powder粉末冶金..ppt

粉 末 冶 金 摘 要 1.粉末冶金製程：粉末製造?混合?壓製胚件?燒結?後加工?產品 2.前處理：粉體混合與造粒 3.造粒程序： 4.成形流程：餵料?壓製?脫膜 5.燒結擴散機構：氣體蒸發與沉降擴散、體積擴散、表面擴散、晶界擴散。 6.燒結爐：完整的燒結爐，必需具預熱區、燒結區、冷卻區三區段 7.後處理：整精、機械加工、熱處理、表面處理。 原料 液體黏結劑 混合 轉動、流動 篩析 乾燥 顆粒 粉 末 冶 金 內容 粉末冶金的特性 粉末冶金製程 成形前處理 成形(壓製) 燒結理論 後處理 產品與應用 問題與討論 　　 粉末冶金的特性 一般而言粉末冶金可應用在兩方面：一是其他方法不能或 很難製作之場合，如高熔點或溶液黏度低的金屬，不相融 合之金屬、金屬與非金屬的複合材料、超硬合金，多孔質 材料等；另一是其他方法可行，但以粉末冶金法為較經濟之 選擇，其主要特性如下： 1.與鑄造品比較起來，燒結成品之晶粒較細緻，組織較 均勻，但難免有孔隙（Pore)的存在。 2.傳統製造無法提煉或不相融之合金亦可拌合一起為成份混 　合為均勻的冶金產品。 3.粉末冶金在成形時沒有餘料，不會造成材料浪費。 4.製品尺寸精確、表面光滑、適合小件產品的大量生產。 5.不必經過溶解、凝固之液固態轉變，僅經由晶粒成長及固 　態擴散的程序就可達成原子結合之目的。 6.某些特殊性能產品的製造方法，如燒結碳化物，金屬濾器 　、油軸承… 粉末冶金製程 製程為： 粉末製造? 混合? 壓製胚件? ?燒結 ?後加工 ?產品 成形前處理 成前的粉末處理主要為粉體的混合與造粒： 粉體混合：目的是將兩種或多種粉粒體均勻化，增進化學與 物理均勻的程序，一般是將粉粒體置於圓筒型的混合機，伴 以旋轉及攪拌達到均質的混合物。 造粒目的：造粒是乾壓成形的一個先行工作，因為金屬粉料大 小通常為幾微米至數百微米，粉粒愈細，表面活性愈大，其表面吸附氣體也就越多，因而堆積密度也愈小，即使在粉料中拌上黏合劑，往往也難於一次壓成緻密的胚體。當細小的粉粒加壓成形時總是不可避免地將有較多的氣體，包括堆集間隙氣體和表面吸附氣體，來不及排出而圍困於胚體之中，或積聚於壓模的拐角處，形成胚體的缺陷。沒有經過造粒處理的粉末的缺點有：成型時的流動性較差、壓力分佈不均、與模具間摩擦阻力大、胚體強度較弱。 造粒程序： 經由造粒程序讓粉體粒子適當的團聚，產生大小均一且流動性佳的球形粒子團，一般的造粒法為圓筒滾動乾燥造粒或流體化床噴霧乾燥造粒。 原料 液體黏結劑 混合 轉動、流動 篩析 乾燥 顆粒 成形模具：模具的基本結構為上沖頭、下沖頭、模體、心軸 退模組件等五種基本構件，施壓方式亦可分為單向壓模與 雙向壓模，如下圖所示。 成形 成形流程：餵料?壓製?脫膜 粉末冶金最常用的方法為壓製成形，下圖為其示意圖。 為了使壓製完成的胚體脫膜，一般在粉末混合時便會添加潤滑劑 以減少胚體與模壁間的摩擦力，選用適當的潤滑劑，除了降低模 壁的摩擦，易於脫模，增進胚體的密度外，另一重要的考慮因素 為胚體燒結過程中，潤滑劑能否被排出胚體及會不會污染到燒結 爐等，目前業界最常用的潤滑劑，是以硬脂酸鋅為主，如下表所 示。 燒結：粉末冶金製程從粉末製造、粉末混合、成形、燒結等程序 其中最主要使產品具有強度且堪用的過程即為「燒結」，其特色 如下： 1.燒結溫度低於主要成分的熔點，一般為其一半以上即可。 2.較一般的熔鍊及鑄造方法節省能源。 3.對部分極高熔點的材料，如鎢、鉬、陶瓷材料等，往往是唯一 製造產品的方法。 燒結驅動力：由一圓形顆粒所構成的系統，因為此系統的表面積 為最小狀況，故能量為最低。但由兩個圓形顆粒接觸而構成的系 統則此系統的總表面能並非最低值，故為了達到熱力學上的平衡 此系統必需使表面積減少，即兩顆粒黏結在一起達到熱力學的平 衡狀態。如下圖所示，受到燒結驅動力的作用，減少表面積，降 低表面能，兩個相鄰的粉末顆粒產生黏結，形成頸部的現象。 燒結 燒結機構：由頸部的截面來觀察，可看出頸部是由一個凸面及一 凹面連接在一起所構成，而凹面的空孔濃度高於凸面下的空孔濃 度，所以為達此系統的平衡，空孔會由濃度高的地方移往濃度低 的地方；相反的原子即由空孔濃度低的地方擴散到頸部凹面，而 使頸部長大。 　　原子可經由下列四種不同的途徑而擴散到凹面頸部，例如： 原子經由表面擴散到頸部凹面上，即形成表面擴散機構； 原子若由內部而擴散至頸部凹面下，即為體積擴散機構； 而兩球體接觸繼而燒結形成頸部的同時，會形成一晶粒邊界，原 子在晶界上可快速移動，原子亦藉由晶界而擴散到頸部凹面下， 即為晶界擴散機構； 另外如果利用蒸氣壓來看，凹面上的蒸氣分壓低於