加壓燒結

粉末冶金摩擦材料中含有非金屬組分，如石墨、氧化物、碳化物、硫化物、礦物質等達30%~50%，有時高達80%，大大降低粉料的壓制性能，壓制壓力太大壓件易出現分層和裂紋，在室温下壓制不可能得孔隙度小於15%~20%的壓件，在許多情況下不能製得隙度小於30%的壓件。在無壓燒結過程中，銅—錫及銅—鋁合金發生體積脹大；鐵基摩擦材料，由於鐵與碳或其他組分間發生擴散，也會發生體積的脹大。二組元系合金的體積脹大隨着不與合金組元起反應的組分量的增加而增大，含有大量不起反應組元的摩擦材料的體積脹大值顯著地大於銅·錫和銅—鋁之類二元合金的體積脹大值。壓件在燒結過程中的體積脹大導致最終孔隙的增大。

為了製得需要密度的摩擦製品，使摩擦製品具有一定的強度和耐磨性能，一般摩擦製品以加壓燒結為主。加壓燒結是使被燒結體同時接受高温和壓力，由熱能和應力去促進粉末顆粒的結合和材料的緻密化。

加壓燒結材料緻密化機理有3種，即粉末顆粒屈服變形、位移和擴散。但在某種温度和壓力之下，其中一種機理起主要作用。具體如圖《加壓燒結材料緻密化機理示意圖》所示：

當製品在高温下受到極大的壓力P₃時，製品粉末顆粒會發生屈服變形由壓制密度達到100%的緻密度，但此種加壓燒結在實際上應用很少。

如果加壓壓力小一些，介於P₂和P₃之間，那麼粉末材料首先屈服變形，使粉末顆粒間的接觸頸縮面積增大而引起材料的部分緻密化。當接觸頸縮面積增大至該局部區域所承受的應力小於材料的屈服強度時，屈服變形所引起的緻密機理即停止活動。但此時粉末材料並沒達到100%的理論密度。接下來的材料緻密化在此温度和壓力的情況下便發生位移。

材料的位移主要是晶界的滑動。晶界的滑動會造成材料的變形，並依此致使材料緻密化達到100%。如果壓力在P₁至P₂之間，壓件要達到100%的理論密度，則必須先靠屈服變形，繼之為位移，最後為擴散3種緻密機理才能使粉末材料達到100%的理論密度。

在這裏的原子擴散現象與材料在不受到外加壓力時相同，只是加壓燒結時粉末顆粒間受到的壓力作用增加。原子擴散又可分為晶界擴散和體積擴散。此兩種物質擴散的效應綜合起來共同造成材料的緻密化。如果加壓燒結的外加壓力小於P₁，那麼因壓力過小不足以使材料發生屈服變形，則此時材料的緻密化要完全依靠位移和擴散兩種機理。 ^[1] 

在一般的加壓燒結中，燒結温度均在主要材料的液相線温度以下，壓力則在P₁以上。銅基摩擦材料的加壓燒結温度為800℃左右，鐵基摩擦材料的加壓燒結温度為1120℃左右，所施加的壓力大約在1~3MPa。

加壓燒結不但比無壓燒結材料更緻密，而且如果粉末摩擦層放在支承鋼板上進行燒結的話，摩擦層會粘結在鋼板上，也能防止燒結制品發生翹曲變形。