第三章 粉末成形技术-2

1、程继贵程继贵 材料科学与工程学院材料科学与工程学院粉末冶金原理粉末冶金原理第三章第三章 粉末成形技术粉末成形技术 Technique of Powder FormationSchool of Materials Science and Engineering本章内容本章内容3.1 成形前的粉末冶金成形前的粉末冶金3.2 模压成形技术模压成形技术3.3 等静压成形等静压成形3.4 粉末连续成形粉末连续成形3.5 粉浆浇注粉浆浇注3.6 粉末注射成形粉末注射成形School of Materials Science and Engineering第四节 粉末连续成形定义：定义：粉末在压力作用下由松

2、散状态经过连续变化而成为具粉末在压力作用下由松散状态经过连续变化而成为具 有一定密度、强度以及所需尺寸形状压坯或制品的过程。有一定密度、强度以及所需尺寸形状压坯或制品的过程。主要包括：主要包括：粉末轧制、挤压、喷射成形、粉末轧制、挤压、喷射成形、楔形压制楔形压制等等基本特征：基本特征： 是模压成形方法的重要补充，可以生产普通模是模压成形方法的重要补充，可以生产普通模 压成形无法生产的多孔或致密的板、带、棒、压成形无法生产的多孔或致密的板、带、棒、 及管材等；及管材等； 比钢模压制需要较少的设备、容器。比钢模压制需要较少的设备、容器。 School of Materials Science an

3、d Engineering一、金属粉末轧制（Powder rolling） （一）概述（一）概述 1. 粉末轧制的概念：粉末轧制的概念： 粉末通过喂料进入一对轧辊之间，在轧辊力粉末通过喂料进入一对轧辊之间，在轧辊力的作用下的作用下, ,压实成具有一定强度的连续带坯的过压实成具有一定强度的连续带坯的过程。程。 School of Materials Science and Engineering轧辊轧辊轧坯轧坯School of Materials Science and Engineering2.2.粉末粉末轧制的特点：轧制的特点： 与一般轧制相比：与一般轧制相比： 1）基本原理相同，要实现轧

4、制：）基本原理相同，要实现轧制：+ tg； 2）可轧制出熔铸轧制无法生产）可轧制出熔铸轧制无法生产 或难以生产的板、带材等或难以生产的板、带材等 （尤多层复合板、带）；（尤多层复合板、带）； 3）工艺流程短、节能、成本较低，）工艺流程短、节能、成本较低， 4）压坯或产品成分精确可控、压坯或产品成分精确可控、轧制产品各向同性轧制产品各向同性 ； 5）成材率较高。）成材率较高。 School of Materials Science and Engineering 与模压成形相比：与模压成形相比： 1）轧制能耗比压制低；）轧制能耗比压制低； 2）可以生产模压成形无法生产的板、带材；）可以生产模压成

5、形无法生产的板、带材； 3）压坯密度更均匀，压坯长度原则上不限；）压坯密度更均匀，压坯长度原则上不限； 4）板带材宽度、厚度有限：）板带材宽度、厚度有限： =（1/100 1/300）D， 一般一般10mm 粉末轧制适用于生产宽度几十粉末轧制适用于生产宽度几十 几百几百mm，厚度厚度10mm以下，长度原则上不限的板带材，或以下，长度原则上不限的板带材，或D/很大的衬套等很大的衬套等 School of Materials Science and Engineering3.3.粉末轧制的分类：粉末轧制的分类： 粉末直接轧制（粉末直接轧制（direct powder rolling） 对塑性好的粉

6、末对塑性好的粉末 粉末粘结轧制粉末粘结轧制 (bonded powder rolling) 加入粘结剂改善粉末体的成形性加入粘结剂改善粉末体的成形性 包套粉末热轧（包套粉末热轧（canned powder hot rolling） 对活性粉末以及要求高致密度的材料对活性粉末以及要求高致密度的材料粉粉末末冷冷轧轧粉末粉末热轧热轧按进料方式分为：水平、垂直和倾斜轧制按进料方式分为：水平、垂直和倾斜轧制School of Materials Science and Engineering用调节闸门控制喂料的垂直轧制用调节闸门控制喂料的垂直轧制School of Materials Science a

7、nd EngineeringSchool of Materials Science and Engineering（二）粉末轧制的基本原理（二）粉末轧制的基本原理 1. 轧制过程轧制过程 松散粉末需依次经过三个松散粉末需依次经过三个区域才能完成轧制：区域才能完成轧制： （三个特征区）（三个特征区） 粉末松装堆积区粉末松装堆积区 （自由充填区）（自由充填区） 喂料区喂料区 压轧区压轧区 School of Materials Science and Engineering区区- -自由充填区：自由充填区：此区粉末仅受重力和颗粒下移而产此区粉末仅受重力和颗粒下移而产生的颗粒间摩擦力作用；生的颗粒间

8、摩擦力作用；区区- -喂料区：喂料区：轧辊表面施予粉末一定的摩擦力，带动轧辊表面施予粉末一定的摩擦力，带动粉末颗粒进入辊之间，导致粉末被咬入。粉末颗粒进入辊之间，导致粉末被咬入。 凡进入此区的粉末都将在摩擦力作用下进入压轧区凡进入此区的粉末都将在摩擦力作用下进入压轧区 区区- -压轧区：压轧区：进入此区的粉末将在轧辊力作用下被进入此区的粉末将在轧辊力作用下被轧制成坯轧制成坯，粉末质量不变，体积缩小，密度增加。粉末质量不变，体积缩小，密度增加。三个特征区三个特征区School of Materials Science and Engineering2. 轧制过程的定量关系轧制过程的定量关系（轧制

9、带坯厚度、密度与粉末特性及（轧制带坯厚度、密度与粉末特性及轧辊尺寸之间的定量关系）轧辊尺寸之间的定量关系） 基本概念及符号：基本概念及符号： 咬入层、咬入角咬入层、咬入角（2） H 咬入宽度咬入宽度 R 轧制带坯厚度轧制带坯厚度 D、r 轧辊直径、半径轧辊直径、半径 松松、压压粉末松装密度及轧坯密度粉末松装密度及轧坯密度 V进进、V轧轧 粉末进料速度和轧制速度粉末进料速度和轧制速度 粉末料柱宽度粉末料柱宽度 B轧坯宽度轧坯宽度 b H图图4-26 粉末轧制时的咬入粉末轧制时的咬入区和变形区区和变形区HSchool of Materials Science and Engineering 几何关

10、系：几何关系： 质量关系：质量关系： 1cos1cos11zDDRR）（）（松压进轧vv/松压/z延伸系数延伸系数 压紧系数压紧系数 定量定量关系式：关系式： School of Materials Science and Engineering3.3.影响轧制过程的因素影响轧制过程的因素 （1 1）粉末性能）粉末性能 松装密度：松装密度： 松松，压压， （保证轧制条件下）（保证轧制条件下） 流动性：流动性： 流动性流动性，V V进进， 压压， （保证轧制条件下）（保证轧制条件下） 粉末硬度：粉末硬度：低的粉末硬度便于变形和形成高的机械啮低的粉末硬度便于变形和形成高的机械啮 合，合，成形性，成

11、形性，压坯强度压坯强度School of Materials Science and Engineering（2）轧辊直径）轧辊直径 D, （ R固定）；固定）； R R （一定）一定）（3）给料方式）给料方式 水平与垂直：垂直水平与垂直：垂直 V进进， 、 R （4）轧制速度）轧制速度 ,、 R（m不变）不变）（5）辊缝）辊缝t t，轧制压力降低，轧制压力降低， RSchool of Materials Science and Engineering（三）粉末轧制工艺（三）粉末轧制工艺 粉末准备粉末准备 喂料（水平、垂直方式）喂料（水平、垂直方式）轧制（冷轧、热轧）轧制（冷轧、热轧） 轧坯轧

12、坯烧结（直烧结（直接烧结、成卷烧结）接烧结、成卷烧结）School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering1. 粉末冷轧工艺粉末冷轧工艺 室温下轧制室温下轧制 轧制速度较低：轧制速度较低：0.6-30m/s 轧坯可卷成卷后烧结，也可烧结后卷成卷，轧坯可卷成卷后烧结，也可烧结后卷成卷， 还可烧结后再热轧还可烧结后再热轧School of Materials Science and Engine

13、ering冷轧冷轧School of Materials Science and Engineering冷轧冷轧+ + 热轧热轧School of Materials Science and Engineering2. 粉末热轧工艺粉末热轧工艺 可以对粉末、预可以对粉末、预成形坯等进行成形坯等进行轧制轧制 防氧化防氧化包套包套（真空）（真空）轧制或气轧制或气氛保护氛保护School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science

14、and Engineering（四）粉末轧制的应用（四）粉末轧制的应用 多孔板材，如过滤板、催化剂板材多孔板材，如过滤板、催化剂板材 层状复合材料带、板材层状复合材料带、板材 多层钢背支撑轴承多层钢背支撑轴承 纤维增强复合材料纤维增强复合材料School of Materials Science and Engineering 粉末、粉末压坯或粉末粉末、粉末压坯或粉末烧结坯在外力作用下，通烧结坯在外力作用下，通过挤压筒的挤压嘴挤成坯过挤压筒的挤压嘴挤成坯料或制品的成形方法。料或制品的成形方法。二、粉末挤压（一）概述（一）概述 粉末挤压的定义粉末挤压的定义Powder ExtrusionScho

15、ol of Materials Science and Engineering挤挤School of Materials Science and Engineering 粉末直接挤压（冷挤压）：粉末直接挤压（冷挤压）：适应于塑性好的金属粉末适应于塑性好的金属粉末 粉末增塑挤压：粉末增塑挤压：粉末加入一定量的成形剂或粘结剂后挤粉末加入一定量的成形剂或粘结剂后挤压，适应于硬质粉末如硬质合金粉末压，适应于硬质粉末如硬质合金粉末 粉末包套热挤：粉末包套热挤：适应于弥散强化合金等适应于弥散强化合金等 烧结坯或粉末压坯的热挤压：烧结坯或粉末压坯的热挤压：适应于塑性较好的有色适应于塑性较好的有色金属材料。金

16、属材料。 挤压的分类挤压的分类School of Materials Science and Engineering 粉末挤压成形的特点粉末挤压成形的特点 1）能挤出直径小（）能挤出直径小（1mm）、壁薄（）、壁薄（0.01mm）的管材、）的管材、 棒材，以及其他异形截面的制品棒材，以及其他异形截面的制品 2）产品长度原则不限，生产过程具有连续性）产品长度原则不限，生产过程具有连续性 3）更换挤压嘴可以方便地改变产品的截面形状）更换挤压嘴可以方便地改变产品的截面形状 4）工艺流程短、节能、成本较低）工艺流程短、节能、成本较低 5）可获得致密、物理机械性能优良的材料或制品）可获得致密、物理机械性

17、能优良的材料或制品粉末挤压适用于截面尺寸较小，形状多样的粉末挤压适用于截面尺寸较小，形状多样的各种棒材、管材坯体及制品各种棒材、管材坯体及制品School of Materials Science and Engineering1.1.粉末在挤压筒内的受力状态粉末在挤压筒内的受力状态 三向受压缩，一方向变形（向下挤三向受压缩，一方向变形（向下挤出）。出）。 挤压杆施加压力挤压杆施加压力P，筒壁约束产生侧，筒壁约束产生侧压力压力P侧侧， P侧侧 =P 相对运动产生摩擦力相对运动产生摩擦力Pf （筒、嘴）（筒、嘴）, Pf =P侧侧 =P物料被挤出的条件：物料被挤出的条件： PPf + Pr(粉末

18、变形阻力粉末变形阻力) （二）粉末挤压成形原理（二）粉末挤压成形原理图图 挤压时混合料挤压时混合料的受力状态的受力状态11轴向压力轴向压力22径向（侧）压力径向（侧）压力33模壁摩擦力模壁摩擦力44拉力拉力1443School of Materials Science and Engineering2.2.粉末在挤压筒内的流动状况粉末在挤压筒内的流动状况三个区域：三个区域： V1区：区：挤压初期物料不流动，后挤压初期物料不流动，后 期进入期进入V3区，向下流动；区，向下流动； V2区：区：物料回流；物料回流； V3区：区：向下（模嘴）流出向下（模嘴）流出三个区域位置不断变化、大小、形状受多重因

19、素影响三个区域位置不断变化、大小、形状受多重因素影响School of Materials Science and Engineering3.3.超前现象和轴向附加应力的形成超前现象和轴向附加应力的形成超前现象：超前现象： 由于摩擦力的影响，由于摩擦力的影响，挤压筒中中心部位物料的挤压筒中中心部位物料的流动速度较接近筒壁物料流动速度较接近筒壁物料的流动速度快（挤出快）的流动速度快（挤出快）的现象。的现象。School of Materials Science and Engineering4.4.挤压比挤压比挤压比挤压比R：挤压筒横截面积与挤压嘴横截面积之比挤压筒横截面积与挤压嘴横截面积之比R

20、= F/F0 =D2/d2断面收缩率断面收缩率K： K=（F-F0）/F 100% =（D2-d2）/D2 100%合适的挤压比是获得合格压坯的关键之一，合适的挤压比是获得合格压坯的关键之一， 一般一般 R10School of Materials Science and Engineering（三）挤压模具设计（三）挤压模具设计1） 确定挤压比确定挤压比R2）正确设计挤压嘴）正确设计挤压嘴重要参数：重要参数： 锥角锥角 定型带长定型带长 l 表面粗糙度表面粗糙度School of Materials Science and Engineering（四）粉末挤压工艺（四）粉末挤压工艺1. 增塑

21、挤压：增塑挤压：具有一定粘结性性和良好塑性的有具有一定粘结性性和良好塑性的有机物（增塑剂）粉末一起制成混合料后挤压机物（增塑剂）粉末一起制成混合料后挤压 增塑剂（增塑剂（plasticizer）：）： 石蜡石蜡+粘结剂粘结剂PVA+硬脂酸硬脂酸 （表面活性剂）（表面活性剂） 添加量：添加量： 6-8.5% 粗颗粒粉末或厚壁件取下限粗颗粒粉末或厚壁件取下限 细颗粒粉末或薄壁件取上限细颗粒粉末或薄壁件取上限School of Materials Science and Engineering粉末料粉末料+增塑剂增塑剂掺合（掺合（40-50）预压（排气，提高料密度）预压（排气，提高料密度） 挤压（挤

22、压（40-50） 挤压坯挤压坯 脱增塑剂脱增塑剂 烧结烧结 制品制品硬质合金增塑挤压生产工艺流程硬质合金增塑挤压生产工艺流程School of Materials Science and Engineering 借助于高温的作用改善金属的塑性流动性能，借助于高温的作用改善金属的塑性流动性能，使坯体发生充分致密化，便于制造高性能使坯体发生充分致密化，便于制造高性能P/M管材，管材，棒材。棒材。 应用应用 烧结坯热挤压：塑性好的金属与合金烧结坯热挤压：塑性好的金属与合金 粉末包套热挤压：含有活性高的元素粉末如粉末包套热挤压：含有活性高的元素粉末如Ti、B、Zr、Al、Si等的等的高温合金或弥散强化

23、材料高温合金或弥散强化材料 包套制作工艺与包套制作工艺与HIP相同相同2. 粉末热挤压粉末热挤压School of Materials Science and Engineering三、粉末喷射成形三、粉末喷射成形 喷射成形是将喷射沉积与成形技喷射成形是将喷射沉积与成形技术结合一起进行加工金属或合金术结合一起进行加工金属或合金成半成品或成品的新工艺。成半成品或成品的新工艺。 将雾化液态微粒先沉积为预成形将雾化液态微粒先沉积为预成形实体，然后进行各种形式冷热加实体，然后进行各种形式冷热加工成板、带、棒、管材。工成板、带、棒、管材。 喷射沉积原理示意喷射沉积原理示意1雾化液微粒流雾化液微粒流2沉积

24、物沉积物 3衬底衬底 4金属液流金属液流12p43214School of Materials Science and Engineering喷射成形工艺特点：喷射成形工艺特点： 制各种板、带、管等半成品及成品；制各种板、带、管等半成品及成品； 控制雾化速度可控制制品的组织和性能控制雾化速度可控制制品的组织和性能 晶态、非晶等组织晶态、非晶等组织 材料各向同性；材料各向同性； 可制多层复合材料可制多层复合材料School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering在 传 统 快

25、速 凝 固在 传 统 快 速 凝 固 / 粉 末 冶 金粉 末 冶 金(RS/PM)工艺基础上发展起来工艺基础上发展起来的一种全新的先进材料制备与的一种全新的先进材料制备与成形技术。成形技术。原原料料喷喷射射熔熔化化产产品品接接收收体体喷射成形工艺流程图喷射成形工艺流程图产品形状产品形状棒坯、管坯、板坯、环、盘等棒坯、管坯、板坯、环、盘等涉及合金涉及合金铝基合金、铜基合金、铝基合金、铜基合金、镍基高温合金、钢、硅基合金等镍基高温合金、钢、硅基合金等应用领域应用领域汽车、电子、航空航天和其它普通工业等汽车、电子、航空航天和其它普通工业等TiAl圆柱锻造成圆盘喷射成形工艺方法喷射成形工艺方法 喷射

26、轧制、喷射轧制、 喷射锻造、喷射锻造、 离心喷射沉积、离心喷射沉积、 喷射涂层喷射涂层School of Materials Science and EngineeringSpray CastingSpray casting (Osprey process) in which molten metal is sprayed over a rotating mandrel to produce seamless tubing and pipe.School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and En

27、gineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering第五节第五节 粉浆浇注成形（粉浆浇注成形（ slurry casting ）1.1.基本原理基本原理粉末与水（或其它液体）制成一定浓度的悬浮浆料，注入具粉末与水（或其它液体）制成一定浓度的悬浮浆料，注入具有所需形状的石膏模中。有所需形状的石膏模中。多孔石膏模吸收粉浆中多孔石膏模吸收粉浆中的水分（或液体），使的水分（或液体），使浆料在模内得以致密并浆料在模内得以致密并形成与模具型面相应的形成与模具型面相应的成

28、形注件。成形注件。School of Materials Science and Engineering2.2.特点特点 是是历史悠久的陶瓷成形方法，后应用于现代粉末冶历史悠久的陶瓷成形方法，后应用于现代粉末冶 金；金； 是制取复杂形状、大件粉末冶金制品的有效方法；是制取复杂形状、大件粉末冶金制品的有效方法； 适于成形压制性较差的脆性粉末，如碳化物、硅化适于成形压制性较差的脆性粉末，如碳化物、硅化 物、氮化物、铬和硅等粉末；物、氮化物、铬和硅等粉末； 不需要压力机，设备简单，生产费用低；不需要压力机，设备简单，生产费用低； 生产周期长，生产率低。生产周期长，生产率低。School of Mat

29、erials Science and Engineering3. 粉浆浇注工艺过程粉浆浇注工艺过程School of Materials Science and Engineering（1） 粉浆的制备粉浆的制备 由金属粉末（纤维）与母液等组成的混合物由金属粉末（纤维）与母液等组成的混合物 要求：具有一定的流动性、粘度和相对稳定性要求：具有一定的流动性、粘度和相对稳定性 浆料的主要组成：浆料的主要组成： 粉末粉末 + + 溶剂（水、酒精等）溶剂（水、酒精等）+ + 添加剂添加剂School of Materials Science and Engineering 浆料中的添加剂浆料中的添加剂

30、1）粘结剂）粘结剂 干燥后赋予坯件足够强度；干燥后赋予坯件足够强度；PVA、PEG、藻肮酸钠等，、藻肮酸钠等，3% 2）悬浮剂）悬浮剂 阻止粉末颗粒间的聚集；弱酸、碱，在颗粒表面上吸附阻止粉末颗粒间的聚集；弱酸、碱，在颗粒表面上吸附 H+或或OH-离子，静电吸附，同性相斥离子，静电吸附，同性相斥分离分离 机理机理 3）除气剂）除气剂 表面活性剂，使颗粒表面吸附的气体脱附，防止颗粒聚表面活性剂，使颗粒表面吸附的气体脱附，防止颗粒聚 集和消除坯间气孔：正丁醇集和消除坯间气孔：正丁醇 4）调节剂）调节剂 调节料浆粘度，改善流动性；常用调节料浆粘度，改善流动性；常用NaOH、HCl，氨水等，氨水等Sc

31、hool of Materials Science and Engineering 制作过程（流程图）制作过程（流程图） 石膏粉粒度影响模具的石膏粉粒度影响模具的 吸水能力（图）吸水能力（图）（2）石膏模制作）石膏模制作石膏粉石膏粉+ +水水（1:1.51:1.5）搅拌搅拌浇入型箱浇入型箱（铸造）（铸造）干燥（干燥（40-5040-50）石膏模石膏模School of Materials Science and Engineering石膏模壁涂离型剂：石膏模壁涂离型剂： 硅油或肥皂水硅油或肥皂水作用：作用：隔绝粉末颗粒与石膏颗粒间的接触、控隔绝粉末颗粒与石膏颗粒间的接触、控制吸水速度。制吸水速

32、度。浇注方法：浇注方法：（3 3） 浇注浇注School of Materials Science and Engineering（1）粉末粒度：）粉末粒度： 细粉末利于浇注细粉末利于浇注（2）液固比：）液固比： 影响粉浆粘度和粉末沉降速度影响粉浆粘度和粉末沉降速度（3）粉浆的）粉浆的pH值：值： 影响粉浆粘度和粉末沉降速度影响粉浆粘度和粉末沉降速度（4）分散剂与粘结剂）分散剂与粘结剂 ：影响粉浆的粘度和沉降速度影响粉浆的粘度和沉降速度 和坯体强度和坯体强度（5）气体）气体 4 . 影响粉浆浇注的因素影响粉浆浇注的因素School of Materials Science and Engine

33、ering第六节第六节 金属粉末注射成形金属粉末注射成形专题专题 （ Metal injection molding， MIM）一、注射成形的原理及特点1.1.基本原理：基本原理： 利用塑料注射成形原理，将金属粉末（陶瓷粉末等）利用塑料注射成形原理，将金属粉末（陶瓷粉末等）与有机粘结剂一起制成混合料，在注射成形机上，在一与有机粘结剂一起制成混合料，在注射成形机上，在一定温度和压力下通过注射口注入闭合的模具中，冷却后定温度和压力下通过注射口注入闭合的模具中，冷却后开启模具，得到坯体。开启模具，得到坯体。School of Materials Science and Engineering2. 2

34、. 注射成形的特点：注射成形的特点： 1）是将粉末冶金与塑料注射成形结合的新的粉末成形工艺）是将粉末冶金与塑料注射成形结合的新的粉末成形工艺 技术。技术。是是PM高新技术之一。高新技术之一。 2）可以大批量生产接近最终形状、尺寸的复杂形状的金属、）可以大批量生产接近最终形状、尺寸的复杂形状的金属、陶瓷制品。陶瓷制品。 3）生产工序少、无工序废料，少无切许削加工。）生产工序少、无工序废料，少无切许削加工。 4）是制造复杂形状粉末冶金零件的研究热点之一，是制造复杂形状粉末冶金零件的研究热点之一，在难熔在难熔 金属与硬质合金、不锈钢、轻金属粉末冶金、复合材料、陶金属与硬质合金、不锈钢、轻金属粉末冶金

35、、复合材料、陶瓷等领域有广阔的应用前景。瓷等领域有广阔的应用前景。 比较：粉末注射成形和挤压成形比较：粉末注射成形和挤压成形School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3. 注射成形技术背景注射成形技术背景 塑料制品的通用成形技术之一，利用熔融塑料的流动行为，塑料制品的通用成形技术之一，利用熔融塑料的流动行为，借助于外压经注射嘴注入特定的形腔。单纯的塑料的强度、借助于外压经注射嘴注入特定的形腔。单纯的塑料的强度、耐磨性低，应用范围受限，在熔融塑料中金属、陶瓷粒子耐磨性

36、低，应用范围受限，在熔融塑料中金属、陶瓷粒子作填充剂作填充剂 美国美国AMAX Met. Injet.Moulding 和德国和德国BASF公司：开发公司：开发PIM的先驱的先驱 20世纪八十年代初，实现产业化，展示良好的技术、经济世纪八十年代初，实现产业化，展示良好的技术、经济效益效益School of Materials Science and Engineering二、注射成形工艺过程二、注射成形工艺过程School of Materials Science and EngineeringMetallic or ceramic powders + Binder Premixing Com

37、pounding(mixing and pelletizing) Feedstock Injection moulding Debinding (solvent and /or thermal debinding/Presintering) Sintering PIM partsSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering1. 选取合适的粉末原料选取合适的粉末原料 （1） particle sizep 一般小于一般小于30m，常用，常用2-8mp 利于制造薄壁、形状复

38、杂制品利于制造薄壁、形状复杂制品p 提高粉末烧结驱动力提高粉末烧结驱动力p 保证脱脂后坯体的强度保证脱脂后坯体的强度p 便于混练和注射便于混练和注射School of Materials Science and Engineering（2）particle shape 球形颗粒有利于脱脂后获得最大的颗粒填充密度球形颗粒有利于脱脂后获得最大的颗粒填充密度和混练均匀的喂料和混练均匀的喂料 颗粒外形比（颗粒外形比（particle aspect ratio）最好在最好在1-1.5之间之间 脱脂后能获得最佳的坯件形状保持性（脱脂后能获得最佳的坯件形状保持性（shape retention） 有利于颗粒

39、间相互间钩连有利于颗粒间相互间钩连School of Materials Science and Engineering（3） particle size distribution 合适的粒度分布易于获得稳定流变性能的喂料，合适的粒度分布易于获得稳定流变性能的喂料，便于混练和注射成形便于混练和注射成形 packing density,binder content 提高注射坯件在烧结过程中的尺寸稳定性提高注射坯件在烧结过程中的尺寸稳定性 利于烧结致密化利于烧结致密化School of Materials Science and Engineering2. 配制能有效团聚粉末，并赋予混合料流变配制

40、能有效团聚粉末，并赋予混合料流变性能的粘接剂性能的粘接剂 较低的粘度：较低的粘度： 0.1Pa.s，但过低易引起两相分离现象，但过低易引起两相分离现象 与粉末颗粒润湿性好与粉末颗粒润湿性好 加入表面活性剂，阻止在混练和注射过程中发生两相分加入表面活性剂，阻止在混练和注射过程中发生两相分离粉末聚集现象离粉末聚集现象 冷却后有足够的强度和韧性冷却后有足够的强度和韧性 脱脂过程中易于排除，且不易形成脱脂缺陷脱脂过程中易于排除，且不易形成脱脂缺陷 为满足混练、注射和脱脂的要求，为满足混练、注射和脱脂的要求， 一般采用多组元体系的粘结剂一般采用多组元体系的粘结剂School of Materials S

41、cience and Engineering3. 混练混练 借助于温度和剪切应力的联合作用，使借助于温度和剪切应力的联合作用，使PIM喂料均匀喂料均匀 混练温度混练温度 温度过高：温度过高：导致粘结剂分解，或粘度太低而发生两相分导致粘结剂分解，或粘度太低而发生两相分 离现象离现象 温度过低：温度过低：粉末聚集，喂料不均匀性粉末聚集，喂料不均匀性 混练过程剪切力：由混练过程剪切力：由旋转速度决定旋转速度决定 剪切力太高：剪切力太高：混练设备磨损和引入机械夹杂混练设备磨损和引入机械夹杂 剪切力太低：剪切力太低：粉末聚集、混料不均粉末聚集、混料不均School of Materials Scienc

42、e and Engineering4.4.注射成形注射成形关键工艺参数为：关键工艺参数为：注射压力、温度注射压力、温度School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering1. 1. 脱脂类型脱脂类型热脱脂热脱脂(thermal debinding ）：）：在一定温度和气氛条件，多在一定温度和气氛条件，多 元组份中的低熔点组份形成液相借毛细作用溢出注射坯体元组份中的低熔点组份形成液相借毛细作用溢出注射坯体或蒸发；或蒸发； 若若T分解温度，也可形成相应单分子化合物排出高熔分解温度

43、，也可形成相应单分子化合物排出高熔点组份，部分残留在粉末颗粒接触处，赋予脱脂坯体足够点组份，部分残留在粉末颗粒接触处，赋予脱脂坯体足够强度强度. 溶剂脱脂溶剂脱脂(solvent debinding)：利用粘结剂组份在溶剂中的选利用粘结剂组份在溶剂中的选 择性溶解，粘结剂扩散逸出注射坯体。过程进行速度慢。择性溶解，粘结剂扩散逸出注射坯体。过程进行速度慢。5. 脱脂脱脂School of Materials Science and Engineering注射坯件的微观结构注射坯件的微观结构School of Materials Science and Engineering脱脂过程脱脂过程School of Materials Science and Engineering溶剂脱脂溶剂脱脂+热脱脂热脱脂 先采用溶剂脱脂