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热压烧结炉比无压烧结好在哪?低温短时致密度高一档

做粉末成型,方法不少:无压烧结、气氛烧结、热等静压、热压烧结,各有各的适用场景。不少客户选型时会问,热压烧结炉到底比别的方法强在哪。其实脱离材料和工件形状谈工艺优劣没意义,但热压烧结在某些场合的优势确实很实在。下面说点接地气的对比。

 

一、致密度比无压烧结高一档

无压烧结靠原子扩散自然致密,温度要烧得高、时间要烧得长,孔隙率往往还压不下来。热压烧结是一边加热一边加压,粉末颗粒在塑性状态下被挤在一起重排,靠机械力帮忙致密化。结果就是:烧结温度低100到200℃,保温时间短得多,致密度却能做上去,接近理论密度。晶粒因为温度低、时间短,反而更细,强度和韧性跟着上来。

 

对难烧结的材料尤其明显。比如碳化硅、氮化硅这类共价键材料,无压烧结要加大量助剂、温度很高才烧得动;热压在较低温度下配合压力就能致密,助剂用量也少,材料纯度反而更高。某氮化硅轴承厂原来无压烧结温度1780℃、保温2小时,致密度96%,改热压后温度1680℃、保温20分钟,致密度99.2%,抗弯强度从800MPa升到1150MPa,单炉能耗降了约三分之一。

 

二、微观结构可调,工艺窗口清晰

热压的另一个好处是参数可控性强。温度、压力、时间三个旋钮拧一拧,晶粒大小、晶界分布、相组成都能跟着调。想要细晶高强,就低温短保;想要晶粒长大提高韧性,就适当升温延时。这种可设计性,做功能材料、梯度材料时特别有用。

 

和热等静压比,热压设备投入低、工装简单,适合形状相对规则的块体、盘体、片体工件。热等静压虽然形状适应性更好,但设备贵、周期长,做简单件用它有点大材小用。怎么选,看工件形状和批量,不是越贵越好。某石墨模具厂用热压做等静压石墨坯,相比无压烧结,坯体密度均匀性从偏差5%压到1.5%,后续机加工废品率降了8%。

志远工业设备产品图

 

三、适用范围和选型提醒

热压烧结适合做硬质合金刀具、陶瓷密封环、石墨模具、氧化铝或氮化硅结构件、粉末冶金高致密零件、弥散强化材料等。形状上以圆柱、圆盘、方形块为主,形状特别复杂、壁厚差大的件,热压模具成本会上去,这时候要跟客户算清楚账。 针对复杂工件,真空加压烧结炉的均匀加热特性更具优势。

 

选型时有个工艺细节容易被忽略:压力曲线比峰值压力更影响致密度。不少客户上来就把压力拉满,以为压力越大越好,实际上热压初期粉末颗粒之间还在重排,压力太大会把低密度区域的气体包裹住排不出来,后期反而形成闭孔。合理做法是分段加压:升温阶段加到30%,接近烧结温度时升到70%,保温末期再加到100%。

 

四、该不该上热压要算清楚

热压烧结不是万能,但在难烧结、要致密、要细晶的场合,它温度低、时间短、致密度高的优势很实在。还有一点跟成本相关:模具材料要选对。石墨模具在2000℃以下用没问题,但超过2200℃后会跟某些氧化物反应造成样品表面增碳,做氧化物陶瓷温度超过1800℃建议改用氧化锆内模或者钼合金模具;100MPa以上压力需要模壁厚度不小于直径的六分之一,否则侧面容易鼓胀变形。

 

选错工艺白花设备钱的情况并不少见。东莞市志远工业设备有限公司做真空加压烧结炉和真空箱式气氛炉时,会按材料和工件帮客户判断该不该上热压,避免盲目选型。

从成本账上再算一笔。热压虽然单炉设备投入比无压烧结高,但烧结温度低一两百度、保温时间从几小时缩到几十分钟,单件能耗和周期都降下来了,加上致密度高、废品率低,摊到合格件上的成本往往比无压烧结还划算。当然它也不是没有短板,热压只能做规则形状的块体,异形件、薄壁件、大件要么模具成本高,要么压不动,这种情况就得考虑热等静压或者别的工艺。选工艺不是越贵越好,看工件形状、批量和性能要求,匹配上了才省钱,盲目上高价设备反而压不回本。

志远工业设备产品图

 

再说说它的短板,免得选型时只看优点。热压只能做形状比较规则的块体,工件侧壁要有跟压头方向平行的脱模面,异形件、带横向孔的件、壁厚差大的件,模具结构会很复杂,甚至做不了。工件尺寸也受压机行程和吨位限制,太大的件小压机压不动。遇到这种情况,要么分段热压再加工,要么上热等静压。模具成本也要算进去,石墨模虽然好加工,但高温高压下有寿命,几十炉就报废,批量大时模具费不是小数目,选型时要把模具耗材一起摊进成本。 志远工业设备提供真空铝钎焊炉真空加压烧结炉等设备,配套完善的售后技术支持。

 

 

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