燒結是一種應用于粉末壓坯的熱處理，以賦予強度和完整性。用于燒結的溫度低于粉末冶金材料主要成分的熔點(diǎn)。

壓實(shí)后，相鄰的粉末顆粒通過(guò)冷焊縫固定在一起，使壓實(shí)有足夠的“生坯強度”進(jìn)行處理。在燒結溫度下，擴散過(guò)程導致頸部在這些接觸點(diǎn)形成并生長(cháng)。

固態(tài)燒結的三個(gè)階段：左：初始階段，中心：中間階段，右：最終階段（由EPMA提供）

在這種“固態(tài)燒結”機制發(fā)生之前，有兩個(gè)必要的前體：

• 通過(guò)蒸發(fā)和燃燒蒸汽去除壓制潤滑劑

• 減少來(lái)自粉狀顆粒中的表面氧化物。

這些步驟和燒結過(guò)程本身通常在單個(gè)連續的爐子中通過(guò)明智地選擇和分區爐氣氛以及在整個(gè)爐子中使用適當的溫度曲線(xiàn)來(lái)實(shí)現。

燒結硬化

燒結爐可以在冷卻區應用加速冷卻速率，并且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可以在這些冷卻速率下轉化為馬氏體微觀(guān)結構的材料等級。該工藝與隨后的回火處理一起，被稱(chēng)為燒結硬化，這是近年來(lái)出現的一種具有提高燒結強度的主要手段的工藝。

液相燒結

瞬態(tài)液相燒結

在僅含有鐵粉顆粒的壓坯中，固態(tài)燒結工藝會(huì )隨著(zhù)燒結頸的生長(cháng)而產(chǎn)生一些壓坯收縮。然而，黑色粉末冶金材料的常見(jiàn)做法是在燒結過(guò)程中添加細銅粉以產(chǎn)生瞬態(tài)液相。

在燒結溫度下，銅熔化，然后擴散到鐵粉顆粒中，產(chǎn)生溶脹。通過(guò)仔細選擇銅含量，可以平衡這種膨脹與鐵粉骨架的自然收縮，并提供在燒結過(guò)程中尺寸不會(huì )發(fā)生變化的材料。銅的添加還提供了有用的固溶強化效果。

永久液相燒結

對于某些材料，例如硬質(zhì)合金或硬質(zhì)合金，應用涉及產(chǎn)生永久液相的燒結機制。這種類(lèi)型的液相燒結涉及使用粉末添加劑，該添加劑將在基質(zhì)相之前熔化，并且通常會(huì )產(chǎn)生所謂的粘合劑相。該過(guò)程分為三個(gè)階段：

重排

當液體融化時(shí)，毛細管作用會(huì )將液體拉入孔隙中，并導致顆粒重新排列成更有利的包裝排列

溶液沉淀

在毛細管壓力高的區域，原子將優(yōu)先進(jìn)入溶液，然后在顆粒不緊密或接觸的較低化學(xué)勢區域沉淀。這稱(chēng)為接觸壓平，并以類(lèi)似于固態(tài)燒結中晶界擴散的方式致密化系統。奧斯特瓦爾德成熟也會(huì )發(fā)生，其中較小的顆粒將優(yōu)先進(jìn)入溶液并在較大的顆粒上沉淀，從而導致致密化。

最終致密化

致密化固體骨骼網(wǎng)絡(luò )，液體從有效堆積的區域移動(dòng)到孔隙中。為了使永久液相燒結切實(shí)可行，主要相應至少微溶于液相，并且“粘合劑”添加劑應在固體顆粒網(wǎng)絡(luò )發(fā)生任何重大燒結之前熔化，否則不會(huì )發(fā)生晶粒的重排。