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              MIM燒結

              發布時間:2016/04/09

              MIM燒結

                

               現代科學技術的不斷發展牽引著工程材料向著復合化、高性能化、功能化、結構功能一體化和智能化方向發展,各行業對材料的性能提出了越來越高的要求。人們在不斷地尋求新型材料的制備方法,小型化、自動化、精密化、省能源、無污染的材料制備方法成為人們追求的目標?,F代粉末冶金技術由于其少切屑,無切屑及近凈成形的工藝特點,在新材料的制備中發揮了越來越大的作用。它的低耗、節能、節材,易控制產品孔隙度,易實現金屬-非金屬復合,屬-高分子復合等特點使其成為制取各種高性能結構材料,特種功能材料和極限條件下工作材料的有效途徑,受到了人們的廣泛關注。

               從現代復合材料技術的理論來看,粉末冶金復合技術從微觀上改變了單一材料的性能,依靠擴散流動使物質發生遷移,同時原材料的晶體組織發生變化,最終“優育”出高性能的復合材料。而燒結作為粉末冶金生產過程中最重要的工序,一直以來是人們研究的重點,各種促進燒結的方法不斷涌現,對改進燒結工藝,提高粉末冶金制品的力學性能,降低物質與能源消耗,起了積極的作用。下面是幾種近幾年出現的燒結新技術:

               

              1、放電等離子體燒結(Spark Plasma Sintering,SPS)

               放電等離子體燒結(SPS)也稱作等離子體活化燒結(Plasma Activated Sintering,PAS)或脈沖電流熱壓燒結(Pulse Current Pressure Sintering),是自90年代以來國外開始研究的一種快速燒結新工藝。由于它融等離子體活化,熱壓,電阻加熱為一體,具有燒結時間短,溫度控制準確,易自動化,燒結樣品顆粒均勻,致密度高等優點,僅在幾分鐘之內就使燒結產品的相對理論密度接近100%,而且能抑制樣品顆粒的長大,提高材料的各種性能,因而在材料處理過程中充分顯示了優越性。

               將瞬間、斷續、高能脈沖電流通人裝有粉末的模具上,在粉末顆粒間即可產生等離子放電,由于等離子體是一種高活性離子化的電導氣體,因此,等離子體能迅速消除粉末顆粒表面吸附的雜質和氣體,并加快物質高速度的擴散和遷移,導致粉末的凈化、活化、均化等效應。第三代SPS設備采用的是開關直流脈沖電源,在50 Hz供電電源下,發生一個脈沖的時間為312 ms,由于強脈沖電流加在粉末顆粒間,即可產生諸多有利于快速燒結的效應。首先,由于脈沖放電產生的放電沖擊 3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;其次,由于脈沖是瞬間、斷續、高頻率發生,在粉末顆粒未接觸部位產生的放電熱,以及粉末顆粒接觸部位產生的焦耳熱,都大大促進了粉末顆粒原子的擴散,其擴散系數比通常熱壓條件下的要大得多,而達到粉末燒結的快速化;最后,開關快速脈沖的加入,無論是粉末內的放電部位還是產生焦耳熱部位,都會快速移動,使粉末的燒結能夠均勻化。

               

              2、微波燒結(Microwave Sintering)  

               微波燒結是一種利用微波加熱來對材料進行燒結的方法。微波燒結技術是利用材料吸收微波能轉化為內部分子的動能和熱能,使得材料整體均勻加熱至一定溫度而實現致密化燒結的一種方法,是快速制備高質量的新材料和制備具有新的性能的傳統材料的重要技術手段。同常規燒結方法相比,微波燒結具有快速加熱,燒結溫度低,細化材料組織,改進材料性能,安全無污染以及高效節能等優點,因而被稱為新一代燒結方法。與傳統的燒結工藝生產的工件相比,用微波燒結制成的工件具有較高的密度、硬度和強韌性。短時間燒結產生均勻的細晶粒顯微結構,內部孔隙很少,孔隙形狀比傳統燒結的圓,因而具有更好的延展性和韌性。微波加熱能使工件加熱均勻,加熱速度可以高達1500/℃分鐘,對某些材料甚至可以以很少的輸入能量實現2000℃以上的高溫。由于微波對大多數粉末陶瓷材料有很大的穿透性,可以均勻地加熱工件,減小高溫燒結過程中的溫度梯度,從而降低由膨脹不均勻產生的材料變形,使迅速升溫成為可能,而且在高溫下停留的時間可以大幅度縮短,抑制晶粒的長大,改善材料的物理,力學性能。微波燒結始于上世紀70年代,到目前為止,許多氧化物和非氧化物,從低損耗陶瓷(如Y—A1203)到高損耗陶瓷 (如SiC、TiB2和BC)等的微波燒結均見報道。

               

              3、電場活化燒結(Field activated sintering tech—nique,FAST)

               電場活化燒結技術在燒結時要施加電場。它有許多優點:經電場活化燒結后,顯微結構可以細化,并可提高鋼的淬透性。在粉末燒結中,施加電場可固結難以燒結的粉末,它比傳統燒結溫度低,時間短,但燒結制品密度高,質量好而且生產率高。它是通過施加斷續的低電壓(~30 V)和高電流(>600 A)來實現脈沖放電的。脈沖放電后再施加直流電。脈沖放電與施加直流電也可同時進行。施加的壓力可以是恒定的,也可以是可變的。

               從裝粉到脫模,整個過程不到10 min就可以完成。一般來說,不需要添加劑或粘結劑,也不需要事先冷壓。在大多數情況下,燒結是在空氣中進行的,不需要可控氣氛或事先粉末脫氣。FAST致密化已用于液相或固相燒結的導電材料,超導材料,絕緣材料,復合材料及功能梯度材料等,也可用于同時致密化與合成化合物。  

               

               4、金屬粉末選擇性激光燒結成形(Selective lasersintering, 5SLS)

               選擇性激光燒結成形(SLS)是應用分層制造方法,以固體粉末材料直接成形三維實體零件,不受材料種類的限制,不受零件形狀復雜程度的限制。其工藝是首先在計算機上完成符合

              需要的三維CAD模型,再用分層軟件對模型進行分層,得到每層的截面,采用自動控制技術,使激光有選擇地燒結出與計算機內零件截面相對應部分的粉末,使粉末經燒結熔化、冷卻、凝固、成形。完成一層燒結后再進行下一層燒結,且兩層之間燒結相連。如此層層燒結,堆積,結果燒結部分恰好是與CAD原型一致的實體,而未燒結部分則是松散粉末,可以起到支撐的作用,并在最后很容易清理掉??晒┻x區燒結的材料非常廣泛,有石蠟粉、塑料粉、金屬粉和陶瓷粉等。金屬粉末的選區激光燒結是目前選區激光燒結技術的研究重點,金屬粉末在激光燒結成型所得到的零件只是一種坯體,其機械性能和熱學性能還需通過后處理進一步提高。

               利用金屬粉末進行選區激光燒結成形是一個很有發展前途的工藝方法,具有廣闊的應用前景。由于激光燒結金屬粉末是一個復雜的工藝過程,燒結難度較大,激光功率、掃描速度、掃描方式等都對燒結精度有影響,直接制造出高精度的金屬零件是激光快速成形追求的目標。

               

              5、熱振蕩活化燒結(Heat shock activated sinter—ing,HSAS)

              2003年,西安交通大學柴東朗課題組在原位觀察 6A1—10Mg二元純金屬粉末體系的燒結過程時發現,普通電阻加熱形成的波動溫度場對燒結具有熱振蕩活化效應,能較大程度上提高鎂顆粒在鋁基體中的熔化速度,波動溫度場的燒結過程要比恒溫場短很多。由于利用電阻加熱的傳統燒結工藝有著廣泛的應用基礎,這對充分發揮現有的燒結設備的工作潛力,提高設備的工作效率都有直接的指導意義,從而可以改善燒結體的質量,提高粉末冶金的生產效率,以及節約能源和降低新設備投入等等。  

              粉末冶金燒結技術,實現了復雜形狀零件的高精度,批量化生產,其成品率高,加工能耗少。相信在不遠的將來,粉末冶金燒結工藝還會有更快速的發展,各種燒結新工藝將不斷面世,推動社會科技的進步。對于金屬制品,終端廠家關心的是金屬注射成形機中料管組的使用壽命,近些年來,國內各個廠家于此投入了大力資本。浙江華業塑料機械有限公司也不例外,針對延長制作金屬制品的材料進行不斷的研究改進。為了滿足高端客戶的需求,浙江華業塑料機械有限公司引進了新的燒結工藝,比傳統特種合金材料的使用壽命提高了5倍以上。

               

               


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