粉末固相燒結(solid-statesinteringofpowder)

松裝粉末或壓坯在燒結過程中組元不發生熔化的粉末燒結方法。粉末固相燒結按其組元多少可分為單元系固相燒結和多元系固相燒結兩類。

單元系固相燒結純金屬、固定成分的化合物或均勻固溶體的松裝粉末或壓坯在熔點以下溫度(一般為絕對熔點溫度的2/3～4/5)進行的粉末燒結。單元系固相燒結過程除發生粉末顆粒間粘結、致密化和純金屬的組織變化外，不存在組織間的溶解，也不出現新的組成物或新相。又稱為粉末單相燒結。

單元系固相燒結過程大致分3個階段：(1)低溫階段(T_燒≤0.25T_熔)。主要發生金屬的回復、吸附氣體和水分的揮發、壓坯內成形劑的分解和排除。由于回復時消除了壓制時的彈性應力，粉末顆粒間接觸面積反而相對減少，加上揮發物的排除，燒結體收縮不明顯，甚至略有膨脹。此階段內燒結體密度基本保持不變。(2)中溫階段(T_燒≤0.4～0.557T_熔)。開始發生再結晶、粉末顆粒表面氧化物被完全還原，顆粒接觸界面形成燒結頸，燒結體強度明顯提高，而密度增加較慢。(3)高溫階段(T_燒=0.5～0.857T_熔)。這是單元系固相燒結的主要階段。擴散和流動充分進行并接近完成，燒結體內的大量閉孔逐漸縮小，孔隙數量減少，燒結體密度明顯增加。保溫一定時間后，所有性能均達到穩定不變。

影響單元系固相燒結的因素主要有燒結組元的本性、粉末特性(如粒度、形狀、表面狀態等)和燒結工藝條件(如燒結溫度、時間、氣氛等)。增加粉末顆粒間的接觸面積或改善接觸狀態，改變物質遷移過程的激活能，增加參與物質遷移過程的原子數量以及改變物質遷移的方式或途徑，均可改善單元系固相燒結過程。

多元系固相燒結兩種組元以上的粉末體系在其中低熔組元的熔點以下溫度進行的粉末燒結。多元系固相燒結除發生單元系固相燒結所發生的現象外，還由于組元之間的相互影響和作用，發生一些其他現象。對于組元不相互固溶的多元系，其燒結行為主要由混合粉末中含量較多的粉末所決定。如銅一石墨混合粉末的燒結主要是銅粉之間的燒結，石墨粉阻礙銅粉間的接觸而影響收縮，對燒結體的強度、韌性等都有一定影響。對于能形成固溶體或化合物的多元系固相燒結，除發生同組元之間的燒結外，還發生異組元之間的互溶或化學反應。燒結體因組元體系不同有的發生收縮，有的出現膨脹。異擴散對合金的形成和合金均勻化具有決定作用，一切有利于異擴散進行的因素，都能促進多元系固相燒結過程。如采用較細的粉末，提高粉末混合均勻性、采用部分預合金化粉末、提高燒結溫度、消除粉末顆粒表面的吸附氣體和氧化膜等。在決定燒結體性能方面，多元系固相燒結時的合金均勻化比燒結體的致密化更為重要。多元系粉末固相燒結后既可得單相組織的合金，也可得多相組織的合金，這可根據燒結體系合金狀態圖來判斷。