產(chǎn)品簡(jiǎn)介

產(chǎn)品簡(jiǎn)介

除加熱和加壓這兩個(gè)促進(jìn)燒結(jié)的因素外，在SPS技術(shù)中，顆粒間的有效放電可產(chǎn)生局部高溫，可以使表面局部熔化、表面物質(zhì)剝落；高溫等離子的濺射和放電沖擊qc了粉末顆粒表面雜質(zhì)（如去處表面氧化物等）和吸附的氣體。電場(chǎng)的作用是加快擴(kuò)散過(guò)程[1，9，12]。

SPS的工藝優(yōu)勢(shì)

SPS的工藝優(yōu)勢(shì)十分明顯：加熱均勻，升溫速度快，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時(shí)間短，

粉末冶金工藝的基本工序如下：

1、原料粉末的制備?，F(xiàn)有的制粉方法大體可分為兩類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。而機(jī)械法可分為：機(jī)械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應(yīng)用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。

2、粉末成型為所需形狀的坯塊。

在非晶合金的制備中，要選擇合金成分以保證合金具有極低的非晶形成臨界冷卻速度，從而獲得極高的非晶形成能力。在制備工藝方面主要有金屬澆鑄法和水淬法，其關(guān)鍵是快速冷卻和控制非均勻形核。由于制備非晶合金粉末的技術(shù)相對(duì)成熟，因此多年來(lái)，采用非晶粉末在低于其晶化溫度下進(jìn)行溫?cái)D壓、溫軋、沖擊固化和等靜壓燒結(jié)等方法來(lái)制備大塊非晶合金，

粉末冶金零件需求也將受益于進(jìn)口替代和對(duì)機(jī)加工零件替代的雙重替代，單車的粉末冶金用量將明顯提升，保障傳統(tǒng)汽車粉末冶金零部件的需求將保持平穩(wěn)增長(zhǎng)。

行業(yè)集中度較高，粉末冶金零部件需求趨于穩(wěn)定

從行業(yè)趨勢(shì)來(lái)看，進(jìn)入2008 年以后，由于價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，世界粉末冶金的生產(chǎn)重心逐步往中國(guó)轉(zhuǎn)移，日本本土的產(chǎn)量出現(xiàn)了明顯的下降。

工業(yè)銷售產(chǎn)值49.73億元，其中出KOU交貨值6.28億元，出口率(出KOU交貨值/工業(yè)銷售產(chǎn)值)為16.62%。

從產(chǎn)銷規(guī)模來(lái)看，根據(jù)中國(guó)機(jī)協(xié)粉末冶金專業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)53家企業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年中國(guó)粉末冶金零件行業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量為16.36萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)39.40%;銷量為16.17萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)43.15%。

通過(guò)不斷引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與自主開(kāi)發(fā)創(chuàng)新相結(jié)合，中國(guó)粉末冶金產(chǎn)業(yè)和技術(shù)都呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，

利用類似于SHS電場(chǎng)ji活作用的SPS技術(shù)，對(duì)陶瓷、復(fù)合材料和梯度材料的合成和致密化同時(shí)進(jìn)行，可得到65nm的納米晶，比SHS少了一道致密化工序[22]。利用SPS可制備大尺寸的FGM，目前SPS制備的尺寸較大的FGM體系是ZrO2(3Y)/不銹鋼圓盤(pán)，尺寸已達(dá)到100mm×17mm[23]。

用普通燒結(jié)和熱壓WC粉末時(shí)必須加入添加劑，而SPS使燒結(jié)純WC成為可能。用SPS制備的WC/Mo梯度材料的維氏硬度（HV）和斷裂韌度分別達(dá)到了24Gpa和6Mpa·m1/2,大大減輕由于WC和Mo的熱膨脹不匹配而導(dǎo)致熱應(yīng)力引起的開(kāi)裂[24]。

中國(guó)粉末冶金零件及含油軸承總產(chǎn)值超過(guò)55億元，占全球市場(chǎng)比重較小，發(fā)展空間也較為廣闊。根據(jù)中國(guó)機(jī)協(xié)粉末冶金專業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)53家企業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年中國(guó)粉末冶金零件行業(yè)實(shí)現(xiàn)主營(yíng)業(yè)務(wù)收入48.41億元，同比增長(zhǎng)39.75%;利潤(rùn)總額為3.76億元，較上年增加了一倍。在產(chǎn)值方面，粉末冶金零件行業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值50.57億元，其中新產(chǎn)品產(chǎn)值6.28億元，新產(chǎn)品率(新產(chǎn)品產(chǎn)值/工業(yè)總產(chǎn)值)為12.37%;

是中國(guó)機(jī)械通用零部件行業(yè)中增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一，每年全國(guó)粉末冶金行業(yè)的產(chǎn)值以35%的速度遞增。

全球制造業(yè)正加速向中國(guó)轉(zhuǎn)移，汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來(lái)了不可多得的發(fā)展機(jī)遇和巨大的市場(chǎng)空間。另外，粉末冶金產(chǎn)業(yè)被中國(guó)列入優(yōu)先發(fā)展和鼓勵(lì)外商投資項(xiàng)目，發(fā)展前景廣闊。

SPS裝置和燒結(jié)基本原理

SPS裝置主要包括以下幾個(gè)部分：軸向壓力裝置；水冷沖頭電極；真空腔體；氣氛控制系統(tǒng)（真空、ya氣）；直流脈沖及冷卻水、位移測(cè)量、溫度測(cè)量、和安全等控制單元。SPS與熱壓（HP）有相似之處，但加熱方式wq不同，它是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結(jié)的加壓燒結(jié)法。通-斷式直流脈沖電流的主要作用是產(chǎn)生放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場(chǎng)擴(kuò)散作用[11]。

是中國(guó)機(jī)械通用零部件行業(yè)中增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一，每年全國(guó)粉末冶金行業(yè)的產(chǎn)值以35%的速度遞增。

全球制造業(yè)正加速向中國(guó)轉(zhuǎn)移，汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來(lái)了不可多得的發(fā)展機(jī)遇和巨大的市場(chǎng)空間。另外，粉末冶金產(chǎn)業(yè)被中國(guó)列入優(yōu)先發(fā)展和鼓勵(lì)外商投資項(xiàng)目，發(fā)展前景廣闊。

粉末冶金包括制粉和制品。其中制粉主要是冶金過(guò)程，和字面吻合。而粉末冶金制品則常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出材料和冶金的范疇，往往是跨多學(xué)科（材料和冶金，機(jī)械和力學(xué)等）的技術(shù)。尤其現(xiàn)代金屬粉末3D打印[1-2]  ，集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，使得粉末冶金制品技術(shù)成為跨更多學(xué)科的現(xiàn)代綜合技術(shù)。

1988年日本研制出第yi臺(tái)工業(yè)型SPS裝置，并在新材料研究領(lǐng)域內(nèi)推廣使用。1990年以后，日本推出了可用于工業(yè)生產(chǎn)的SPS第三代產(chǎn)品，具有10～100t 的燒結(jié)壓力和脈沖電流5000～8000A。最近又研制出壓力達(dá)500t，脈沖電流為25000A的大型SPS裝置。由于SPS技術(shù)具有快速、低溫、gao效率等優(yōu)點(diǎn)，近幾年國(guó)外許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都相繼配備了SPS燒結(jié)系統(tǒng)，并利用SPS進(jìn)行新材料的研究和開(kāi)發(fā)[3]。1998年瑞典購(gòu)進(jìn)SPS燒結(jié)系統(tǒng)，對(duì)碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料進(jìn)行了較多的研究工作[4]。

國(guó)內(nèi)近三年也開(kāi)展了用SPS技術(shù)制備新材料的研究工作[1,3]，引進(jìn)了數(shù)臺(tái)SPS燒結(jié)系統(tǒng)，主要用來(lái)燒結(jié)納米材料和陶瓷材料[5～8]。SPS作為一種材料制備的全新技術(shù)，已引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛重視。

生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻，能保持原材料的自然狀態(tài)，可以得到高致密度的材料，可以燒結(jié)梯度材料以及復(fù)雜工件[3，11]。與HP和HIP相比，SPS裝置操作簡(jiǎn)單，不需要專門的熟練技術(shù)。文獻(xiàn)[11]報(bào)道，生產(chǎn)一塊直徑100mm、厚17mm的ZrO2(3Y)/不銹鋼梯度材料（FGM）用的總時(shí)間是58min，其中升溫時(shí)間28min、保溫時(shí)間5min和冷卻時(shí)間25min。與HP相比，SPS技術(shù)的燒結(jié)溫度可降低100～200℃[13]。

隨著我國(guó)加入WTO以后，以上種種不足和弱點(diǎn)將改善，這是因?yàn)榧尤隬TO后，市場(chǎng)逐漸國(guó)際化，粉末冶金市場(chǎng)將得到進(jìn)一步擴(kuò)大的機(jī)會(huì)；而同時(shí)隨著國(guó)外資金和技術(shù)的進(jìn)入，粉末冶金及相關(guān)的技術(shù)水平也必將得到提高和發(fā)展。

據(jù)《2013-2017年中國(guó)粉末冶金制造行業(yè)產(chǎn)銷需求預(yù)測(cè)與轉(zhuǎn)型升級(jí)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，目前，中國(guó)粉末冶金零件及含油軸承總產(chǎn)值超過(guò)55億元，

SPS制備半導(dǎo)體熱電材料的優(yōu)點(diǎn)是，可直接加工成圓片，不需要單向生長(zhǎng)法那樣的切割加工，節(jié)約了材料，提高了生產(chǎn)效率。

熱壓和冷壓-燒結(jié)的半導(dǎo)體性能低于晶體生長(zhǎng)法制備的性能?，F(xiàn)用于熱電致冷的半導(dǎo)體材料的主要成分是Bi,Sb,Te和Se，目前的Z值為3.0×10/K，而用SPS制備的熱電半導(dǎo)體的Z值已達(dá)到2.9～3.0×10/K，幾乎等于單晶半導(dǎo)體的性能[30]。表2是SPS和其他方法生產(chǎn)BiTe材料的比較。

生產(chǎn)實(shí)踐中使用的粉末，其粒度范圍從幾百個(gè)納米到幾百個(gè)微米。粒度越小，活性越大，表面就越容易氧化和吸水。當(dāng)小到幾百個(gè)納米時(shí)，粉末的儲(chǔ)存和輸運(yùn)很不容易，而且當(dāng)小到一定程度時(shí)量子效應(yīng)開(kāi)始起作用，其物理性能會(huì)發(fā)生巨大變化，如鐵磁性粉會(huì)變成超順磁性粉，熔點(diǎn)也隨著粒度減小而降低。

(2)粉末的顆粒形狀。它取決于制粉方法

MicrosoftInternetExplorer402DocumentNotSpecified7.8 磅Normal0而壓制性能欠佳，其綜合性能與旋淬法制備的非晶薄帶相近，難以作為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料使用[39]?？梢?jiàn)用普通粉末冶金法制備大塊非晶材料存在不少技術(shù)難題。

SPS作為新一代燒結(jié)技術(shù)有望在這方面取得進(jìn)展，文獻(xiàn)[40]中利用SPS燒結(jié)由機(jī)械合金化制取的非晶Al基粉末得到了塊狀圓片試樣（10mm×2mm），磁非晶合金是在375MPa下503K時(shí)保溫20min制備的，含有非晶相和結(jié)晶相以及殘余的Sn相。

SPS燒結(jié)時(shí)脈沖電流通過(guò)粉末顆粒如圖2所示。在SPS燒結(jié)過(guò)程中，電極通入直流脈沖電流時(shí)瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結(jié)體內(nèi)部各個(gè)顆粒均勻的自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化。與自身加熱反應(yīng)合成法（SHS）和微波燒結(jié)法類似，SPS是有效利用粉末內(nèi)部的自身發(fā)熱作用而進(jìn)行燒結(jié)的。SPS燒結(jié)過(guò)程可以看作是顆粒放電、導(dǎo)電加熱和加壓綜合作用的結(jié)果。

生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻，能保持原材料的自然狀態(tài)，可以得到高致密度的材料，可以燒結(jié)梯度材料以及復(fù)雜工件[3，11]。與HP和HIP相比，SPS裝置操作簡(jiǎn)單，不需要專門的熟練技術(shù)。文獻(xiàn)[11]報(bào)道，生產(chǎn)一塊直徑100mm、厚17mm的ZrO2(3Y)/不銹鋼梯度材料（FGM）用的總時(shí)間是58min，其中升溫時(shí)間28min、保溫時(shí)間5min和冷卻時(shí)間25min。與HP相比，SPS技術(shù)的燒結(jié)溫度可降低100～200℃[13]。

 呈液態(tài)使金屬與合金或者金屬化合物轉(zhuǎn)變成粉末方法包括：

（1）從液態(tài)金屬與合金制取與合金粉末的有霧化法

（2）從金屬鹽溶液置換和還原制取金屬合金以及包覆粉末的有置換法、溶液氫還原法；

（3）從固態(tài)金屬氧化物及鹽類制取金屬與合金粉末的還原法從金屬和合金粉末、金屬氧化物和非金屬粉末制取金屬化合物粉末的還原-化合法

幾何性能最基本的是粉末的粒度和形狀。

(1)粒度。它影響粉末的加工成形、燒結(jié)時(shí)收縮和產(chǎn)品的最終性能。某些粉末冶金制品的性能幾乎和粒度直接相關(guān)，例如，過(guò)濾材料的過(guò)濾精度在經(jīng)驗(yàn)上可由原始粉末顆粒的平均粒度除以10求得；硬質(zhì)合金產(chǎn)品的性能與wc相的晶粒有很大關(guān)系，要得到較細(xì)晶粒度的硬質(zhì)合金，惟有采用較細(xì)粒度的wc原料才有可能。

粉末的制取方法

制取粉末是粉末冶金的一步。粉末冶金材料和制品不斷的增多，其質(zhì)量不斷提高，要求提供的粉末的種類愈來(lái)愈多。例如，從材質(zhì)范圍來(lái)看，不僅使用金屬粉末，也使用合金粉末，金屬化合物粉末等；從粉末外形來(lái)看，要求使用各種形狀的粉末，如產(chǎn)生過(guò)濾器時(shí)，就要求形成粉末；從粉末粒度來(lái)看，要求各種粒度的粉末，粗粉末粒度有500~1000微米超細(xì)粉末粒度小于0.5微米等等。

中國(guó)粉末冶金零件及含油軸承總產(chǎn)值超過(guò)55億元，占全球市場(chǎng)比重較小，發(fā)展空間也較為廣闊。根據(jù)中國(guó)機(jī)協(xié)粉末冶金專業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)53家企業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年中國(guó)粉末冶金零件行業(yè)實(shí)現(xiàn)主營(yíng)業(yè)務(wù)收入48.41億元，同比增長(zhǎng)39.75%;利潤(rùn)總額為3.76億元，較上年增加了一倍。在產(chǎn)值方面，粉末冶金零件行業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值50.57億元，其中新產(chǎn)品產(chǎn)值6.28億元，新產(chǎn)品率(新產(chǎn)品產(chǎn)值/工業(yè)總產(chǎn)值)為12.37%;

致密納米材料的制備越來(lái)越受到重視。利用傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)等方法來(lái)制備納米材料時(shí)，很難保證能同時(shí)達(dá)到納米尺寸的晶粒和wq致密的要求。利用SPS技術(shù)，由于加熱速度快，燒結(jié)時(shí)間短，可顯著抑制晶粒粗化。例如：用平均粒度為5μm的TiN粉經(jīng)SPS燒結(jié)（1963K，196～382MPa，燒結(jié)5min），可得到平均晶粒65nm的TiN密實(shí)體[3]。文獻(xiàn)[3]中引用有關(guān)實(shí)例說(shuō)明了SPS燒結(jié)中晶粒長(zhǎng)大受到極大限度的抑制，所制得燒結(jié)體無(wú)疏松和明顯的晶粒長(zhǎng)大。

目前，粉末冶金技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于交通、機(jī)械、電子、航空航天、bing器、生物、新能源、信息和核工業(yè)等領(lǐng)域，成為新材料科學(xué)中具發(fā)展活力的分支之一。粉末冶金技術(shù)具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，非常適合于大批量生產(chǎn)。另外，部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機(jī)械加工方法無(wú)法制備的材料和復(fù)雜零件也可用粉末冶金技術(shù)制造，因而備受工業(yè)界的重視。

飛機(jī)坦克等剎車副均需采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)。粉末冶金汽車零件近年來(lái)已成為為中國(guó)粉末冶金行業(yè)大的市場(chǎng)，約50%的汽車零部件為粉末冶金零部件。[5]

（1）應(yīng)用：（汽車、摩托車、紡織機(jī)械、工業(yè)縫紉機(jī)、電動(dòng)工具、五金工具。電器.工程機(jī)械等）各種粉末冶金（鐵銅基）零件。

（2）分類：粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結(jié)構(gòu)零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。

特點(diǎn)

粉末冶金具有獨(dú)特的化學(xué)組成和機(jī)械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無(wú)法獲得的。運(yùn)用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等，是一種少無(wú)切削工藝。