陶瓷生产工艺与粉末冶金简介

粉末冶金法是一种用金属粉末（或掺入部分非金属粉末）制备，压制成形，烧结而制成零件的方法。陶瓷的生产工艺和粉末冶金的生产工艺一般都经过原料配制、坯料成形、制品烧结、后加工处理等四个阶段，因此粉末冶金法可看成是陶瓷生产工艺在冶金中的应用。

1）陶瓷生产与粉末冶金生产的工艺

（1）原料配制

原料配制包括粉末制取、配料、混料、制成坯料等步骤。粉末制取是通过机械、物理及化学的方法制备粉末。机械法有球磨法、雾化法等，物理化学法有还原法、电解法、化学置换法等。粉末的形状、粒度、纯度以及混料混合的均匀程度都会对产品的质量产生显著影响。一般粉末越细、越纯、越均匀，产品的性能越好。

生成的坯料根据成形方法有可塑泥料、浆料和粉料等。粉料中通常要加入一些成形剂和增塑剂，如汽油橡胶溶液和石蜡等。

（2）坯料成形

将坯料装入模具内，通过一定方法制成具有一定形状、尺寸和密度的生坯。生坯含水较多，强度不高，需进行干燥。

成形方法有可塑成形、注浆成形、压制成形等。压制成形又有干压成形、热压成形、注射成形、冷等静压成形、热等静压成形、爆炸成形等。成形方法的选择主要取决于制品的形状和性能要求及粉末自身的性质。

（3）制品烧结

烧结是将干燥后的生坯加热到高温，通过一系列的物理化学变化，获得要求的性能。

烧结方法有常压烧结、热压烧结、反应烧结、气氛加压烧结和热等静压烧结等。

普通陶瓷烧结一般在窑炉中常压进行。特种陶瓷和粉末冶金的烧结一般在通保护气氛的高温炉或真空炉中进行。

（4）后加工处理

陶瓷制品烧结后一般不再加工，如要求高精度则可研磨加工。

有些粉末冶金制品在烧结后还要进行加工处理，如冷挤压、热处理、浸油、机械加工。

2）粉末冶金材料

粉末冶金材料包括金属材料及合金、一些陶瓷材料及复合材料等，按用途可分为机器零件材料、工具材料、高温材料、电工材料、磁性材料等。

（1）粉末冶金机器零件材料

机器零件材料包括减摩材料、结构材料、多孔材料、密封材料、摩擦材料等。

①减摩材料　按润滑条件可分为铁基、铜基含油轴承材料，铜铅钢背双金属复合材料，金属塑料材料，固体润滑轴承材料等。用于制造滑动轴承、垫圈、球头座、密封圈等。(www.xing528.com)

②结构材料　以碳钢粉或合金钢粉为主要原料，用粉末冶金工艺制造结构零件的材料。用粉料能直接压制成形状、尺寸精度、表面粗糙度等都符合要求的零件，具有少、无切削加工的特点。制品还可通过热处理来提高性能。用于制造汽车发动机、变速箱、农机具、电动工具等的齿轮、凸轮轴、连杆、轴承、衬套、垫圈、离合器等。

③多孔材料　主要有青铜、不锈钢、镍等制成的粉末冶金多孔材料。广泛用于机械、冶金、化工、医药和食品等工业部门，用于过滤、分离、催化、阻尼、渗透、气流分配、热交换等方面。

④摩擦材料　有铜基、铁基等金属类及碳基、塑胶基、石棉塑料基等有机物类。用于汽车、重型机械、飞机中制造制动片、离合器片、变速箱摩擦片等。图7－7为陶瓷材料制造的滚动轴承，图7－8为陶瓷材料制造的刹车盘等零件。

（2）粉末冶金工具材料

粉末冶金工具材料包括各种硬质合金、粉末高速钢、精细陶瓷（特种陶瓷）和金刚石-金属复合材料等，是主要的工具材料。

图7－7　陶瓷材料制造的滚动轴承

图7－8　陶瓷材料制造的刹车盘等零件

硬质合金是由难熔的金属碳化物（WC、TiC、TaC等）为基体加入适量金属或合金粉末（如Co、Ni、高速钢等）为粘结相而制成的，具有金属性质的粉末冶金材料。硬质合金分为金属陶瓷硬质合金、碳化铬硬质合金、钢结硬质合金等。

①金属陶瓷硬质合金　以WC、TiC、TaC为基体，以Co粉为粘结相形成的硬质合金称为金属陶瓷硬质合金。通常所说的硬质合金即为金属陶瓷硬质合金。硬质合金具有高的硬度、热硬性和耐磨性。常温硬度为83～93HRA，1 000℃时硬度为650～850HV。具有高的抗压强度和弹性模量，抗弯强度较高，但冲击韧度低，脆性大，导热性差。

硬质合金按成分可分为三大类，参见相关国家标准（如GB／T 2075—2007）。

a．钨钴类硬质合金　由WC和Co组成，有些牌号也加少量TaC、VC等。用YG＋钴的质量分数表示（wCo×100）。常用代号有YG3、YG6、YG8等（新标准对应为K01、K20、K30）。如YG6表示wCo＝6%，其余为WC的钨钴类硬质合金。这类合金具有较高的强度和韧性，主要用于制造刀具、模具、量具、耐磨零件等。其刀具主要用来切削脆性材料，如铸铁和有色金属等。

b．钨钴钛类硬质合金　由WC、TiC和Co组成，用YT＋TiC的质量分数（wTiC×100）表示，常用代号有YT5、YT15、YT30等。这类合金具有较高的硬度、耐磨性和热硬性。但强度和韧性低于钨钴类合金。其刀具主要用来切削韧性材料，如各种钢。

c．钨钴钛钽类硬质合金　由WC、TiC、TaC（或NbC）和Co组成。用YW＋顺序号表示。如YW1、YW2等。这类合金热硬性高，性能介于YG类和YT类之间。其刀具可用来加工各种钢，又可加工铸铁和有色金属，因此又称为万能硬质合金。

由TiC、WC、Ni、Mo组成的TiC基硬质合金，具有较高的热硬性和抗高温氧化性。用于钢材精加工的高速切削刀具。

通过调整合金成分、控制组织结构及表面涂层等方法，研制了许多金属陶瓷硬质合金新牌号，如YC12、YS30、YD15等，用于淬火钢、高锰钢、不锈钢和高强度钢等的切削刀具。

②碳化铬硬质合金　碳化铬硬质合金是以Cr3C2为基体（或加入少量WC），以Ni或Ni基合金为粘结相形成的硬质合金。它具有极高的抗高温氧化性，加热到1 100℃以上仅表面变色。具有高的耐磨性和耐蚀性，但强度较低（加磷和碳化钨可提高强度）。碳化铬硬质合金用YLN及YLWN＋Ni的质量分数（wNi×100）表示，如YLN15（P）、YLWN15等。碳化铬硬质合金可用于电真空玻璃器皿成形模、铜材热挤压模、燃油喷嘴、油井阀阀球、轴承、机械密封摩擦副等。

③钢结硬质合金　以WC或TiC为硬质相，以合金钢粉为粘结相（质量分数50%以上）而形成的硬质合金。钢结硬质合金和钢一样可以锻造、焊接、热处理和机械加工。淬火后硬度可达62～73HRC。其刀具的寿命与YG类硬质合金差不多，比合金工具钢高得多。用于制造麻花钻、铣刀等形状复杂的刀具及模具和耐磨零件，典型牌号有YE65、YE50等。