[科普中国]-活化烧结

定义

activated sintering

如铁粉通过卤化氢气体活化，钨或钼在水汽、CO2中烧结；锆粉中加入氢化物等；物理法如液相烧结、铁基合金加入磷和硼粉、超声波烧结、磁场烧结、热压烧结、热等静压烧结和真空烧结等。

活化烧结因烧结对象不同而异，多靠数据积累，实践经验总结，尚无系统理论。寻找和利用活化烧结技术，对粉末冶金烧结具有重要意义。

种类活化烧结工艺分为物理活化烧结工艺和化学活化烧结工艺两大类。

1).物理活化烧结物理活化烧结工艺有依靠周期性改变烧结温度、施加机械振动、超声波和外应力等促进烧结过程。

2).化学活化烧结化学活化烧结工艺有

(1)预氧化烧结。粉末或粉末压坯在空气或蒸汽中进行低温处理，使粉末表面形成适当厚度的氧化膜，然后在还原性气氛中烧结。该法适用于铜基和铁基零件的烧结生产。

(2)改变烧结气氛的成分和含量。如在蒸汽饱和的“湿氢”中进行钼和钨的低温烧结，在气氛或填料中添加卤素化合物(如氯化氢和其他氯化物)，使铁族金属活化烧结用氢化物(TiH2、ZrH2)在烧结时离解产生活性原子实现钛、锆的烧结。

(3)粉末内添加微量元素。如在钨粉中加镍等ⅧA族金属，可使钨在1200度下烧结到接近理论密度状态。

(4)使用超细粉末、高能球磨粉末进行活化烧结。如碳化硼细粉压坯可烧结到相当致密，而烧结粗碳化硼粉末压坯，即使提高烧结温度和延长保温时间，也达不到细粉末烧结的效果。 活化烧结主要用于钨、钼、铼、铁、钽、钒、铝、钛和硬质化合物材料等的烧结。

活化烧结过程烧结过程是一个物理化学反应过程，其烧结反应速度常数K可用下式表示1:K一AexP(一Q/RT)式中A为包含反应原子碰撞的“频率因素”在内的常数;Q为烧结过程活化能;T为烧结温度。由上式可以看出，提高烧结温度T、降低烧结活化能Q和增大A值均可提高烧结速度。活化烧结是指降低烧结活化能Q的烧结方法。

实现方式活化烧结主要是从3个方面来实现的:

(1)改变粉末表面状态，提高粉末表面原子活性和原子的扩散能力。如粉末表面预氧化处理、周期性氧化一还原反应、加氢化物等。在还原性气氛中烧结时，通过还原或分解反应而形成新生态原子，从而加速烧结过程。

(2)改变粉末颗粒接触界面的特性，以改善原子扩散途径。如添加微量活化元素，由于添加元素在基体中溶解度很小，而偏聚在粉末颗粒接触界面上，形成一个“活化层”，从而加速烧结金属原子的扩散。

(3)改善烧结时物质的迁移方式。如加入卤化物，使烧结金属生成气相产物，大大加速了物质的迁移。2

活化剂的选择准则**1).**活化剂在烧结过程中形成低熔点液相。因而，在某种意义讲，液相烧结相对于固相烧结也是一种特殊的活化烧结。

**2).**活化剂在基体中的溶解度应低，而基体组元在活化剂中的溶解度要大。

**3).**活化剂应在烧结过程中偏聚在基体颗粒之间，为基体组元间的物质迁移提供通道。

活化烧结速度的影响因素**1).**烧结温度：活化烧结类似于普通的晶界扩散控制的烧结；

**2).**活化剂的临界浓度：超过某一浓度值以后，烧结速度与活化剂含量几乎无多大差异。

**3).**在铁基粉末冶金零件制造过程中，循环热处理所导致的BCC→FCC相变会在铁中形成残留应力，提高烧结的驱动力。