粉末冶金燒結工藝(powdermetallurgicalsinteringprocess)

將粉末或粉末壓坯經過加熱而得到強化和致密化制品的方法和技術。燒結是粉末冶金過程中最重要的工序。在燒結過程中，由于溫度的變化粉末坯塊顆粒之間發生粘結等物理化學變化，從而增加了燒結制品的電阻率、強度、硬度和密度，減小了孔隙度并使晶粒結構致密化。

根據致密化機理或燒結工藝條件的不同，燒結可分為液相燒結、固相燒結、活化燒結、反應燒結、瞬時液相燒結、超固相燒結、松裝燒結、電阻燒結、電火花燒結、微波燒結和熔浸等。

為了控制周圍環境對燒結制品的影響并調整燒結制品成分，在燒結中使用以下幾類不同功能的燒結氣氛：(1)氧化性氣氛，包括純氧、空氣、水蒸氣等，用于貴金屬的燒結，氧化物彌散強化材料和某些含氧化物質點電接觸材料的內氧化燒結以及預氧化活化燒結；(2)還原性氣氛，包括氫、分解氨、煤氣、轉換天然氣等，用于燒結時還原被氧化的金屬及保護金屬不被氧化，廣泛用于銅、鐵、鎢、鉬等合金制品的燒結中；(3)惰性或中性氣氛，包括氮、氬、氦及真空等；(4)滲碳氣氛，即CO，CH₄及其他碳氫化合物的氣體，對于鐵及低碳鋼具有滲碳作用；(5)滲氮氣氛，即NH。以及對于某些合金系而言的N₂。對于不同合金，上述分類可以有變化。在燒結過程中，在不同階段可能采用不同的氣氛。

燒結制度包括升溫、高溫燒結、冷卻等幾個部分。在燒結時，根據需要，可以采用快速升溫，也可以采用慢速升溫；可以直接升溫到最高燒結溫度，也可以分階段逐步升溫，如在需預燒或脫除成形劑和潤滑劑時的情況，燒結溫度和保溫時間由金屬特性和制品尺寸決定。冷卻也有慢冷、快冷和淬火等幾種情況。

在燒結過程中，粉末體發生以下一系列變化：表面吸附的水分或氣體揮發或分解；應力松弛；發生回復和再結晶；原子在顆粒表面、晶界或晶內擴散，使顆粒間的結合由機械結合逐步轉變為冶金結合，化學組分均勻化；在有液相存在時，發生顆粒重排，固相物質的溶解和析出，液相網絡提供一物質輸運的快速通道。在這些過程的綜合作用下，能獲得滿足一定物理、化學和幾何特性要求的材料或零件。

燒結過程受許多因素影響，它們可分為3類。第1類與材料的溫度特性有關，包括自由表面能、界面能和體積自由能，以及點陣、晶界、表面擴散系數等。第2類為粉體特性，包括有效接觸面積、表面活性、體積活性、接觸面取向等。第3類為外部因素，包括燒結氣氛、燒結溫度、燒結保溫時間、升溫及降溫速度、顆粒表面層附層狀態等。

常用的燒結設備有箱式爐、管式爐、馬弗爐、碳管爐、感應爐、推舟爐、帶式爐、輥式爐、反射爐等，分間斷式、半連續、連續式等幾類。采用的加熱方式有電阻加熱，以鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、鎢、鉬、碳化硅、硅化鉬等作為發熱元件。還可以用碳管來通電發熱，有時也利用坯塊本身的電阻。感應加熱的應用也很普遍。除電能外，天然氣、燃油、煤亦可作為加熱能源。根據對溫度、升降溫速度、氣氛、生產的連續與否等要求，選擇燒結爐及加熱方式。