真空燒結(jié)

1、在真空燒結(jié)條件下，易于控制合金的含碳量。在燒結(jié)溫度下，爐內(nèi)壓力只有幾十帕（Pa），甚至更低，O₂、N₂、H₂和H₂O分子極少，許多反應(yīng)均可忽略，介質(zhì)的影響很小。只要嚴(yán)格控制脫蠟過(guò)程，合金的碳含量在真空燒結(jié)過(guò)程的變化極小，性能及組織相當(dāng)穩(wěn)定。

2、在真空燒結(jié)條件下，可提高硬質(zhì)合金的純度。真空燒結(jié)有利于金屬氧化物還原；整個(gè)燒結(jié)周期不用開(kāi)爐門(mén)，無(wú)空氣進(jìn)入，幾乎不會(huì)發(fā)生N₂、O₂參加的反應(yīng)。

3、在真空燒結(jié)條件下，硬質(zhì)相表面吸附的雜質(zhì)少，改善鉆對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕性，提高合金，特別是含TiC合金的強(qiáng)度。

4、在真空燒結(jié)條件下，工藝操作簡(jiǎn)便。由于真空燒結(jié)時(shí)可以不用填料，這不僅簡(jiǎn)化了操作，還可避免填料對(duì)燒結(jié)體表面的不利作用。

5、脫蠟—燒結(jié)一體化，可以減少產(chǎn)品氧化，降低控碳的難度；減少?zèng)]備占地面積，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

6、多氣氛脫蠟—燒結(jié)一體化，可以分溫度段分別控制溫度、氣氛和爐內(nèi)壓力，可實(shí)現(xiàn)任何溫度下的等溫?zé)Y(jié)（保溫），完成多種功能，如，梯度合金燒結(jié)。

真空燒結(jié)目前多為間歇式的燒結(jié)。燒結(jié)零件隨爐升溫、燒結(jié)和冷卻。燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)品的位置不發(fā)生變化，因此燒結(jié)的各個(gè)階段只能通過(guò)調(diào)節(jié)升溫速度、溫度和時(shí)間來(lái)進(jìn)行。因此必須要按照燒結(jié)要求進(jìn)行設(shè)定，一般可采用圖2所示的升溫曲線：

1、脫脂階段

第一階段是脫潤(rùn)滑劑或成形劑階段也可稱(chēng)為預(yù)燒階段。在這一階段應(yīng)緩慢升溫，不管是潤(rùn)滑劑還是成形劑時(shí)間的分解溫度多為300℃左右，所以在300℃左右升溫應(yīng)盡量緩慢，并有足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使?jié)櫥瑒┟摮蓛簟５谝浑A段在某一溫度要保溫一段時(shí)間，其目的：一是使?jié)櫥瑒┏浞峙懦?，二是進(jìn)行自身的氧化還原反應(yīng)。如燒結(jié)零件中含有碳，在700℃以上將會(huì)發(fā)生碳氧反應(yīng)。第一階段所需要的時(shí)間視零件潤(rùn)滑劑加入量的高低和零件的大小而定。通過(guò)第一階段的預(yù)燒應(yīng)使?jié)櫥瑒┗虺尚蝿┓纸鈿怏w以及氧氣充分排除。這些氣體是否充分排除可以通過(guò)真空度來(lái)觀察，若真空度穩(wěn)定在某一值下，則說(shuō)明已經(jīng)排除。

2、燒結(jié)階段

燒結(jié)階段設(shè)定的溫度即是燒結(jié)所需要的溫度。由于真空燒結(jié)具有活化燒結(jié)的作用，其燒結(jié)溫度比氣氛燒結(jié)要低50～100℃。如果是進(jìn)行液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度應(yīng)指定在比液相金屬熔點(diǎn)稍高的溫度。在這一階段將發(fā)生粉末顆粒之間的燒結(jié)以及合金元素之間的合金化。同時(shí)這一階段不應(yīng)采用過(guò)高的真空度，因?yàn)檎婵斩仍礁?，液體金屬損失越大。為了減少金屬的揮發(fā)損失，燒結(jié)中往往充入某些氣體，如氮?dú)?、氬氣和氫氣等?

3、冷卻階段

真空燒結(jié)的冷卻有直接斷電冷卻或階段式降低電流的冷卻，這視冷卻要求而定。由于是隨爐冷卻，與氣氛燒結(jié)相比冷卻速度較慢。充人保護(hù)性氣體，則可以提高冷卻速度。 2100433B

在高溫和一定的真空度下，使具有一定形狀的陶瓷坯體經(jīng)物理化學(xué)過(guò)程變?yōu)橹旅?、?jiān)硬、體積穩(wěn)定、具有一定性能的燒結(jié)體。物理化學(xué)過(guò)程包括粘滯流動(dòng)、擴(kuò)散、蒸發(fā)、凝聚、新相形成、溶解和沉淀、固溶體產(chǎn)生等。在過(guò)程進(jìn)行中，粉末總表面能下降，宏觀上表現(xiàn)出坯體收縮，強(qiáng)度增加；微觀上表現(xiàn)為氣孔數(shù)量減少，氣孔形狀、大小改變，晶粒尺寸及形貌變化，晶粒長(zhǎng)大，晶界減少，結(jié)構(gòu)致密化。瓷坯中含有一定量的氣孔，其中水蒸氣、氫氣、氧氣能借助溶解和擴(kuò)散過(guò)程從封閉氣孔中逸出，一氧化碳、二氧化碳和氮?dú)獾扔捎谌芙舛容^低，不易從封閉氣孔中逸出。樣品置于真空條件下，施加一定的驅(qū)動(dòng)力，使氣體從封閉氣孔中逸出，能提高瓷件的致密度。

爐內(nèi)壓力為負(fù)壓的條件下進(jìn)行的燒結(jié)稱(chēng)為真空燒結(jié)。有間歇式真空燒結(jié)，也有連續(xù)式真空燒結(jié)。連續(xù)式真空燒結(jié)因?yàn)闋t子比較復(fù)雜，真空度不好保障，沒(méi)有辦法通人氣體，燒結(jié)工藝曲線不好調(diào)整等，應(yīng)用的很少。間歇式真空燒結(jié)有專(zhuān)門(mén)的真空燒結(jié)爐，配置配套的脫蠟爐；也有脫蠟—燒結(jié)一體爐。目前主流真空燒結(jié)是脫蠟（成型劑）和真空燒結(jié)在同一爐內(nèi)一次完成的一體爐。

在硬質(zhì)合金制造工藝中，都要在混合料粉末中摻人成型劑，如石蠟、橡膠、PEG等，特別是擠壓成型和注射成型，成型劑的含量比較高。脫膠爐（也稱(chēng)脫脂爐或脫蠟爐）就是專(zhuān)門(mén)用于脫除成型劑的電爐，獨(dú)立的脫膠爐已逐步減少，但一些制品在最終燒結(jié)前需要半加工，大制品或成型含量高的擠壓或注射成型制品脫脂時(shí)間長(zhǎng)，或?yàn)榱颂岣邏毫Y(jié)爐的利用率，專(zhuān)門(mén)的脫蠟預(yù)燒爐仍然有用武之地。

生產(chǎn)硬質(zhì)合金的脫蠟爐為間歇式。按結(jié)構(gòu)分為立式和臥式爐型；按脫除方式分為H₂脫脂、低壓載氣脫脂或真空脫脂。氫氣脫膠預(yù)燒爐因其脫蠟效率高、適合各種成型劑，而使用較普遍。

臥式爐型采用內(nèi)圓外方的結(jié)構(gòu)，是采用耐熱不銹鋼做圓形內(nèi)膽，方形外爐殼里襯氧化鋁纖維保溫層，鎳鉻電阻絲懸掛于內(nèi)膽外側(cè)和底部，通常水平方向分三個(gè)區(qū)，對(duì)于大型爐膛或要求溫度均勻性極高時(shí)也采用9個(gè)溫區(qū)（兩側(cè)和底部水平方向各三個(gè)溫區(qū)）。爐膽前端單開(kāi)門(mén)，熱電偶從后端插入爐膽，排蠟管從后端中下部引出。采用H₂脫膠時(shí)，H₂帶膠蒸汽經(jīng)排蠟管至收蠟罐，大部分膠液留在罐里，其余同H₂直接點(diǎn)火燃燒。采用真空或低壓載氣脫蠟時(shí)，需采用高效收蠟罐收集大于97%的石蠟，以防止成型劑損壞真空泵，也有采用水環(huán)式真空泵（可以抽出各種成型劑，但真空度低于4000Pa）。為了加快冷卻速度，配有外冷風(fēng)機(jī)，將室內(nèi)空氣鼓人爐膽，熱氣從頂部排氣管排出室外。

溫度均勻性和氣氛均勻性是否良好，是衡量脫蠟爐功能的主要指標(biāo)。見(jiàn)圖1：

真空燒結(jié)爐主要原理及用途

真空燒結(jié)爐是在抽真空后充氫氣保護(hù)狀態(tài)下，利用中頻感應(yīng)加熱的原理，使處于線圈內(nèi)的鎢坩堝產(chǎn)生高溫，通過(guò)熱輻射傳導(dǎo)到工作上，適用于科研、軍工單位對(duì)難熔合金如鎢、鉬及其合金的粉末成型燒結(jié)。

真空燒結(jié)爐主要功能

在抽真空后充入氫氣保護(hù)氣體，控制爐內(nèi)壓力和氣氛的燒結(jié)狀態(tài)?？捎霉鈱?dǎo)纖維紅外輻射溫度計(jì)和鎧裝熱電偶連續(xù)測(cè)溫(0～2500℃)，并通過(guò)智能控溫儀（如圖1）與設(shè)定程序相比較后，選擇執(zhí)行狀態(tài)反饋給中頻電源，自動(dòng)控制溫度的高低及保溫程序。

真空感應(yīng)燒結(jié)爐(vacuum induction sintering furnace)是指供粉末冶金件燒結(jié)用的真空感應(yīng)爐 。

真空氣氛絲杠升降爐Vacuumchamberfurnaceatmosphere真空氣氛箱式爐又名無(wú)氧退火爐、真空氣氛燒結(jié)爐等物體在通入一定氣體的爐膛內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)的方法。不同的材料選擇適宜的氣氛燒結(jié)，有助于燒結(jié)過(guò)程，提高制品致密化程度、獲得良好的性能的制品。真空氣氛爐常用的有真空、氫、氧、氮和惰性氣體（如氬）等各種氣氛。例如透明氧化鋁陶瓷可用氫氣氛燒結(jié)，透明鐵電陶瓷宜用氧氣氛燒結(jié)，氮化物陶瓷如氮化鋁等宜用氮?dú)夥諢Y(jié)。有時(shí)為保護(hù)燒結(jié)調(diào)協(xié)也須在保護(hù)氣氛中操作。如鉬絲爐宜通氫，鎢絲爐宜在真空條件下工作。