活化燒結

activated sintering

如鐵粉通過鹵化氫氣體活化，鎢或鉬在水汽、CO2中燒結；鋯粉中加入氫化物等；物理法如液相燒結、鐵基合金加入磷和硼粉、超聲波燒結、磁場燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結和真空燒結等。

活化燒結因燒結對象不同而異，多靠數據積累，實踐經驗總結，尚無系統理論。尋找和利用活化燒結技術，對粉末冶金燒結具有重要意義。

活化燒結工藝分為物理活化燒結工藝和化學活化燒結工藝兩大類。

物理活化燒結工藝有依靠週期性改變燒結温度、施加機械振動、超聲波和外應力等促進燒結過程。

化學活化燒結工藝有

(1)預氧化燒結。粉末或粉末壓坯在空氣或蒸汽中進行低温處理，使粉末表面形成適當厚度的氧化膜，然後在還原性氣氛中燒結。該法適用於銅基和鐵基零件的燒結生產。

(2)改變燒結氣氛的成分和含量。如在蒸汽飽和的“濕氫”中進行鉬和鎢的低温燒結，在氣氛或填料中添加鹵素化合物(如氯化氫和其他氯化物)，使鐵族金屬活化燒結用氫化物(TiH2、ZrH2)在燒結時離解產生活性原子實現鈦、鋯的燒結。

(3)粉末內添加微量元素。如在鎢粉中加鎳等ⅧA族金屬，可使鎢在1200度下燒結到接近理論密度狀態。

(4)使用超細粉末、高能球磨粉末進行活化燒結。如碳化硼細粉壓坯可燒結到相當緻密，而燒結粗碳化硼粉末壓坯，即使提高燒結温度和延長保温時間，也達不到細粉末燒結的效果。 活化燒結主要用於鎢、鉬、錸、鐵、鉭、釩、鋁、鈦和硬質化合物材料等的燒結。

燒結過程是一個物理化學反應過程，其燒結反應速度常數K可用下式表示 ^[1]  :K一AexP(一Q/RT)式中A為包含反應原子碰撞的“頻率因素”在內的常數;Q為燒結過程活化能;T為燒結温度。由上式可以看出，提高燒結温度T、降低燒結活化能Q和增大A值均可提高燒結速度。活化燒結是指降低燒結活化能Q的燒結方法。

活化燒結主要是從3個方面來實現的:

(1)改變粉末表面狀態，提高粉末表面原子活性和原子的擴散能力。如粉末表面預氧化處理、週期性氧化一還原反應、加氫化物等。在還原性氣氛中燒結時，通過還原或分解反應而形成新生態原子，從而加速燒結過程。

(2)改變粉末顆粒接觸界面的特性，以改善原子擴散途徑。如添加微量活化元素，由於添加元素在基體中溶解度很小，而偏聚在粉末顆粒接觸界面上，形成一個“活化層”，從而加速燒結金屬原子的擴散。

(3)改善燒結時物質的遷移方式。如加入鹵化物，使燒結金屬生成氣相產物，大大加速了物質的遷移。

1).活化劑在燒結過程中形成低熔點液相。因而，在某種意義講，液相燒結相對於固相燒結也是一種特殊的活化燒結。

2).活化劑在基體中的溶解度應低，而基體組元在活化劑中的溶解度要大。

3).活化劑應在燒結過程中偏聚在基體顆粒之間，為基體組元間的物質遷移提供通道。

1).燒結温度：活化燒結類似於普通的晶界擴散控制的燒結；

2).活化劑的臨界濃度：超過某一濃度值以後，燒結速度與活化劑含量幾乎無多大差異。

3).在鐵基粉末冶金零件製造過程中，循環熱處理所導致的BCC→FCC相變會在鐵中形成殘留應力，提高燒結的驅動力。