產品簡介

產品簡介

除加熱和加壓這兩個促進燒結的因素外，在SPS技術中，顆粒間的有效放電可產生局部高溫，可以使表面局部熔化、表面物質剝落；高溫等離子的濺射和放電沖擊qc了粉末顆粒表面雜質（如去處表面氧化物等）和吸附的氣體。電場的作用是加快擴散過程[1，9，12]。

SPS的工藝優勢

SPS的工藝優勢十分明顯：加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間短，

粉末冶金工藝的基本工序如下：

1、原料粉末的制備。現有的制粉方法大體可分為兩類：機械法和物理化學法。而機械法可分為：機械粉碎及霧化法；物理化學法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。

2、粉末成型為所需形狀的坯塊。

在非晶合金的制備中，要選擇合金成分以保證合金具有極低的非晶形成臨界冷卻速度，從而獲得極高的非晶形成能力。在制備工藝方面主要有金屬澆鑄法和水淬法，其關鍵是快速冷卻和控制非均勻形核。由于制備非晶合金粉末的技術相對成熟，因此多年來，采用非晶粉末在低于其晶化溫度下進行溫擠壓、溫軋、沖擊固化和等靜壓燒結等方法來制備大塊非晶合金，

粉末冶金零件需求也將受益于進口替代和對機加工零件替代的雙重替代，單車的粉末冶金用量將明顯提升，保障傳統汽車粉末冶金零部件的需求將保持平穩增長。

行業集中度較高，粉末冶金零部件需求趨于穩定

從行業趨勢來看，進入2008 年以后，由于價格的優勢，世界粉末冶金的生產重心逐步往中國轉移，日本本土的產量出現了明顯的下降。

工業銷售產值49.73億元，其中出KOU交貨值6.28億元，出口率(出KOU交貨值/工業銷售產值)為16.62%。

從產銷規模來看，根據中國機協粉末冶金專業協會對53家企業統計數據顯示，2010年中國粉末冶金零件行業實現產量為16.36萬噸，同比增長39.40%;銷量為16.17萬噸，同比增長43.15%。

通過不斷引進國外先進技術與自主開發創新相結合，中國粉末冶金產業和技術都呈現出高速發展的態勢，

利用類似于SHS電場ji活作用的SPS技術，對陶瓷、復合材料和梯度材料的合成和致密化同時進行，可得到65nm的納米晶，比SHS少了一道致密化工序[22]。利用SPS可制備大尺寸的FGM，目前SPS制備的尺寸較大的FGM體系是ZrO2(3Y)/不銹鋼圓盤，尺寸已達到100mm×17mm[23]。

用普通燒結和熱壓WC粉末時必須加入添加劑，而SPS使燒結純WC成為可能。用SPS制備的WC/Mo梯度材料的維氏硬度（HV）和斷裂韌度分別達到了24Gpa和6Mpa·m1/2,大大減輕由于WC和Mo的熱膨脹不匹配而導致熱應力引起的開裂[24]。

中國粉末冶金零件及含油軸承總產值超過55億元，占全球市場比重較小，發展空間也較為廣闊。根據中國機協粉末冶金專業協會對53家企業統計數據顯示，2010年中國粉末冶金零件行業實現主營業務收入48.41億元，同比增長39.75%;利潤總額為3.76億元，較上年增加了一倍。在產值方面，粉末冶金零件行業實現工業總產值50.57億元，其中新產品產值6.28億元，新產品率(新產品產值/工業總產值)為12.37%;

是中國機械通用零部件行業中增長最快的行業之一，每年全國粉末冶金行業的產值以35%的速度遞增。

全球制造業正加速向中國轉移，汽車行業、機械制造、金屬行業、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機械、電子家電及高科技產業等迅猛發展，為粉末冶金行業帶來了不可多得的發展機遇和巨大的市場空間。另外，粉末冶金產業被中國列入優先發展和鼓勵外商投資項目，發展前景廣闊。

SPS裝置和燒結基本原理

SPS裝置主要包括以下幾個部分：軸向壓力裝置；水冷沖頭電極；真空腔體；氣氛控制系統（真空、ya氣）；直流脈沖及冷卻水、位移測量、溫度測量、和安全等控制單元。SPS與熱壓（HP）有相似之處，但加熱方式wq不同，它是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結法。通-斷式直流脈沖電流的主要作用是產生放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場擴散作用[11]。

是中國機械通用零部件行業中增長最快的行業之一，每年全國粉末冶金行業的產值以35%的速度遞增。

全球制造業正加速向中國轉移，汽車行業、機械制造、金屬行業、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機械、電子家電及高科技產業等迅猛發展，為粉末冶金行業帶來了不可多得的發展機遇和巨大的市場空間。另外，粉末冶金產業被中國列入優先發展和鼓勵外商投資項目，發展前景廣闊。

粉末冶金包括制粉和制品。其中制粉主要是冶金過程，和字面吻合。而粉末冶金制品則常遠遠超出材料和冶金的范疇，往往是跨多學科（材料和冶金，機械和力學等）的技術。尤其現代金屬粉末3D打印[1-2]  ，集機械工程、CAD、逆向工程技術、分層制造技術、數控技術、材料科學、激光技術于一身，使得粉末冶金制品技術成為跨更多學科的現代綜合技術。

1988年日本研制出第yi臺工業型SPS裝置，并在新材料研究領域內推廣使用。1990年以后，日本推出了可用于工業生產的SPS第三代產品，具有10～100t 的燒結壓力和脈沖電流5000～8000A。最近又研制出壓力達500t，脈沖電流為25000A的大型SPS裝置。由于SPS技術具有快速、低溫、gao效率等優點，近幾年國外許多大學和科研機構都相繼配備了SPS燒結系統，并利用SPS進行新材料的研究和開發[3]。1998年瑞典購進SPS燒結系統，對碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料進行了較多的研究工作[4]。

國內近三年也開展了用SPS技術制備新材料的研究工作[1,3]，引進了數臺SPS燒結系統，主要用來燒結納米材料和陶瓷材料[5～8]。SPS作為一種材料制備的全新技術，已引起了國內外的廣泛重視。

生產效率高，產品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態，可以得到高致密度的材料，可以燒結梯度材料以及復雜工件[3，11]。與HP和HIP相比，SPS裝置操作簡單，不需要專門的熟練技術。文獻[11]報道，生產一塊直徑100mm、厚17mm的ZrO2(3Y)/不銹鋼梯度材料（FGM）用的總時間是58min，其中升溫時間28min、保溫時間5min和冷卻時間25min。與HP相比，SPS技術的燒結溫度可降低100～200℃[13]。

隨著我國加入WTO以后，以上種種不足和弱點將改善，這是因為加入WTO后，市場逐漸國際化，粉末冶金市場將得到進一步擴大的機會；而同時隨著國外資金和技術的進入，粉末冶金及相關的技術水平也必將得到提高和發展。

據《2013-2017年中國粉末冶金制造行業產銷需求預測與轉型升級分析報告》數據顯示，目前，中國粉末冶金零件及含油軸承總產值超過55億元，

SPS制備半導體熱電材料的優點是，可直接加工成圓片，不需要單向生長法那樣的切割加工，節約了材料，提高了生產效率。

熱壓和冷壓-燒結的半導體性能低于晶體生長法制備的性能。現用于熱電致冷的半導體材料的主要成分是Bi,Sb,Te和Se，目前的Z值為3.0×10/K，而用SPS制備的熱電半導體的Z值已達到2.9～3.0×10/K，幾乎等于單晶半導體的性能[30]。表2是SPS和其他方法生產BiTe材料的比較。

生產實踐中使用的粉末，其粒度范圍從幾百個納米到幾百個微米。粒度越小，活性越大，表面就越容易氧化和吸水。當小到幾百個納米時，粉末的儲存和輸運很不容易，而且當小到一定程度時量子效應開始起作用，其物理性能會發生巨大變化，如鐵磁性粉會變成超順磁性粉，熔點也隨著粒度減小而降低。

(2)粉末的顆粒形狀。它取決于制粉方法

MicrosoftInternetExplorer402DocumentNotSpecified7.8 磅Normal0而壓制性能欠佳，其綜合性能與旋淬法制備的非晶薄帶相近，難以作為高強度結構材料使用[39]。可見用普通粉末冶金法制備大塊非晶材料存在不少技術難題。

SPS作為新一代燒結技術有望在這方面取得進展，文獻[40]中利用SPS燒結由機械合金化制取的非晶Al基粉末得到了塊狀圓片試樣（10mm×2mm），磁非晶合金是在375MPa下503K時保溫20min制備的，含有非晶相和結晶相以及殘余的Sn相。

SPS燒結時脈沖電流通過粉末顆粒如圖2所示。在SPS燒結過程中，電極通入直流脈沖電流時瞬間產生的放電等離子體，使燒結體內部各個顆粒均勻的自身產生焦耳熱并使顆粒表面活化。與自身加熱反應合成法（SHS）和微波燒結法類似，SPS是有效利用粉末內部的自身發熱作用而進行燒結的。SPS燒結過程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加壓綜合作用的結果。

生產效率高，產品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態，可以得到高致密度的材料，可以燒結梯度材料以及復雜工件[3，11]。與HP和HIP相比，SPS裝置操作簡單，不需要專門的熟練技術。文獻[11]報道，生產一塊直徑100mm、厚17mm的ZrO2(3Y)/不銹鋼梯度材料（FGM）用的總時間是58min，其中升溫時間28min、保溫時間5min和冷卻時間25min。與HP相比，SPS技術的燒結溫度可降低100～200℃[13]。

 呈液態使金屬與合金或者金屬化合物轉變成粉末方法包括：

（1）從液態金屬與合金制取與合金粉末的有霧化法

（2）從金屬鹽溶液置換和還原制取金屬合金以及包覆粉末的有置換法、溶液氫還原法；

（3）從固態金屬氧化物及鹽類制取金屬與合金粉末的還原法從金屬和合金粉末、金屬氧化物和非金屬粉末制取金屬化合物粉末的還原-化合法

幾何性能最基本的是粉末的粒度和形狀。

(1)粒度。它影響粉末的加工成形、燒結時收縮和產品的最終性能。某些粉末冶金制品的性能幾乎和粒度直接相關，例如，過濾材料的過濾精度在經驗上可由原始粉末顆粒的平均粒度除以10求得；硬質合金產品的性能與wc相的晶粒有很大關系，要得到較細晶粒度的硬質合金，惟有采用較細粒度的wc原料才有可能。

粉末的制取方法

制取粉末是粉末冶金的一步。粉末冶金材料和制品不斷的增多，其質量不斷提高，要求提供的粉末的種類愈來愈多。例如，從材質范圍來看，不僅使用金屬粉末，也使用合金粉末，金屬化合物粉末等；從粉末外形來看，要求使用各種形狀的粉末，如產生過濾器時，就要求形成粉末；從粉末粒度來看，要求各種粒度的粉末，粗粉末粒度有500~1000微米超細粉末粒度小于0.5微米等等。

中國粉末冶金零件及含油軸承總產值超過55億元，占全球市場比重較小，發展空間也較為廣闊。根據中國機協粉末冶金專業協會對53家企業統計數據顯示，2010年中國粉末冶金零件行業實現主營業務收入48.41億元，同比增長39.75%;利潤總額為3.76億元，較上年增加了一倍。在產值方面，粉末冶金零件行業實現工業總產值50.57億元，其中新產品產值6.28億元，新產品率(新產品產值/工業總產值)為12.37%;

致密納米材料的制備越來越受到重視。利用傳統的熱壓燒結和熱等靜壓燒結等方法來制備納米材料時，很難保證能同時達到納米尺寸的晶粒和wq致密的要求。利用SPS技術，由于加熱速度快，燒結時間短，可顯著抑制晶粒粗化。例如：用平均粒度為5μm的TiN粉經SPS燒結（1963K，196～382MPa，燒結5min），可得到平均晶粒65nm的TiN密實體[3]。文獻[3]中引用有關實例說明了SPS燒結中晶粒長大受到極大限度的抑制，所制得燒結體無疏松和明顯的晶粒長大。

目前，粉末冶金技術已被廣泛應用于交通、機械、電子、航空航天、bing器、生物、新能源、信息和核工業等領域，成為新材料科學中具發展活力的分支之一。粉末冶金技術具備顯著節能、省材、性能優異、產品精度高且穩定性好等一系列優點，非常適合于大批量生產。另外，部分用傳統鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術制造，因而備受工業界的重視。

飛機坦克等剎車副均需采用粉末冶金技術生產。粉末冶金汽車零件近年來已成為為中國粉末冶金行業大的市場，約50%的汽車零部件為粉末冶金零部件。[5]

（1）應用：（汽車、摩托車、紡織機械、工業縫紉機、電動工具、五金工具。電器.工程機械等）各種粉末冶金（鐵銅基）零件。

（2）分類：粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結構零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。

特點

粉末冶金具有獨特的化學組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導桿、刀具等，是一種少無切削工藝。