一、燒結(jié)概述

       燒結(jié)是粉末冶金生產(chǎn)過程中最基本的工序之一，也是最后一道主要工序，對最終產(chǎn)品的性能起著決定性作用，燒結(jié)是金剛石刀頭鋸片生產(chǎn)的“關(guān)口”。　　

       燒結(jié)過程是在熱壓作用下，被壓實的金屬胎體粉末之間發(fā)生擴散、熔融、流動、收縮和再結(jié)晶等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過程，使胎體顆粒之間產(chǎn)生強固的聯(lián)結(jié)力，使制品變得堅固，具備一定的硬度和強度。

       燒結(jié)工藝主要指燒結(jié)制度，按溫度隨時間的變化關(guān)系繪制曲線，因此首先要根據(jù)鋸片胎體成分及配比，鋸片的尺寸規(guī)格等確定燒結(jié)溫度，其次確定升溫方式及達(dá)到燒結(jié)溫度后的保溫時間。

       1、燒結(jié)溫度的確定

       對于某一鋸片制品來說，由于其胎體成分已確定，所以它的燒結(jié)溫度是一個固定的溫度范圍，這個范圍一般規(guī)定在最佳溫度燒結(jié)點正負(fù)10℃，而燒結(jié)溫度一般為成分主要組元熔點的2/3左右，即T燒結(jié)>2/3T熔，實際燒結(jié)溫度的確定是通過試燒試塊，第一組試塊按上述溫度確定，試燒后觀察試塊的色澤，表面狀況，結(jié)晶等判斷是過燒或欠燒，再給定第二組試塊的燒結(jié)溫度，同樣方法進(jìn)行第三第四組試塊的試燒，直到獲得合適的燒結(jié)溫度為止。

       2、燒結(jié)時間  

       燒結(jié)時間和燒結(jié)溫度是一對關(guān)聯(lián)的參數(shù)，因為適當(dāng)?shù)奶岣邿Y(jié)溫度時，可相對縮短燒結(jié)點的保溫時間，但控制不當(dāng)，制品將會發(fā)生變形，晶粒長大，甚至偏析等，影響產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)燒結(jié)溫度較低時，必須延長燒結(jié)的保溫時間，否則會造成產(chǎn)品欠燒。燒結(jié)溫差不能過大，一般在20oC左右。

       二、燒結(jié)過程的理論分析

       胎體粉末燒結(jié)后，燒結(jié)體的強度增加，首先是粉末顆粒間的聯(lián)結(jié)強度增高。燒結(jié)時，在粉末體內(nèi)，由于高溫的作用，原子的運動加劇，使更多的原子進(jìn)入顆粒間的接觸面，形成粘結(jié)面。并且，隨著粘結(jié)面的擴大，燒結(jié)體的強度也提高。粘結(jié)面擴大形成燒結(jié)頸，使原來的顆粒界面形成晶粒界面，并且隨著燒結(jié)的繼續(xù)進(jìn)行，晶界可以向顆粒內(nèi)部移動，導(dǎo)致晶粒的長大。

       燒結(jié)體的強度增高還反映在孔隙體積和孔隙總量的減少，以及孔隙形狀的變化方面。由于燒結(jié)頸長大，顆粒間原來相互連通的孔隙逐漸收縮成閉孔，然后變圓。孔隙的大小和數(shù)量也在改變，即孔隙的個數(shù)減少，而平均孔隙尺寸增大。

       顆粒粘結(jié)面的形成，通常不會導(dǎo)致燒結(jié)體的收縮。因而，致密化并不標(biāo)志燒結(jié)過程的開始，而只有燒結(jié)體的強度增高才是燒結(jié)發(fā)生的明顯標(biāo)志。隨著燒結(jié)頸的長大，總孔隙體積的減少，顆粒間距離的縮短，燒結(jié)體的致密化過程才真正開始。如上所述除了燒結(jié)頸在燒結(jié)過程中長大之外，壓坯可以致密化、收縮；表面積會減??；強度能升高，以及導(dǎo)電性增加。這些參數(shù)提供了敘述燒結(jié)過程的可能性。在大多數(shù)情況下，燒結(jié)過程伴隨著燒結(jié)體尺寸減小。其致密化參數(shù)Φ可以表達(dá)為：

Φ=（ρ_s–ρ_g）/(ρ_t-ρ_g)

式中   ρ_s——燒結(jié)體密度；

     ρ_t——理論密度；

      ρ_g——壓坯密度。

       下圖為在兩個溫度下進(jìn)行等溫?zé)Y(jié)（T2?T1）時，一些參數(shù)的變化，反映了時間和溫度對燒結(jié)過程的主要影響。

燒結(jié)時間的影響

       粉末的等溫?zé)Y(jié)過程大致可分為三個界限不十分明顯的階段（示意圖如下）。

燒結(jié)階段示意圖

       （1）開始階段—燒結(jié)的初期，或稱粘結(jié)階段。顆粒間的原始接觸點或接觸面轉(zhuǎn)變成晶粒結(jié)合，即通過形核、長大等原子遷移過程形成燒結(jié)頸。這階段主要發(fā)生金屬的回復(fù)，吸附氣體和水分的揮發(fā)，壓坯內(nèi)成形劑的分解和排除。

       （2）中間階段—燒結(jié)頸長大階段。原子向顆粒粘結(jié)面的大量遷移使燒結(jié)頸擴大，顆粒間距離縮小，形成連續(xù)的空隙網(wǎng)絡(luò)。同時，由于晶粒長大，晶界越過孔隙移動，被晶界掃過的地方孔隙大量消失。密度和強度增高是這一階段的主要特征。

       （3）最終階段—閉孔隙球化和縮小階段。多數(shù)孔隙被完全分離，閉孔隙數(shù)量大為增加，孔隙形狀趨于球形而且不斷縮小。這個階段中，整個燒結(jié)體仍可緩慢收縮，但這是靠小孔的消失和孔隙數(shù)量的減少來實現(xiàn)的。但仍有少量殘留的隔離小孔隙不能被消除。

       節(jié)選自《金屬基金剛石復(fù)合材料的粉末冶金燒結(jié)工藝》劉曉慧