[发明专利]粉末材料制品的制造方法及所用设备

说明书

本发明涉及粉末冶金领域，更确切地说，是涉及粉末材料制品的制造方法及所用设备。

本发明可以最成功地用来制造长尺寸的圆形截面粉末难熔无机材料制品，例如：冲模的轴销、切削刀具的杆坯等。

此外，本发明还可用来制造具有各种横截面形状的异形制品。

已知有用热冲击挤压来制造耐热粉末材料制品的方法，它是用标准的粉末冶金方法得到圆柱形的毛坯，将该毛坯在150～460MN/m²的压力下进行静力液压，在真空中高达1450℃的温度下烧结1～6小时，并将该毛坯在玻璃质润滑剂中进行热动态挤压，然后在真空中退火1小时（文摘杂志，《冶金类》，1981年，1┏445;伦敦城工业大学，冶金及材料系;附图12，表1，参考文献9，《某些镍基耐热合金的热冲击挤压及其随后处理》）。动态挤压可以加工难熔元素含量低于50%的镍基耐热合金，并且，在许多情况下还可提高热硬度，降低孔隙度，并使第二相质点在材料中均匀分布。

上述方法的主要缺点与它的多阶段性有关，这导致能量消耗大，所用工艺设备复杂，生产周期长，劳动量大。此外，如所周知，难熔元素含量高于50%的复杂合金，不宜采用动态挤压法，因为这类合金在热态下有高的脆性和硬度。

已知有获得硬质合金材料制品的方法，它是在粉末原料（金属、非金属和粘结材料）混合料中进行燃烧反应，然后在所有的面上压缩，使其变形（Me＊aHoB  A。T。，等人：《基于燃烧的制造高温材料新方法》，见《材料学的科学基础》一书，莫斯科，科学出版社，1981，193～206页）。该方法应看作是热挤压法的一种方案，在此方法中，燃烧过程为材料变形准备了组成部分（合成和加热）。此法曾用于制造不含钨、由Ti、C、Ni、Mo元素组成的硬质合金混合料，是按要得到工业合金来配成的，即含有20%镍和30%钼作为粘结剂的碳化钛。在一定条件下，得到了性能不错、接近于工业牌号的材料。现在，带有压缩的自行扩展高温合成方法也用来制造含有某些难熔化合物的密实材料。

上述方法可在一个步骤短时间（约1分钟）内制得硬质合金材料及其制品，而能量消耗最少。

这种方法的主要缺点是，所得到制品的形状有限，即不可能得到长度与直径之比大（h/d＞＞1）的长尺寸制品。在此方法中用的不均衡的三轴压缩方法，导致材料中主要形成压应力。所以，用此方法制造h/d＞＞1的制品时，就失去最初所给定的形状，并在材料中产生裂纹和压不透的情况。

已知有一种方法，在压力下自行燃烧结陶瓷，这是在高压下扩展放热合成反应。这时在含有合成所需元素的预制先配好的粉末混合料中进行烧结材料的合成和压实（Miyamoto  K.等人：《陶瓷的高压自燃烧结》，Funtai  oyobi  Funmatsu  Jakin：1987。Vol。34，N3-P。101～106（gp）。CA107，N1，P.266（1981  1H）参考文献，文摘杂志，《化学类》1988，T13，H11，7E  13M。）

在此方法中，作为在压力下烧结的能源乃是在合成反应中放出的热量。为了引发过程，必须对混合料施加热脉冲（通入200～400安的电流，历时3秒），然后，烧结过程急速进行（几秒钟）。采用这种同时进行烧结和合成的方法，能够得到诸如TiB₂、ZrB₂、NbB₂、TiC、SiC的难熔材料以及复合材料和这些材料为基体的制品。

已知有实现上述方法所用的设备，它是一种放置在高压室内的反应器，这种反应器是带有氮化硼衬垫、用叶蜡石做的六面体，混合原料装到其中。从混合料的一点或从其所有侧表面进行点燃。

上述方法和设备的优点是工艺过程的时间短，能量消耗不大。其缺点是工艺性差（对于制品的每种形状，要配置专用的反应器）、生产率不高（这与必须将反应器放到高压室中有关）、制品的尺寸也有限制（这也是该设备的结构所决定的）。

下面一种方法最接近所申请的发明，这种制造粉末材料制品的方法，粉末材料选用含有至少一种过渡金属、至少一种非金属和至少一种金属基粘结料的一组材料，这种方法包括下列步骤：制备上述材料的粉状混合料;在混合料中引发燃烧反应，在燃烧产物中形成由上述过渡金属和非金属组成的硬质相;然后使燃烧产物变形再取出制成品。