粉末冶金设备

材料成形装备及自动化精品课程四川大学制造科学与工程学院“材料成形及控制工程”专业课程第12讲孙兰主讲EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备二．成型设备三．烧结设备内容提要EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备=4748课程简介机械制粉物理制粉化学制粉EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介机械研磨气流研磨机械制粉液体雾化蒸发凝聚物理制粉气相沉积还原化合电化学法化学制粉粉末的制备EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介机械制粉——利用动能来破坏材料的内结合力，使材料分裂产生新的界面。能够提供动能的方法可以设计出许多种，例如有锤捣、研磨、辊轧、等，其中除研磨外，其他几种粉碎方法主要是用于物料破碎及粗粉制备的。EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介机械制粉（1）球磨制粉包括四个基本要素：球磨筒磨球研磨物料研磨介质EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介机械制粉（1）球磨制粉基本方式滚筒式行星式振动式搅动式EAMP材料成形装备及自动化滚筒式球磨EAMP材料成形装备及自动化行星球磨EAMP材料成形装备及自动化振动球磨EAMP材料成形装备及自动化搅动球磨EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介机械制粉（2）气流研磨通过气体传输粉料的一种研磨方法。与机械研磨法不同的是，气流研磨不需要磨球及其它辅助研磨介质。研磨腔内是粉末与气体的两相混合物。根据粉料的化学性质，可采用不同的气源，如陶瓷粉多采用空气，而金属粉末则需要用惰性气体或还原性气体。由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯度一般比机械研磨法的要高。EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介机械制粉（2）气流研磨三种类型：旋涡研磨冷流冲击流态化床气流磨EAMP材料成形装备及自动化旋涡研磨EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介物理制粉雾化法蒸发凝聚法EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介雾化法——通过高压雾化介质，如气体或水强烈冲击液流，或通过离心力使之破碎、冷却凝固来实现的。EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介蒸发凝聚法——是一种制备超微金属粉末的重要方法，采用不同的能量输入方式，使金属气化，然后再在冷凝壁上沉积从而获得金属粉末。由于粉末的粒度很小，比表面积很大，因而化学活性很强。为防止金属粉末氧化，在冷凝室内一般都要通入惰性气体。这样在金属蒸气脱离熔体的很短时间内，会被周围气体迅速冷却，金属原子很快聚集成超微颗粒。同其他金属粉末制备方法相比，物理蒸发冷凝法生产效率是较低的，但这种方法可获得最小粒径达2nm的纳米颗粒。EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介化学制粉化学气相沉积法化学还原法电化学制粉法EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介（1）气相沉积法气相沉积制粉是通过某种形式的能量输入，使气相物质发生气—固相变或气相化学反应，生成金属或陶瓷粉体。物理气相沉积法化学气相沉积法EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介（2）化学还原法基本原理mnXOMeXMeO依据热力学原理确定反应能否发生——氧位图EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介（2）化学还原法典型还原制粉类型：243434COFeCOOFeOHWHWO22333氢还原法碳还原法EAMP材料成形装备及自动化一.粉末制备设备课程简介（3）电化学制粉法水溶液电解有机电解质电解熔盐电解液体金属阴极电解EAMP材料成形装备及自动化二、成型设备在硬质合金料粒成形的压制过程中，使用的压力机种类很多，通常情况下可分为两大类：机械压力机——是利用凸轮、杠杆或锤的运动，产生压力而使粉末成形的压力机。液压机EAMP材料成形装备及自动化二、成型设备机械压力机：EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备真空烧结电场烧结微波烧结热压烧结热等静压烧结EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备烧结的目的：使多孔的粉末压坯变为具有一定结构和性能的合金。烧结过程中，合金的变化比较复杂，而正确的烧结工艺是制取质量优良粉末冶金的重要保证，若烧结方法不当，会造成各种难以挽回的损失，以致成为废品。真空烧结——是在一定的真空度情况下烧结，其孔隙率相对较低，烧结密度要高。可使气氛稳定不变，还可降低产品生产成本，提高产品质量EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备真空烧结炉——是在真空环境中对被加热物品进行保护性烧结的炉子。其加热方式：电阻加热、感应加热、微波加热等。EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备普通真空烧结炉（电阻加热）真空烧结炉由炉体、保温层、发热体、变压器、配电柜（包括控温仪表）、前级泵和罗茨泵、各种连接管道，阀门等组成。真空烧结炉的加热采用石墨作电阻发热体，考虑到设备使用安全、发热体石墨的自身强度和表面功率，设计上采用一台变压器，以获得低电压，大电流。真空烧结炉的炉体为夹层，内通冷却水，炉体内用石墨碳毡做保温层，碳毡是用碳绳捆扎在筛网上以保持固定形状。有关使用技术条件和工艺规程可由用户自己制订。EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备真空感应炉是利用感应加热对被加热物品进行保护性烧结的炉子，可分为工频、中频、高频等类型，可以归属于真空烧结炉的子类。真空感应烧结炉是在真空或保护气氛条件下，利用中频感应加热的原理使硬质合金刀头及各种金属粉末压制体实现烧结的成套设备，是为硬质合金、金属镝、陶瓷材料的工业生产而设计的。EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备真空感应钨烧结氢气炉一、主要原理及用途真空感应钨烧结炉是在抽真空后充氢气保护状态下，利用中频感应加热的原理，使处于线圈内的钨坩埚产生高温，通过热辐射传导到工作上，适用于科研、军工单位对难熔合金如钨、钼及其合金的粉末成型烧结。二、主要结构及组成结构形式多为立式、下出料方式。其主要组成为：电炉本体、真空系统、水冷系统、气动系统、液压系统、进出料机构、底座、工作台、感应加热装置(钨加热体及高级保温材料)、进电装置、中频电源及电气控制系统等。三、主要功能在抽真空后充入氢气保护气体，控制炉内压力和气氛的烧结状态。可用光导纤维红外辐射温度计和铠装热电偶连续测温(0～2500℃)，并通过智能控温仪与设定程序相比较后，选择执行状态反馈给中频电源，自动控制温度的高低及保温程序。EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备真空脱脂烧结一体炉总体设计要求脱蜡、预烧、烧结及快冷一次性完成在结构上，与一般普通真空烧结炉不同之处在于：增加了一个石墨内胆，内胆两端设置内胆门（盖）。内胆下部开有小口，由石墨管与外部连通。脱蜡时，内胆盖由气缸驱动将内胆封闭，并采用低压载气脱蜡工艺，载气流向为炉膛→内胆→收蜡系统→真空排气系统。从产品中排除的粘结(成型)剂蒸汽随载气从下部抽出，经收蜡装置分离出粘结(成型)剂后，余气被真空泵抽出排至大气。EAMP材料成形装备及自动化真空脱脂烧结一体炉——粘结（成型）剂的排出由于采用了上述工艺方式，在炉内不会接触冷的表面，不会在炉内积存，也不会污染保温层和发热体。发热体设置在内胆与保温层之间。由于产品外部有内胆，避免受到发热体的直接辐射，炉内内胆为石墨体，导热性好。这两者的作用大大提高了温度的均匀性。温控采用温度过程控制仪。操作可按设定的程序从脱蜡开始经预烧、烧结到冷却至出炉温度，全自动进行。升温工艺程序可自行设定，工艺流程可根据所设计的事件在编程时选用。压力控制，是对脱蜡、分压烧结、气氛烧结各阶段根据设定的压力参数，由压力控制仪对阀门进行控制，已达到控制炉内压力的目的。这两者为全自动操作，保证了生产工艺过程的稳定。三、烧结设备EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备真空脱脂烧结一体炉均匀的加热、可靠的隔热及测温合理的加热结构，优良的材质，保证真空状态下炉温的均匀性采用品牌测温元件，准确测温。超强的脱脂效果EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备低压真空烧结炉——是生产高性能硬质合金的关键设备，经该设备烧结的硬质合金制品，具有极优良的组织结构，无论是制品的强度，还是产品的硬度和密度，均有相应的提高；与经烧结再进行热等静压处理的硬质合金相比，更具有性能稳定，生产成本低等优越性。EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备低压真空烧结炉产品特点：1、具有脱蜡(包括脱石蜡、PEG)真空烧结，气氛烧结，低压烧结，快速冷却等功能；2、带石墨内胆结构，内胆门、保温层门开闭可控，结合温度，压力参数的控制，确保炉内气氛的稳定及各工作阶段的自动切换；4、炉子在各阶段监控炉内压力，炉壁温度，确保安全生产。EAMP材料成形装备及自动化三、烧结设备真空脱脂烧结一体炉均匀的加热、可靠的隔热及测温合理的加热结构，优良的材质，保证真空状态下炉温的均匀性采用品牌测温元件，准确测温。超强的脱脂效果EAMP材料成形装备及自动化氢气烧结炉——(钼/钨丝烧结炉)是以钼/钨丝作为发热体，以刚玉作炉管，在H2气保护下（炉膛及炉体）进行高温烧结钨钼制品的高温烧结炉。该设备由炉头、炉尾、炉体、推舟器、电控系统等构成。设备成本低，烧结产量大，机械式连续推舟，速度可调。可多带加热控温。三、烧结设备EAMP材料成形装备及自动化2.热压烧结（Hot-press）热压是指将无团聚的粉体在一定压力和温度下进行烧结。它的优点是对于未掺杂的纳米粉体，通过应力有助于烧结，可制备较高致密度的纳米材料，并且晶粒无明显长大。而且在热压条件下纳米粉体的烧结能力大大增强，致密化的烧结温度比常规材料低几百度三、烧结设备EAMP材料成形装备及自动化3.电场烧结在直流电场作用下进行烧结的方法。三、烧结设备EAMP材料成形装备及自动化3.电场烧结——放电等离子烧结SPS（SparkPlasmaSintering）技术的特点主要是：利用强脉冲电流产生的焦尔热效应及其电场效应，在较低的温度下使粉末达到或接近全致密，其成形固结时间短，通常不超过10分钟，且不需添加润滑剂和粘结剂，从而实现了粉末的快速、相对较低温度下的高效成形与固结。同时由于它能使烧结温度即成形温度降低、烧结时间即成形时间缩短，可抑制纳米晶粒在高温下的粗化，并且在烧结初期还具有通过放电等离子净化、活化粉末表面的作用，可进一步降低扩散激活能、促进烧结，因此也被认为是成功制备高密度、纳米晶且界面清洁的块状纳米材料,陶瓷材料,金属材料,复合材料的一种最具竞争力和发展潜力的新兴技术。三、烧结设备EAMP材料成形装备及自动化4.微波烧结——是依靠材料本身吸收的微波能转化为材料内部分子的动能和势能，材料内外同时均匀加热，这样材料内部热应力可以减小到最低程度；其次在微波电磁能作用下，材料内部分子或离子的动能增加，使烧结活化能降低，扩散系数提高，可以进行低温快速烧结，同时该方法有很高的升降温速度，在烧结过程中，快速跳过表面扩散阶段，使晶粒来不及长大就完成烧结致密化并快速冷却。三、烧结设备EAMP材料成形装备及自动化2.电场烧结在直流电场作用下进行烧结的方法。三、烧结设备EAMP材料成形装备及自动化2.电场烧结在直流电场作用下进行烧结的方法。三、烧结设备EAMP材料成形装备及自动化