烧结的分类烧结是粉末坯料在高温下通过颗粒之间复杂的理化变化形成合理的结构结晶型和组织的过程。可以根据烧结过程的机理分类。单位制烧结：一般为高熔点金属、单相陶瓷等多相烧结：低共熔点以下的固相烧结(无限溶液、有限溶液、完全不溶性)溶解：熔化后浸入骨架材料中的烧结的特殊情况，致密化。烧结工艺研究中最基本的问题是：a .烧结驱动力问题b .烧结工艺力学，烧结的基本过程是：颗粒的结合形成颈部，形成闭合孔，形成闭合孔的球化和收缩。烧结的运动机制包括粘性流动、蒸发冷凝、体积扩散、表面扩散、晶界扩散、扩散过程、塑性流动任何机制都不能全面说明烧结过程，实质上烧结过程是多个机制共同作用的结果的复杂过程。因此，提出了“综合烧结理论”。烧结工艺可分为：(1)无压力固相烧结(2)机械压力烧结：热压、热挤压、热列表等(3)压力烧结：低压烧结、热等压烧结(4)反应烧结(5)液态烧结(6)熔融烧结工艺(6)准备可设计材料的典型方法。主要是反应烧结制品的成分通过预设计，材料产品的微观结构优秀，颗粒可以小而均匀地烧结，强度比无压力烧结高的近净成型材料制备反应烧结技术与热压或热等静压技术相结合，可以得到更广泛的应用。反应烧结技术成功制造了Si3N4、SiC、Si2ON2及其复合材料等。(1)反应烧结Si3N4，基本反应：3Si(s) 2N2(g)Si3N4(s)成型Si或Si与Si3N4的混合物，然后在大约1200 下通过渗氮处理获得Si3N4产品。主要工艺控制点是反应工艺速度控制最重要，主要是控制烧结温度，达到控制反应速度的目的。一般可分为三种加热系统：分段加热方法、气体消耗温度控制方法(Nitrogan-DemandNitriding)，根据反应过程中氮消耗决定加热系统。反应烧结工艺还可以制造SiC/Si3N4等复合材料。3.3熔融烧结过程，在多孔体中使用液体毛细管作用，使熔融金属自动填充粉末坯料或多孔预制件，从多孔体中排出气体，冷却后获得所需的致密材料。本质上，熔化过程是液相烧结的特殊情况。没有烧结收缩，工艺时间短，制造几乎净成型产品是主要特征。该工艺可以制造耐火金属-可溶性金属复合体(假合金)-金属陶瓷复合材料等。使用熔化工艺制造的材料系统，如果两种材料的熔点相差很大，则产生零件变形的两种材料的渗透性必须很好，如果渗透角度小于90个，则必须相互溶解或几乎不发生溶解性。主要熔胶过程包括接触方式、整体熔胶方式、部分熔胶方式、真空或压力辅助，以提高熔胶速度。反应熔化过程：如果两种材料在熔化过程中可以发生化学反应，则反应渗透形成良好，从而显着提高熔体速度，改善材料的结构。反应熔化过程的主要特征是材料系统的润湿性好，能得到优秀的材料结构。熔体温度低，能耗低。可以准备SiC、Si3N4等高熔点材料系统。范例：SiC预先准备Si熔胶中高品质反应的结合SiC(RBSC)；