粉末冶金技术：解决新材料问题的关键

粉末冶金（Powder Metallurgy）是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结等工序，用于制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。

粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种不需进行后续切削加工的制造工艺。

粉末冶金的优点包括：

1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）方面具有重要的作用。

2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。

3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。

4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料、多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。

5）可以实现近净形成形和自动化批量生产，从而可以有效地降低生产的资源和能源消耗。

6）可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁磷、回收废旧金属做原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。

打印机上的很多零件，例如电路上的磁环、打印头磁轭、滑动轴承等，就是利用粉末冶金技术制造的。

1.材料种类

粉末冶金使用各种金属粉末作为原料，包括铁系、铜系、铜铁合金系、不锈钢系等金属粉末，而根据其最终的使用场合则可分为粉末冶金多孔材料、粉末冶金减摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金结构零件、粉末冶金工模具材料、粉末冶金电磁材料和粉末冶金高温材料等。

2.工艺

粉末冶金的生产工艺（见图3-9）大致如下：

（1）生产粉末

粉末的生产过程包括粉末的制取、粉料的混合等步骤。为改善粉末的成型性和可塑性通常加入汽油、橡胶或石蜡等增塑剂。(www.xing528.com)

（2）压制成型

粉末在500～600MPa压力下，被压成所需形状。压制成型可使用注塑机进行，但需要对机器做一些改造。

（3）烧结

在保护气氛的高温炉或真空炉中进行。烧结不同于金属熔化，烧结时至少有一种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。

（4）后处理

一般情况下，烧结好的制件可直接使用。但对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油及熔渗等。

粉末冶金工艺的基本工序是粉末烧结（Sintering of Powder），即将金属粉末或粉末压坯，加热到低于主要成分熔化温度（即熔点），由于颗粒之间发生粘结等物理化学作用，从而得到所要求的强度和特性的材料或制品的工艺过程。

图3-9 粉末冶金工序

烧结可使粉末成形的坯块由颗粒聚集体转变为晶体结合体的材料或制品，因而粉末烧结理论具有自己的特点。烧结一般要在保护气氛下，有时须加入一定量的填料，在高温烧结炉中进行。对于粉末烧结气氛、粉末烧结用填料和粉末冶金烧结炉都要重视和进行研究。

按粉末原料的组成，烧结可分为粉末固相烧结和粉末液相烧结；按烧结气氛，烧结可分为粉末气氛烧结和粉末真空烧结；为了加速烧结过程的进行，发展了粉末活化烧结；为适应某些特殊产品的要求，成形工序有时可以省略，粉末不经成形而松装于耐高温的压模内，在高温下直接进行的烧结称为粉末松装烧结；利用熔点比骨架熔点低的金属或合金，在高于该金属或合金熔点温度下充填未烧结的或烧结的多孔骨架孔隙的工艺称为熔浸；有时可将成形和烧结结合成一个工序称为粉末热压。其他热致密化工艺有粉末热等静压、粉末预成形件热锻等。

烧结制品往往还要进行各式各样的继续处理，统称之为烧结制品的后处理。

3.部品

打印机里面有非常多的利用粉末冶金加工的部品，其中很多还是起关键作用的部品。打印机上粉末冶金部件包括有轴套、磁轭、磁环、部分的小型金属齿轮等（见图3-10）。