《粉末冶金 (1)》精选课件.ppt

粉末冶金 (powder metallurgy) 陳泉曄 簡孜芸 金屬傳統製法 金屬製品的傳統製法式將金屬或合金加熱熔解，燒鑄成鑄錠或直接鑄成鑄件；鑄錠需經鍛、軋、擠等塑性加工，再經切削研磨等機械加工才能成為有用產品。 粉末冶金原理 在粉末顆粒間，於加壓加熱的情形下產生擴散作用而產生物質交流，而達成結合作用。結合之堅固程度與壓力、密度、時間、顆粒及環境有關。 歷史源流 西元3000年前，埃及人使用鐵粉。 西元300年，希臘Delhi Pillar重達六噸 17-19世紀，主要製造Au.Ag.Pt的粉末 19世紀製成各種金屬粉末。高熔點金屬以電解法、氫碳或鈉的還原法、汞齊法製成粉末，再凝結成塊狀。 1826年，蘇俄用常溫加壓法製程高純度白金貨幣。 歷史源流 1830年，Ossan研究Cu的粉末冶金法，1841年以壓機和燒結法將金屬粉製成複雜的製品。是一近代粉末冶金法的基本方法 1880年Spring研究金屬粒子間的黏著與壓力的關係。只靠壓力製成伍氏合金。 1910年Coolidge製出延性鎢線。成為近代粉末冶金工業化的第一步。 現在及未來展望 現今採用粉末冶金製品最多的是運輸機械方面，其次為電機電子方面。 未來粉末冶金將朝： 1.過程簡化 2.產品尺寸更精密 3.大型化 粉末冶金法之製造工程 粉末冶金法之製造工程 一、混合 1.混成(Blending)：同種粉末混合不同粒度。 2.混合(Mixing)：數種異質金屬粉與非金屬粉均勻混成。 二、加壓成形 將粉末壓縮成所需形狀大小。 粉末冶金法之製造工程 三、燒結 被加壓成形之壓粉體，通過保持主成份之熔點2/3的溫度中控制保護氣體之燒結爐中燒結。 四、再加壓 大部分製品只燒結就可用。但嚴格要求尺寸精度，或要求高密度之製品，需進一步將燒結品進行再加壓。 粉末冶金法之製造工程 五、油浸 液狀潤滑劑或其他非金屬物質侵入燒結製品的孔隙以達到潤滑或耐蝕的目的。 六、溶浸 低熔點金屬或非金屬滲入多孔性燒結零件之孔隙，以增加密度、強度、硬度、耐衝擊性等 粉末冶金的優點 一、成本低廉 1.大量製造 2.產品製程不需加工切削 二、能製造有孔隙的製品 三、產品化學成分均勻 四、製造過程無材料浪費 五、能製造高熔點材料 (熔解製法不可) 粉末冶金的優點 六、不能形成合金的材料亦可拼合在一起 七、能保持材料的高純度 八、產品不含氣泡、沙孔等缺陷 九、可製成不能鍛造的硬脆製品 粉末冶金的缺點 一、金屬粉方面 1.最終產品的品質未必能控制自如 2.粉末不順從靜水力學定律 3.金屬粉昂貴 粉末冶金的缺點 二、製造設備、方法 粉末冶金主要設備有加壓機、壓模、燒結爐、混合機。 1.加壓機：常需使用昂貴的強力壓機 2.壓模：屬消耗品 3.燒結爐 4.粉末易氧化、混合需長時間 5.製品的尺寸及形狀 粉末製造法 金屬粉之各種製造法，原理上也有許多種類。 工業上採用最多的是機械製造法、電解法、還原法、霧化製造法。 一、機械製造法 使用機械的方法把材料變成粉末，共計有四種機構： 1.衝擊：快速、瞬間的衝擊力 2.研磨：摩擦運動 3.剪切：劈裂有如軋碎的操作 4.壓縮：適用脆性不易變形的材料 以下介紹常用幾種機械製造法 一、機械製造法 切削 金屬加工產生大量廢料(不用的切削)，經研磨，則可得較細渡化的粉粒。 優點：資源回收再利用 缺點： 1.無法控制粉末特性 2.生產緩慢 一、機械製造法 球磨 一、機械製造法 球磨 不適用：易生冷焊現象、具延展性的材料 適用：脆性材料 缺點： 1.能量在噪音及摩擦熱的消耗大 2.粒度越小所需要的時間和能量相對很大 3.粉末加工硬化、不規則形狀、堆積性不良 二、電解法 二、電解法 優點：高純度、呈樹枝狀或海綿狀、成形性佳、燒結性優異。 缺點： 1.粉末不規則狀，堆積性差。 2.鹽浴的化學性非常敏感，污染物可阻止陰極生成產物。 3.僅有元素粉末適用。 4.產品須經後續處理及清洗。 三、霧化製造法 霧化法法提供了大部分的粉末，因為化學性及形狀均可被掌握。 以下介紹氣霧法、水霧法。 氣霧法 氣霧法 優點： 保持高合度原料的完整性 粉末均勻 呈球形，有良好堆積性 水霧法與氣霧法不同點： 1.因冷卻速度過快，粉末呈不規則狀。 2.粉末表面粗糙，含氧化物。 為改善此兩項缺點，合成油已逐漸取代水。 粉末特性 粉末本身性質有粒度及粒度分佈、顆粒形狀、化學成分。 與製品關聯較大的性質有視密度、敲密度、流動度、壓縮度、成形性、燒結性。 粉末特性 粒度及粒度分佈 很難做正確的判斷。各種測定法中各有測定的可能粒度範圍。 粒度趨向於細粉時，粉末的外觀密度降