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技術文章
TECHNICAL ARTICLES
時間：2012-06-15
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一、燒結熱等靜壓技術概況
燒結對于硬質合金的生產起著重要的作用，因為它影響每一單獨物料的zui終質量。８０年代初熱等靜壓技術已被普遍用作一種輔助工藝步驟。熱等靜壓工藝作為致密化的一種手段，雖然也可獲得高的密度和低的孔隙率，但存在明顯的弱點，如設備昂貴，運行費用高，生產率低，燒結易產生鈷池，炭化物晶粒異常長大等。８０年代初，上開發了一種熱等靜壓燒結技術，也稱之為低壓燒結或過壓燒結，這種工藝方法是將脫蠟、預燒、真空燒結、熱等靜壓制幾個工藝合為一道工藝在一個設備內完成的新方法。它是由熱等靜壓技術演變過來的。經專家們試驗表明，要想使硬質合金（在液相出現的前提下）的孔隙降為零，并不需要太高的壓力，一般有幾個MPa的壓力就夠了。因而出現與發展了低壓燒結技術。這是硬質合金燒結技術的重大進展，該技術的明顯優點是投資較熱等靜壓低得多，生產運行費用低，可使產品的孔隙度大幅下降，甚至降為零，且可消除鉆池和碳化物晶粒的異常長大，從而保證和提高了制品的燒結質量。
近幾年來陶瓷生產技術發展很快，特別是氮化硅系列陶瓷已從試驗室逐漸進入工業化生產，這就需要找到一條適合于陶瓷生產的工藝方法。
生產工藝的先進性直接影響到產品的質量。以Si3N4為例，目前國內通常采用的方法有：反應燒結法、無壓燒結法、熱壓燒結法，這幾種方法中以熱壓燒結法較為*。目前在制作刀具及高硬質耐磨件方面大都采用此方法。但熱壓法也有其明顯的缺點，它只能生產形狀簡單的產品，將熱壓的毛坯再加工成刀具要消耗大量的金剛石制品及人力，這就使生產成本大幅上升，還有熱壓制品具有方向性，在使用中必須予以充分考慮，這就給使用者帶來諸多不便。為了解決上述問題，專家們選擇了熱等靜壓工藝，使陶瓷制品燒結致密化。在使用這種先進工藝時，人們又發現，對于在燒結過程中出現液相的制品不需要太大的壓力就可以獲得低孔隙率的制品。一般熱等靜壓工藝需要：60～200MP，的壓力，而燒結等靜壓工藝一般只需要10～20MPa的壓力。這就帶來了一系列的優點，因而燒結熱等靜壓工藝對于那些在燒結工藝中出現液相的制品是更為適合規模生產的一種先進工藝。對于陶瓷制品的生產，熱等靜壓工藝和燒結熱等靜壓工藝均為先進的工藝手段。在美國、日本、德國等工業發達的國家已被普遍采用。采用上述先進的工藝首先可以解決制品的形狀問題，只要壓坯形狀可以成型出來，就可以燒結致密化。由于整個工藝在等靜壓中完成，首先它可以保證燒結毛坯的形狀及尺寸精度，可以zui大限度地減少燒結后的磨削加工余量。其二是使用熱等靜壓工藝或燒結熱等靜壓工藝時的工作壓力為160～200MPa或10～20MPa，這比熱壓的zui大壓力大得多，因而可以降低添加劑的含量和燒結溫度，大幅度提高制品的性能，且各向同性。這將給使用者帶來極大的方便。其三是產量大，適合于規模生產。其四是成品收得率高。熱等靜壓和燒結熱等靜壓工藝除上述優點相同外，燒結熱等靜壓工藝還有一個明顯的優點就是無需包套工藝，將真空燒結和熱等靜壓工藝合并為一道工序完成，這不僅省去了包套制作這個難題，而且減少了工藝環節，使生產成本較熱等靜壓工藝大幅度下降，更加容易形成規模生產。因而，在工業發達國家燒結熱等靜壓工藝被普遍采用。
二、國外燒結熱等靜壓機的發展特點
1、燒結硬質合金類制品的燒結熱等靜壓機
（1）大型化。隨著燒結熱等靜壓裝備的發展日趨完善，工藝技術的不斷成熟，硬質合金的生產進入了燒結熱等靜壓時代，因而要求規模生產、規模效益。一般裝爐量從200kg/爐到1200kg/爐。
（2）多功能、多氣氛。硬質合金穩定生產就要控制其質量，要求脫蠟功能在一個爐內完成，且可通入氫氣、甲烷氣氛等用于控制碳勢和穩定產品質量。所以在爐內均設置脫蠟系統和多氣氛調節系統。
（3）快速冷卻。由于設備向大型化發展，燒結的制品達1200kg／爐，所以縮短生產周期，穩定產品質量勢在必行。因而在大型設備中均設置有快速冷卻功能。
（4）自動化程度高，生產工藝穩定。在設備中一般均配置微機或智能儀表及PLC等。各系統的邏輯控制、加熱控制及操作均通過計算機和PLC完成，達到生產工藝穩定，不受操作人員自身因素影響。
2、燒結陶瓷類制品的燒結熱等靜壓機
（1）燒結溫度高。對于試驗用燒結熱等靜壓機，一般燒結溫度高于2000℃，可達2300℃，采用了光學測溫方式。
（2）多功能。在裝備中，為了獲得更多的參數，一般裝備有膨脹儀，以準確地測量收縮，以確定充壓時機和加壓壓力的大小。
（3）操作方便自動化程度高。作為高溫燒結熱等靜壓機，其燒結溫度及壓力均要求較高，這就要求操作方便，控制。一般裝備有微機。智能儀表、 PLC等，實現全面自動控制。
三、國外燒結熱等靜壓技術的應用
國外燒結熱等靜壓技術應用十分廣泛，凡在燒結工藝中出現液相的制品（如WC＋Co，Si3N4等）均可采用此工藝，例如：含13％Co以下的硬質合金制品生產；鋼結硬質合金生產；結構陶瓷、功能陶瓷生產，如系列Si3N4制品，Al2O3,TZP，ZrO２,TiC等。
四、國內燒結熱等靜壓技術的應用
1、應用于硬質合金生產
國內有許多硬質合金廠家，如株洲６０１廠、自貢７６４廠、北方工具廠、江漢油田鉆頭廠、成都硬質合金工具廠等，紛紛從美國、德國引進了各類型燒結熱等靜壓機，普遍應用于硬質合金鉆探工具、礦山工具、六面頂壓機頂錘、軋輥等制品的生產。
2、應用于高溫陶瓷生產。
株洲601廠、上海材料所、山東工程陶瓷研究院、上海硅酸鹽研究所、淮南氮化硅生產基地等單位陸續裝備了立式燒結熱等靜壓機并采用燒結熱等靜壓工藝生產Si3N4系列制品。
五、燒結熱等靜壓技術的應用前景
燒結熱等靜壓技術做為80年代中后期發展起來的新技術，在國外硬質合金領域和陶瓷領域應用十分廣泛。對于硬質合金生產，它已經取代或部分取代了傳統的氫氣燒結工藝和真空燒結工藝，尤以大型硬質合金制品為突出。
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