中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
聯(lián)系人：李鋒
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1.什么是燒結？
燒結是指原材料顆粒在加熱時(shí)相互結合，從而縮小顆粒間間隙并使其整體尺寸縮小的現象。燒結廣泛應用于陶瓷制造和粉末冶金，且生產(chǎn)過(guò)程穩定。一般的燒結工藝包括六個(gè)步驟：混合/粉碎、成型、脫脂、燒結、加工/拋光和檢查（圖1）。
圖1：典型的燒結工藝
?混合和研磨：首先，將粉末材料根據需要混合并研磨至細小。制造合金時(shí)，需要混合多種物質(zhì)以達到所需的成分。對于難以燒結的材料，可以在不影響材料性能的前提下添加雜質(zhì)來(lái)改善燒結性能。這些添加劑被稱(chēng)為燒結助劑。
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為了使粉末更容易成型，可以添加蠟等有機物質(zhì)（成型助劑）。如果粉末粒徑較小，流動(dòng)性可能會(huì )較差，從而導致成型體內部密度不均勻。因此，可以將粉末與成型助劑混合，噴涂并干燥，制成顆粒狀。然后將粉末成型為所需的形狀。通常，將粉末放入模具中，加壓壓制。另一種方法是將粉末與水等液體混合，然后放入模具中成型。在模具中成型的粉末稱(chēng)為粉末壓坯或生坯。
如果在脫脂、燒結、加工/拋光以及檢查/成型工序中，粉末中添加了有機物，則需要在燒結前進(jìn)行脫脂處理以去除有機物。為了去除有機物，需要將樣品緩慢加熱至約400°C。然后，在高溫下加熱燒結。在此過(guò)程中，氧化鋁和氧化鋯等氧化物陶瓷通常在空氣中加熱，而鋼等金屬和非氧化物陶瓷（例如氮化硅）則在真空或惰性氣體中燒結，以防止氧化。燒結后的材料根據需要進(jìn)行加工、檢查，并作為機械零件或其他產(chǎn)品出廠(chǎng)。
2.燒結特性
燒結有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？讓我們將其與鍛造和鑄造（用于成型其他金屬的加工方法）進(jìn)行比較。圖2展示了典型陶瓷材料氧化鋁Al2O3的燒結過(guò)程（顆粒粉末、壓坯、燒結體）。氧化鋁粉末使用模具成型，然后在電爐中燒結?？梢钥吹?，樣品由于燒結而收縮，尺寸變小。燒結大型粉末壓坯會(huì )導致更大的收縮，使產(chǎn)品更容易開(kāi)裂和變形。燒結適用于小件產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。
?燒結的優(yōu)點(diǎn)
燒結在加熱和燒結壓坯時(shí)無(wú)需使用模具，因此即使是鑄造無(wú)法生產(chǎn)的高熔點(diǎn)材料或易反應的材料，也能制造出特定形狀的零件。此外，由于它不像鍛造那樣需要擠壓模具使材料變形，因此即使材料不發(fā)生塑性變形，也能使用燒結。因此，燒結被廣泛用于陶瓷和高熔點(diǎn)金屬的成型。此外，即使是鑄造時(shí)因密度差異而分離的陶瓷和金屬復合材料，也可以通過(guò)將粉末混合在一起并燒結來(lái)制造。當粉末顆粒略微粘合時(shí)，停止燒結即可制造多孔材料。
燒結的缺點(diǎn)：
燒結需要將材料粉碎，這可能會(huì )增加制造成本（具體取決于材料）。另一個(gè)缺點(diǎn)是粉末在燒結時(shí)會(huì )收縮，導致尺寸精度低。此外，如果粉末顆粒之間的間隙較大，材料內部會(huì )殘留孔隙，從而難以制造致密的零件。根據具體應用，孔隙會(huì )導致應力集中，從而降低機械強度和疲勞強度。
3.燒結的應用
燒結技術(shù)用于制造機械零件，因為即使是高熔點(diǎn)材料也易于成型。圖3展示了通過(guò)燒結制成的金屬和陶瓷產(chǎn)品。
小型鋼齒輪等也采用燒結工藝制造。由于批量生產(chǎn)可以降低生產(chǎn)成本，因此該工藝廣泛用于制造形狀復雜的機械零件。對于鎢、鉬等高熔點(diǎn)金屬的機械零件，燒結工藝也十分高效。
使用燒結技術(shù)的產(chǎn)品包括砂輪、切削工具、耐火材料、陶瓷刀和鐵氧體磁鐵。粉末高速鋼刀片以其持久鋒利而聞名。大多數陶瓷零件都是通過(guò)燒結制成的。陶瓷加熱器和傳感器中使用的機械結構部件和功能陶瓷都是通過(guò)燒結原料粉末生產(chǎn)的。硬質(zhì)合金（由碳化鎢 (WC) 與鈷 (Co) 燒結而成）和金屬陶瓷（一種陶瓷金屬復合材料）也是通過(guò)燒結制成的。燒結還可以生產(chǎn)具有復雜形狀的多孔材料，這就是它們被用于過(guò)濾器和空氣擴散器的原因。燒結含油軸承是由浸有潤滑劑的多孔金屬制成的自潤滑軸承。
