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       一、燒結概述

       燒結是粉末冶金生產過程中最基本的工序之一，也是最后一道主要工序，對最終產品的性能起著決定性作用，燒結是金剛石刀頭鋸片生產的“關口”。　　

       燒結過程是在熱壓作用下，被壓實的金屬胎體粉末之間發生擴散、熔融、流動、收縮和再結晶等一系列復雜的物理化學過程，使胎體顆粒之間產生強固的聯結力，使制品變得堅固，具備一定的硬度和強度。

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

       1、燒結溫度的確定

       對于某一鋸片制品來說，由于其胎體成分已確定，所以它的燒結溫度是一個固定的溫度范圍，這個范圍一般規定在最佳溫度燒結點正負10℃，而燒結溫度一般為成分主要組元熔點的2/3左右，即T燒結>2/3T熔，實際燒結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，結晶等判斷是過燒或欠燒，再給定第二組試塊的燒結溫度，同樣方法進行第三第四組試塊的試燒，直到獲得合適的燒結溫度為止。

       2、燒結時間  

       燒結時間和燒結溫度是一對關聯的參數，因為適當的提高燒結溫度時，可相對縮短燒結點的保溫時間，但控制不當，制品將會發生變形，晶粒長大，甚至偏析等，影響產品質量。當燒結溫度較低時，必須延長燒結的保溫時間，否則會造成產品欠燒。燒結溫差不能過大，一般在20oC左右。

       二、燒結過程的理論分析

       胎體粉末燒結后，燒結體的強度增加，首先是粉末顆粒間的聯結強度增高。燒結時，在粉末體內，由于高溫的作用，原子的運動加劇，使更多的原子進入顆粒間的接觸面，形成粘結面。并且，隨著粘結面的擴大，燒結體的強度也提高。粘結面擴大形成燒結頸，使原來的顆粒界面形成晶粒界面，并且隨著燒結的繼續進行，晶界可以向顆粒內部移動，導致晶粒的長大。

       燒結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。孔隙的大小和數量也在改變，即孔隙的個數減少，而平均孔隙尺寸增大。

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

Φ=（ρ_s–ρ_g）/(ρ_t-ρ_g)

式中   ρ_s——燒結體密度；

     ρ_t——理論密度；

      ρ_g——壓坯密度。

       下圖為在兩個溫度下進行等溫燒結（T2?T1）時，一些參數的變化，反映了時間和溫度對燒結過程的主要影響。

燒結時間的影響

       粉末的等溫燒結過程大致可分為三個界限不十分明顯的階段（示意圖如下）。

燒結階段示意圖

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

       （2）中間階段—燒結頸長大階段。原子向顆粒粘結面的大量遷移使燒結頸擴大，顆粒間距離縮小，形成連續的空隙網絡。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。多數孔隙被完全分離，閉孔隙數量大為增加，孔隙形狀趨于球形而且不斷縮小。這個階段中，整個燒結體仍可緩慢收縮，但這是靠小孔的消失和孔隙數量的減少來實現的。但仍有少量殘留的隔離小孔隙不能被消除。

       節選自《金屬基金剛石復合材料的粉末冶金燒結工藝》劉曉慧