粉末冶金烧结过程
（网文转载）
烧结制程：
成形后之胚体由于内部含有润滑剂，必须先经脱脂步骤以去除润滑剂，然后再于高温烧结使粉末结合在一起，此脱脂及烧结制程所牵涉到的制程参数及在设备上之考量相当多，例如应使用何种气氛？何种温度?何种设备?如何控制碳势?若使用不同之材料时以上之参数又要如何改变?这些均有说明之必要。
脱脂：
一般之粉末需先添加润滑剂或黏结剂以利成形，但这些润滑剂多为有机物，必须在高温烧结前予以去除。常用之润滑剂有硬脂竣锌、硬脂酸锂及白蜡ethylene bis-stearamide, EBS，俗称之Acrawax即此成分三种。
一般之脱脂多在烧结炉之前段进行，温度在500-600℃之间，所需之时间大约为15-30分钟。不过有些零件在脱脂时会产生起泡俗称爆米花、爆点、破裂或积碳之现象。
A：一般认为起泡及破裂是因工件中之润滑剂在400。C至500。C间之分解速率过快而造成。
B：积碳是因脱脂区之气氛流速太慢，使得润滑剂分解时所产生之一氧化碳在试片中停留过久，此CO超过18%时易反应成碳及二氧化碳，使胚体及孔之表面产生积碳之现象，由外观看常有粗糙、隆起之现象。此积碳反应在500℃至600℃之间明显，加上工件中之铁、钴、镍、锌有催化作用，而使用之气氛为受热型气氛时因其中之CO已有15至20%，所以在此气氛下此积碳现象将更明显。
解决此问题：
A：可以让工件在500。C以下有足够之时间脱脂，使所有润滑剂脱除，并跳过500。C至600。C之范围且加大气氛之流量，以减少积碳、起泡、破裂之现象。
B：可在脱脂区单独使用放热型气氛，此乃将天然气或丙烷与空气之比例调低，使较接近完全燃烧之比例，燃烧后之气体含CO较少，产生此气氛之装置俗称脱脂设备rapid burn off, RBO。此外，由于此燃烧为放热反应，可藉气体将零件加热，使胚体之温度较均匀。放热型气氛之露点较高亦有助于将积碳反应成氧化碳。
C：可将脱脂区使用之气氛通过一水箱，使其离开水箱时含有水蒸气，再将此气体通入脱脂区，亦可减少碳黑。
D：在胚体中减少镍之含量或添加硫或硫化锰，并改用硬脂酸锌以外之目润滑剂，有助于爆点、碳黑之减少。
E：加长脱脂区之长度，使胚体有足够之时间脱脂，并调整炉膛之截面积，使烧结区之截面积较大而脱脂区之截面积较小，如此可使气氛通过脱脂区时之速度加快而有助于将脏气氛带出。
烧结气氛：
烧结时所用之气氛可影响产品之机械性质、外观、抗腐蚀性、成本等。在粉未冶金制程中相当重要，气氛之主要功能有下列数项：
防止外界之空气进入炉内造成工件之氧化。
帮助烧除胚体内之润滑剂和黏结剂。
将粉末表面之氧化层还原
d 控制胚体之含碳量
一般较常使用之气氛有氢气、氮氢混合气、裂解氨、吸热型气氛、放热型气氛及真空等。
气氛之控制：
上述各气氛多由气体产生器生产而得，这些方法需注意下列事项以免生产出来之气氛成分不稳，影响粉末冶金产品之质量。例如产生器内之触媒是否已老旧，是否有过多之碳黑产生，空气中水分及温度之变化，原料如液氨或烷类等所含水气量以及气体产生器本身之操作温度是否不稳定等。在烧结时气氛中之水分及一氧化碳、二氧化碳皆能对碳钢中之碳含量产生影响，所以有必要对这些气体之角色作进一步之说明。
水分：
在各型气氛中一般多残留沼水气，这些水气在某一温度以下将凝结成水珠，此早凝结之温度俗称露点dew point，图7-4为水气含量与露点之对照图。比对之方法为将中心点与露点之温度相联接，而其延长线即可指出相对应之水气含量。例如水气含量为1%时其露点为7。C。
各种气氛中其水气含量一般均太高，不适宜于直接用于烧结，必须先除水，常见之方法有三种:
1冷水冲洗法:
在高温所生成之气体其含水量相当高，若经过管外之冷水冲洗后其露点可降至该水温，例如以15。C至30。C之水冲洗时其气氛之露点即为15。C至30。C，亦即其含水量为1.7至4.1%。
2冷冻除溼法:
以冷冻机使气氛之温度降低，则过饱和之水气将碍结，以此法一般可得到之露点为5。C至15。C之间。
3化学除溼法:
以活性氧化铝吸收气氛中之水分，其露点可降至－40。C，若再以分子筛过滤则可降至一60。C。
水气含量之测试方法有多种，常见之两种如下: 露点计
1热电型式:如图所示，抛光材料之下方附着一热电材料thermoelectric material，当通电并调整此热电材料之温度时可使抛光材料冷却，此时，气氛中之水分可凝结在抛光面上，成为雾状，此时入射之光线经折射后之强度将不同，此强度可由感光晶体管photo transistor测得，这些数据可解读成气氛中水分之多寡或露点之之高低。
2另一常用之方法乃利用电容之原理，当气氛通过一含干燥粒之容器时，水气将改变此容器之电容，故可借以判断气氛中水分之多寡。
烧结炉：
连续式烧结炉大致上可分为脱脂区、烧结区、冷却区三部部份。
脱脂区：生胚内之润滑剂将被分解而逸出，并由流向炉口之气氛带出。
烧结区：在于加强粉体间之结合，:将各合金元素均质化，甚而提高密度。
冷却区：有调整显微组织、冷却胚体以便取出之功能。
一般炉体所需之气氛大多由烧结区之尾端进入，当气氛进入高温烧结区时，由于温度升高、气体急速膨胀，因而欲向炉口及炉尾流动，但因一般之炉尾常有外接之氮气向下吹，形成气帘gas curtain以阻隔烧结气氛与外面之空气接触，此外，在炉尾亦常加上玻璃纤维帘布或钢片以增加气流之阻力，所以气氛只能朝炉口方向流动。气氛由烧结区尾部进入的好处在于烧结趋近结束时之胚体其所处周围之气氛较新鲜、干净气氛愈接近炉口时，因其中已累积了不少润滑剂所分解之气体分子及水气，所以较脏，因此由高温烧结区尾端进气之设计可确保产品之干净度。
不锈钢之烧结：
由于不锈钢中大多含有铬而铬容易与气氛中之水气或氮气产生反应生成Cr2O3或Cr2N，当这些化合物生成时，其外围之铬含量将减少，使得这些区域之抗腐蚀性大幅降低。因此不锈钢之烧结不应在含氮之气氛中进行。苦必须使用裂解氨时，则在800。C左右之冷却速度需加快，每分钟应在40。C以上，以避免Cr2N之生成。此外不锈钢之脱脂必须非常完全，使其润滑剂完全分解逸出，使其中之碳及氧无法与铬结合，所以不锈钢烧结炉之脱脂区要比一般之烧结炉长些。此外不锈钢之烧结气氛须特别严谨，其露点一般需在一40。C至一60。C之间。且尽量使用氢气或真空，但真空度太好时，铬易挥发，例如烧结温度为1205。C时，铬之蒸气压为10-2 torr，若此时炉内之真空度优于此，则工件中之铬将逐渐挥发造成铬含量不足导致抗腐蚀性变差。故一般好利用氩气之回填使真空度维持在1 torr左右，以降低铬之挥发。
黄铜之烧结：
黄铜乃铜锌合金，由于锌之蒸气压高， 所以烧结时常因锌之蒸发使得成分改变。
为了解决此问题：
一般烧结黄铜时常将工件置入不锈钢、石墨或陶瓷盒内，然后加盖，此盖不需密封，其功能只是使锌之蒸气保留于盒中，使工件中之锌不再持续挥发。黄铜粉所用之润滑剂多为硬脂酸锂，此乃因锂较易活化粉末并攫取粉末之氧之故。由于黄铜色泽佳，.般常用于锁件等重视外观之工件。
烧结黄铜之气氛多为裂解氨，温度在760。C至925.℃之间，视锌含量而定，时间约30分钟，由于黄铜相当软，生胚密度可压至90~95% ，所以其中之润滑剂不易逸出，在脱脂区之升温速率应放慢，不然易有起泡、鼓胀且呈粉红色之情形。
青铜之烧结：
青铜乃铜锡合金，含锡量多在10至20%之间，常用之粉末有两种，一为混合元素粉，一为预合金粉。元素粉烧结时，常在锡粉原来之位置留下孔洞，适于作含油轴承，此外由于元素粉易成形故使用者多。相对地，合金粉不易成形，烧结多为固相烧结，但强度高为其优点。青铜之烧结多在750。C至850。C左右，视锡含量而定，烧结时闲杓30分钟，使用气氛大多为氮氢混合气。
西安越达.宝鸡晋旺达
