[发明专利]控制粉末冶金材料及制品烧结膨胀缺陷的烧结方法及模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制粉末冶金材料及其制品烧结膨胀缺陷的约束烧结方法及模具。 

背景技术

粉末冶金材料及其制品在烧结制备过程中，由于坯体的物理或化学反应产生体积膨胀而出现孔隙/空洞、变形甚至裂纹等缺陷，特别是在烧结过程中会产生自蔓燃反应等化学反应的粉末冶金材料[黄培云.粉末冶金原理.北京：冶金工业出版社，2004：1-6]，这些缺陷会严重影响烧结坯体的质量、降低后续加工的成品率。例如，采用元素粉末冶金法制备金属间化合物的过程中，粉末之间会发生自蔓燃反应造成热爆效应，从而使反应坯体产生体积膨胀、变形、开裂，其中元素粉末冶金法制备的钛铝的体积膨胀可高达30～50％[张永刚，韩雅芳，陈国良，郭建亭等.金属间化合物材料.北京：国防工业出版社，2001：312-318]，从而使烧结坯体难以达到全致密化。 

对于粉末冶金材料及其制品的烧结膨胀缺陷一般采取加压烧结的方法来消除，如热压、热等静压、气氛加压烧结等。但这些方法存在以下主要问题： 

(1)采用的设备都是大型设备，需要庞大的电流控制装置、真空系统及气氛加压装置；

(2)设备造价昂贵，操作复杂，运行、维护修理成本高； 

(3)不同的设备需要不同的专用模具； 

(4)制品尺寸受到设备能力的制约，难以制备大尺寸的制品； 

(5)材料的制备成本高，不利于规模化生产。 

本发明提出了一种约束烧结原理与方法，利用这一原理与方法设计的具有摩擦自锁功能的约束烧结模具，可有效控制烧结坯体的膨胀，消除孔隙/空洞、变形、裂纹等烧结缺陷，提高粉末冶金材料及其制品烧结密度和烧结质量。 

有关采用约束烧结原理及具有摩擦自锁功能的粉末冶金模具来控制粉末冶金材料及其制品烧结质量的方法，目前国内外尚无相关研究报道。 

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种可以有效控制粉 末冶金材料及其制品在烧结过程中产生的膨胀、变形、开裂和孔隙/空洞等缺陷，提高烧结体密度和质量的约束烧结方法。 

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种可以有效控制粉末冶金材料及其制品在烧结过程中产生的膨胀、变形、开裂和孔隙/空洞等缺陷，提高烧结体密度和质量的模具。 

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的控制粉末冶金材料及其制品烧结膨胀缺陷的约束烧结方法，在粉末冶金坯体的烧结过程中，对坯体施加三向约束压应力，对坯体产生约束作用，限制其产生烧结膨胀，实现约束烧结，控制烧结体的致密化过程，保证得到预期的形状、致密度和性能。 

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的控制粉末冶金材料及其制品烧结膨胀缺陷的模具，在约束模内设有右外模和左外模，所述的右外模和左外模是由一个梯形带底圆筒整体轴向分割而成，所述的约束模1与所述的右外模和左外模之间的配合锥度为5°＜θ＜15°，在所述的右外模和左外模内设有左内模和右内模，所述的左内模和右内模由一个带底圆筒整体轴向分割而成；在所述的左内模和右内模与烧结坯体之间设有防止坯体与模具发生反应的隔离片。 

本模具的制造材料为不锈钢、耐热不锈钢、镍基高温合金或石墨。 

本发明提供的控制粉末冶金材料及其制品烧结膨胀缺陷模具的使用方法将模压成形的烧结坯体用隔离片进行包装后，将其放入由右外模和左外模组成的腔体中，然后将左内模和右内模插入到右外模和左外模与隔离片包装的烧结坯体之间，再将由右外模、左外模、左内模、右内模和用隔离片包装的烧结坯体组成的整体放入约束模中，在轴向施加100MPa～200MPa的压力使其压紧配合，然后放入烧结炉中进行烧结。