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（1）以Ti-6Al-4V(TC4)合金为例,请列举2-3种从粉末制备到致密零部件成形的粉末冶金工艺,并简介各工艺的优缺点和适用性。例1.将具有韧性的海绵钛粉置于一定高温下，利用钛的吸氢性能快速地吸收大量氢气生成脆性氢化钛，将其破碎后在适当的温度和真空度下脱氢，得到氢化-脱氢（HDH）钛粉。将Ti粉与Al-V粉按质量比9：l进行配料，然后使用四罐混料器将其混合5h得到制备Ti-6A1-4V合金的原料粉末。采用油-石蜡-聚烯烃为粘结剂体系，然后将干混料置入密炼机中混炼1h，密炼机转速为50r／min，密炼温度150℃；通过制粒可以得到适合于注射成形的粒状喂料。在温度150℃、压力5.88MPa下将喂料注射成形，采用两步脱脂法将成形坯中粘结剂脱除：首先使用二氯甲对将注射坯进行溶剂脱脂4h；然后在真空度为10-2Pa、温度为720℃下热脱脂将粘结剂脱除完全，最后将脱脂坯于10-3Pa，1250℃下真空烧结3h，即可获得Ti-6A1-4V合金制品。优点：采用氢化-脱氢方法制备粉末生产成本相对较低，制备过程中脱氢在脱脂(或烧结)过程中实现，与其它方法相比该法工序减少并降低了合金生产过程中被污染的可能性，因此可以降低产品的生产成本并提高其最终性能。与传统的锻材加工技术相比，二者材料性能接近，但粉末冶金技术易于制备形状复杂的部件，且所制备的部件基本为净形，可节省大量原材料，减少机械加工，降低成本。其、制备出的材料显微组织均匀，可制备高质量、高精度的复杂小型零件。缺点：制备过程中粘结剂的引入不可能避免C与Ti之间的相互作用，使用氢化-脱氢（HDH）法制取的钛合金粉中氧含量难以控制，影响了其粉末冶金制品的性能，其力学性能与国内外采用气雾化粉制备的Ti-6Al-4V合金仍存在一定差距。另外，受模具限制不能制备尺寸较大的粉末冶金产品。适用性：工业用高质量、高精度的复杂小型零件，如手表、眼镜的零部件及高尔夫球杆头等。例2.采用气体雾化法生产的球形Ti-6Al-4V预合金粉，将Ti-6Al-4V预合金粉末在振动的条件下均匀加入都加工、焊接好不锈钢包套中，封好包套，留除气口。对装好粉的包套进行加热真空除气，焊封包套。将已除气的包套置入热等静压机中，在900℃，≥110MPa的条件下，保温保压1小时，随后出炉。除去包套，得到预合金Ti-6Al-4V粉末钛合金制件。优点：（1）与传统的锻材加工技术相比，二者材料性能接近，但粉末冶金技术易于制备形状复杂的部件，且所制备的部件基本为净形，可节省大量原材料，减少机械加工，降低成本；视形状复杂程度，与传统方法相比，成本可降低20%-50%；（2）与钛合金的铸造技术相比，二者都是近净形工艺，但粉末钛合金具有更优良的性能，热等静压固结的粉末钛合金可100%致密，具有良好的微观结构，晶粒细小，组织均匀，无织构、偏析现象，性能可达到不低于锻件的水平；（3）用钛合金粉末冶金技术可制备高性能多功能钛基复合材料。缺点：由于钛是高熔点活性金属，在传统的陶瓷坩埚中熔化时易污染，无法保持纯度且采用汽雾化方法制备粉末成本相对较高。适用性：主要应用在航空航天及汽车工业的钛粉末冶金结构零部件上。（2）如果制备高致密的Al-30%(vol.)SiC复合材料，请选择2种工艺，如何保证力学性能优于铸锻材料？工艺1：粉末冶金法是将基体Al颗粒与SiC增强体颗粒按Al-30%(vol.)SiC的比例混合均匀后制成复合坯料，然后将坯料装入金属或非金属的模具中经冷压、除气，然后加热到固液两相区进行真空热压或热等静压制成复合材料锭块，再通过挤压、轧制、铸造等二次加工制成型材或零件。工艺2：将原始SiC粉末干混得到混合粉末，加入粘结剂经捏合，密炼，制粒后获得碳化硅喂料，注射成形得到碳化硅预制件。按Al-30%(vol.)SiC的比例将SiC预制件、成形模具和铝合金置于真空容器中加热，待铝合金熔化后向容器中充入高压惰性气体，铝合金液体在气体压力作用下浸渗到预制件中形成复合材料或构件。工艺1中为了获得力学性能优于铸锻件的材料，可以采用液氮球磨法制备纳米级别的复合粉末。低温球磨能够制备出具有良好热稳定性的纳米晶。液氮环境下，通过机械合金化的方法制备出的纳米晶材料可以减少氧的污染，同时低温环境下可以通过减少球磨过程中的热量聚集而改变粉末形变动力学机理使粉末在不断的断裂和冷焊过程中朝着更容易断裂的方向发展。（后续烧结机加工过程中的工艺控制）工艺2中为了获得力学性能优于铸锻件的材料，制备材料的浸渗过程中是否在真空的条件下进行对于材料的致密度影响很大，真空度愈高，残留在预制件中的气体就愈少，浸渗后复合材料及构件中的孔隙率就愈小，材料力学性能愈好，因此要尽量提高渗透过程中的真空度。（注射成形坯的制备过程中的工艺控制）（3）金属玻璃是一种新型的高性能材料，但采用传统粉末冶金方法制备时，由于温度高，会使得材料晶化，如何通过微波烧结、放电等离子烧结等方法实现Zr50Cu40Al10合金粉末的全致密化？其致密化机理有哪些特点？微波烧结是一种材料烧结工艺的新方法，它具有升温速度快、能源利用率高、加热效率高和安全卫生无污染等特点，并能提高产品的均匀性和成品率，改善被烧结材料的微观结构和性能。微波烧结实现Zr50Cu40Al10非晶态合金粉末的致密化过程是利用微波加热来对Zr50Cu40Al10非晶态合金粉末进行加热烧结。利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，采用与Zr50Cu40Al10合金耦合的特殊微波波段对合金粉末进行加热烧结，利用Zr50Cu40Al10合金粉末的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现非晶态合金粉末Zr50Cu40Al10的致密化。传统的加热是依靠发热体将热能通过对流、传导或辐射方式传递至被加热物而使其达到某一温度，热量从外向内传递，烧结时间长，使得非晶粉末容易在烧结过程中发生晶化。而微波烧结则是利用微波的体积加热，实现材料中大区域的零梯度均匀加热，快速烧结，减少甚至避免了烧结过程中的非晶晶化。微波与材料直接耦合，导致整体加热：由于微波的体积加热，得以实现材料中大区域的零梯度均匀加热，使材料内部热应力减少，从而减少开裂、变形倾向。同时由于微波能被材料直接吸收而转化为热能，所以，能量利用率极高，比常规烧结节能80%左右。微波烧结升温速度快，烧结时间短：某些材料在温度高于临界温度后，其损耗因子迅速增大，导致升温极快。另外，微波的存在降低了活化能，加快了材料的烧结进程，缩短了烧结时间。短时间烧结晶粒不易长大，易得到均匀的细晶粒显微结构，内部孔隙少，空隙形状比传统烧结的圆，因而具有更好的延展性和韧性。同时，烧结温度亦有不同程度的降低。微波可对物相进行选择性加热：由于不同的材料、不同的物相对微波的吸收存在差异，因此，可以通过选择性和加热或选择性化学反应获得新材料和新结构。还可以通过添加吸波物相来控制加热区域，也可利用强吸收材料来预热微波透明材料，利用混合加热烧结低损耗材料。此外，微波烧结易于控制、安全、无污染。放电等离子烧结(SparkPlasmaSintering,简称SPS)工艺是一种新的粉末冶金烧结技术。通过SPS技术实现Zr50Cu40Al10非晶态合金粉末的全致密化为：将成分为Zr50Cu40Al10的非晶粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于非晶粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成烧结过程，制得高性能Zr50Cu40Al10非晶块体材料。由于放电等离子烧结能够在较低温度下快速的完成粉末的烧结，因此可以避免常规烧结过程的高温长时间而导致的非晶粉末烧结过程中发生晶化。放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度，同时低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致密。SPS与热压（HP）有相似之处，但加热方式完全不同，它是一种利用通-断直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结法。通-断式直流脉冲电流的主要作用是产生放电等离子体、放电冲击压力、焦耳热和电场扩散作用。在SPS烧结过程中，电极通入直流脉冲电流时瞬间产生的放电等离子体，使烧结体内部各个颗粒均匀的自身产生焦耳热并使颗粒表面活化。与自身加热反应合成法（SHS）和微波烧结法类似，SPS是有效利用粉末内部的自身发热作用而进行烧结的。SPS烧结过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。除加热和加压这两个促进烧结的因素外，在SPS技术中，颗粒间的有效放电可产生局部高温，可以使表面局部熔化、表面物质剥落；高温等离子的溅射和放电冲击清除了粉末颗粒表面杂质（如去处表面氧化物等）和吸附的气体。电场的作用是加快扩散过程。SPS的工艺优势十分明显：加热均匀，升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀，能保持原材料的自然状态，可以得到高致密度的材料，可以烧结梯度材料以及复杂工件。