粉末冶金技术fenmo yejin jishupowder metallurgy technology

制取金属粉末或将金属粉末制成块状材料和制品的专门技术。其基本工艺过程为制粉、成形和烧结。
公元前埃及人就用碳还原法得到海绵铁，并高温锻造成铁器。公元3世纪时，印度人用此法制造了重6.5t“德里柱”。1909年粉末冶金电灯钨丝问世后，粉末冶金技术得到迅速发展。尤其是20世纪70年代以来，快速凝固、全致密化和近无余量成形及材料复合工艺等新技术的涌现，使之成为融新材料、新工艺为一体的独特冶金工艺技术，可制备其他方法难以制造的高温高硬度材料、无偏析全致密材料、多孔材料、金属及陶瓷增强复合材料及非晶、快冷和超细等多种特殊性能的粉末。在国防领域，例如固体火箭发动机燃料和高效能炸药用的铝粉、远红外器件用的铍粉、先进航空发动机用的粉末高温合金、新的金属间化合物、铝锂合金、钛多孔过滤材料及复杂形状钛合金结构件、核燃料棒及核反应控制棒和包壳、穿甲弹、枪身机件、声纳反射板、摩擦材料、轴承、各种电器接点及超导材料、永磁材料等的制造均离不开粉末冶金技术。总之，粉末冶金技术在国防工业及高技术领域占有重要地位。
制粉技术是利用机械破碎、雾化、凝聚沉积、还原、化合物分解或电解法等获得粉末的技术。在国防领域占有重要地位的制粉方法有以下几种。
(1) 离心雾化：利用离心作用使熔体破碎成小液滴，然后冷凝成粉。最成熟的是旋转电极法，此法适于制备各种熔点的金属和活性金属粉末。粉末表面质量好，球形度高，纯净度高，含氧量低。该法广泛用于钛合金、金属间化合物和高温合金制粉，俄罗斯用这种方法制造的高温合金粉末已成功地应用于航空发动机涡轮盘、压气机盘及燃烧室内衬等的生产中。
(2) 气体雾化：利用气流冲击破碎熔体，并使熔滴快速冷凝成粉。超声雾化技术可以获得较细的雾化粉末(< 50μm)。气体雾化是高温合金、高速钢和铝合金等粉末的主要制造方法。美国最大的高温合金雾化设备为5t/炉。
(3) 真空雾化：利用气体的膨胀使液体金属雾化成粉。这种粉末细微，球形度好，主要用于制造焊料超合金粉，也可制造Cu、Fe和Al合金粉。
(4) 机械合金化(MA):利用颗粒和颗粒之间的强烈、频繁碰撞，使粒子间产生反复的冷焊和断裂而逐步实现粉末的合金化。用MA法生产的氧化物弥散强化高温合金(OD)主要用于航天飞机的高温隔热瓦、燃气发动机的涡轮动叶片及核反应堆包壳制造等。英国Inco Alloys公司的MA设备一次可磨粉1t。
(5) 超细粉制备技术：超细粉的制备方法包括气相法、液相法和机械法。用激光为热源的气相沉积法得到了很好的发展。超细粉末制备及应用尚处于研究阶段，但由于超细粉的比表面积大和活性高，在国防领域必将发挥重要作用。
(6) 高温自蔓延合成技术：利用元素间化学反应自身生成的热进行化合物合成的技术。该技术不仅可以制粉而且可以进行烧结、焊接和涂层。这一方法已能生产400种金属或非金属的碳化物、硼化物、氮化物、硅化物、氢化物、氧化物、硫族化物、磷化物粉以及超导陶瓷粉一类的复杂化合物粉。粉末粒度从1μm到数百微米。目前主要的研究方向是合成致密的金属间化合物预制坯。
成形和致密化新技术是使粉末密实成具有一定形状、尺寸、密度和强度的制品的技术。除最基本的模压成形及粉末压力加工技术(如粉末锻造、粉末挤压和粉末轧制等)外，还发展了冷、热等静压、喷射成形、注射成形及动力成形（爆炸成形）等技术。
(1) 等静压成形：等静压成形分为热等静压成形和冷等静压成形。热等静压成形是使装于密封包套内的松散粉末体在高温下受水静压力作用而达到全致密和近尺寸成形。热等静压成形已成为航空发动机用粉末高温合金的制备、高温合金、钛合金及不锈钢铸件的缺陷愈合处理、发动机叶片的修复和延寿等必不可少的手段，也是制备陶瓷材料、复合材料(如碳/碳)和复合结构零件的主要方法。冷等静压成形广泛用于高比重合金（穿甲弹中的铀合金和钨合金）、硬质合金、钨钼坯条和陶瓷生产中。国外热等静压机最高工作温度为2600℃，压力为1000MPa，最大工作尺寸为φ1500mm×3500mm。
为克服热等静压成形工艺周期长和设备昂贵等缺点，近年来发展了一些准热等静压成形技术，如大气压力固结(CAP)、热压成形(TAMP)、陶瓷颗粒成形(CEARCON)及快速多向成形(ROC)等。特别是后两种方法在氧化物超导陶瓷粉末成形方面研究较多。
(2)喷射成形：它将金属或合金雾化后，在熔滴凝固之前直接沉积在模具或基板上制成坯料或成品。喷射成形已成功用于民品，如轧辊及钢板等生产中，此外在颗粒增强复合材料及反应弥散强化材料方面也显示了广泛的应用前景。
(3)注射成形：将金属或陶瓷粉末与增塑剂混合，在加热状态下注射入模腔内，冷却成形。这一方法的生产效率高和零件表面质量好，适于生产形状复杂和尺寸公差小的零件，在兵器、航空和航天领域有一定的应用市场。国际上注射成形技术已开始工业化生产。
(4)爆炸成形：使一强冲击波在几毫秒内作用于粉末，引起粉末颗粒间的剪切和颗粒表面的熔化，导致颗粒的粘结。爆炸成形的优点是可以保留粉末的亚稳态。
烧结技术是指在低于粉末主要组元熔点温度下，通过加热使粉末颗粒间形成结合的工艺技术。在新成形技术中烧结过程往往与压力致密化过程融为一体。在传统烧结技术的基础上也发展了活化烧结、液相烧结、超固相线烧结及反应烧结等新的技术。
粉末冶金技术之所以得以迅速发展，不仅在于它的先进性，更得益于它的经济性。近无余量成形能制出无切削或少切削的零件，近无余量全致密化成形比传统的铸锻成形工艺简单，并可大大降低投料比，适于自动化和大批量生产，这都显示了很强的经济效益。