現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展牽引著工程材料向著復合化、高性能化、功能化、結構功能一體化和智能化方向發(fā)展，各行業(yè)對材料的性能提出了越來越高的要求。在不斷開發(fā)新材料的同時，人們也在不斷地尋求新型材料的制備方法，小型化、自動化、精密化、省能源、無污染的材料制備方法成為人們追求的目標。
現(xiàn)代粉末冶金技術由于其少切屑，無切屑及近凈成形的工藝特點，在新材料的制備中發(fā)揮了越來越大的作用。它的低耗、節(jié)能、節(jié)材，易控制產品孔隙度，易實現(xiàn)金屬-非金屬復合，屬-高分子復合等特點使其成為制取各種高性能結構材料，特種功能材料和極限條件下工作材料的有效途徑，受到了人們的廣泛關注。
從現(xiàn)代復合材料技術的理論來看，粉末冶金復合技術從微觀上改變了單一材料的性能，依靠擴散流動使物質發(fā)生遷移，同時原材料的晶體組織發(fā)生變化，最終“優(yōu)育”出高性能的復合材料。而燒結作為粉末冶金生產過程中最重要的工序，一直以來是人們研究的重點，各種促進燒結的方法不斷涌現(xiàn)，對改進燒結工藝，提高粉末冶金制品的力學性能，降低物質與能源消耗，起了積極的作用。本文簡單介紹近幾年出現(xiàn)的幾種燒結新技術，以期反映粉末冶金在高技術領域所起的重要作用。
1，放電等離子體燒結(Spark Plasma Sintering，SPS)
放電等離子體燒結(SPS)也稱作等離子體活化燒結(Plasma Activated Sintering，PAS)或脈沖電流熱壓燒結(Pulse Current Pressure Sintering)，是自90年代以來國外開始研究的一種快速燒結新工藝。由于它融等離子體活化，熱壓，電阻加熱為一體，具有燒結時間短，溫度控制準確，易自動化，燒結樣品顆粒均勻，致密度高等優(yōu)點，僅在幾分鐘之內就使燒結產品的相對理論密度接近100%，而且能抑制樣品顆粒的長大，提高材料的各種性能，因而在材料處理過程中充分顯示了優(yōu)越性。
將瞬間、斷續(xù)、高能脈沖電流通人裝有粉末的模具上，在粉末顆粒間即可產生等離子放電，由于等離子體是一種高活性離子化的電導氣體，因此，等離子體能迅速消除粉末顆粒表面吸附的雜質和氣體，并加快物質高速度的擴散和遷移，導致粉末的凈化、活化、均化等效應。第三代SPS設備采用的是開關直流脈沖電源，在50 Hz供電電源下，發(fā)生一個脈沖的時間為312 ms，由于強脈沖電流加在粉末顆粒間，即可產生諸多有利于快速燒結的效應。首先，由于脈沖放電產生的放電沖擊 3波以及電子，離子在電場中反方向的高速流動，可使粉末吸附的氣體逸散，粉末表面的起始氧化膜在一定程度上可被擊穿，使粉末得以凈化、活化;其次，由于脈沖是瞬間、斷續(xù)、高頻率發(fā)生，在粉末顆粒未接觸部位產生的放電熱，以及粉末顆粒接觸部位產生的焦耳熱，都大大促進了粉末顆粒原子的擴散，其擴散系數(shù)比通常熱壓條件下的要大得多，而達到粉末燒結的快速化;最后，開關快速脈沖的加入，無論是粉末內的放電部位還是產生焦耳熱部位，都會快速移動，使粉末的燒結能夠均勻化。
2，微波燒結(Microwave Sintering)
微波燒結是一種利用微波加熱來對材料進行燒結的方法。微波燒結技術是利用材料吸收微波能轉化為內部分子的動能和熱能，使得材料整體均勻加熱至一定溫度而實現(xiàn)致密化燒結的一種方法，是快速制備高質量的新材料和制備具有新的性能的傳統(tǒng)材料的重要技術手段。同常規(guī)燒結方法相比，微波燒結具有快速加熱，燒結溫度低，細化材料組織，改進材料性能，安全無污染以及高效節(jié)能等優(yōu)點，因而被稱為新一代燒結方法。與傳統(tǒng)的燒結工藝生產的工件相比，用微波燒結制成的工件具有較高的密度、硬度和強韌性。短時間燒結產生均勻的細晶粒顯微結構，內部孔隙很少，孔隙形狀比傳統(tǒng)燒結的圓，因而具有更好的延展性和韌性。微波加熱能使工件加熱均勻，加熱速度可以高達1500/℃分鐘，對某些材料甚至可以以很少的輸入能量實現(xiàn)2000℃以上的高溫。由于微波對大多數(shù)粉末陶瓷材料有很大的穿透性，可以均勻地加熱工件，減小高溫燒結過程中的溫度梯度，從而降低由膨脹不均勻產生的材料變形，使迅速升溫成為可能，而且在高溫下停留的時間可以大幅度縮短，抑制晶粒的長大，改善材料的物理，力學性能。微波燒結始于上世紀70年代，到目前為止，許多氧化物和非氧化物，從低損耗陶瓷(如Y—A1203)到高損耗陶瓷 (如SiC、TiB2和BC)等的微波燒結均見報道。
3，電場活化燒結(Field activated sintering tech—nique，FAST)
電場活化燒結技術在燒結時要施加電場。它有許多優(yōu)點:經電場活化燒結后，顯微結構可以細化，并可提高鋼的淬透性。在粉末燒結中，施加電場可固結難以燒結的粉末，它比傳統(tǒng)燒結溫度低，時間短，但燒結制品密度高，質量好而且生產率高。它是通過施加斷續(xù)的低電壓(～30 V)和高電流(>600 A)來實現(xiàn)脈沖放電的。脈沖放電后再施加直流電。脈沖放電與施加直流電也可同時進行。施加的壓力可以是恒定的，也可以是可變的。
從裝粉到脫模，整個過程不到10 min就可以完成。一般來說，不需要添加劑或粘結劑，也不需要事先冷壓。在大多數(shù)情況下，燒結是在空氣中進行的，不需要可控氣氛或事先粉末脫氣。FAST致密化已用于液相或固相燒結的導電材料，超導材料，絕緣材料，復合材料及功能梯度材料等，也可用于同時致密化與合成化合物。
4，金屬粉末選擇性激光燒結成形(Selective lasersintering， 5SLS)
選擇性激光燒結成形(SLS)是應用分層制造方法，以固體粉末材料直接成形三維實體零件，不受材料種類的限制，不受零件形狀復雜程度的限制。其工藝是首先在計算機上完成符合
需要的三維CAD模型，再用分層軟件對模型進行分層，得到每層的截面，采用自動控制技術，使激光有選擇地燒結出與計算機內零件截面相對應部分的粉末，使粉末經燒結熔化、冷卻、凝固、成形。完成一層燒結后再進行下一層燒結，且兩層之間燒結相連。如此層層燒結，堆積，結果燒結部分恰好是與CAD原型一致的實體，而未燒結部分則是松散粉末，可以起到支撐的作用，并在最后很容易清理掉。可供選區(qū)燒結的材料非常廣泛，有石蠟粉、塑料粉、金屬粉和陶瓷粉等。金屬粉末的選區(qū)激光燒結是目前選區(qū)激光燒結技術的研究重點，金屬粉末在激光燒結成型所得到的零件只是一種坯體，其機械性能和熱學性能還需通過后處理進一步提高。
利用金屬粉末進行選區(qū)激光燒結成形是一個很有發(fā)展前途的工藝方法，具有廣闊的應用前景。由于激光燒結金屬粉末是一個復雜的工藝過程，燒結難度較大，激光功率、掃描速度、掃描方式等都對燒結精度有影響，直接制造出高精度的金屬零件是激光快速成形追求的目標。
5，熱振蕩活化燒結(Heat shock activated sinter—ing，HSAS)
2003年，西安交通大學柴東朗課題組在原位觀察 6A1—10Mg二元純金屬粉末體系的燒結過程時發(fā)現(xiàn)，普通電阻加熱形成的波動溫度場對燒結具有熱振蕩活化效應，能較大程度上提高鎂顆粒在鋁基體中的熔化速度，波動溫度場的燒結過程要比恒溫場短很多。由于利用電阻加熱的傳統(tǒng)燒結工藝有著廣泛的應用基礎，這對充分發(fā)揮現(xiàn)有的燒結設備的工作潛力，提高設備的工作效率都有直接的指導意義，從而可以改善燒結體的質量，提高粉末冶金的生產效率，以及節(jié)約能源和降低新設備投入等等。
粉末冶金燒結技術，實現(xiàn)了復雜形狀零件的高精度，批量化生產，其成品率高，加工能耗少。相信在不遠的將來，粉末冶金燒結工藝還會有更快速的發(fā)展，各種燒結新工藝將不斷面世，推動社會科技的進步。
近年來，粉末冶金新技術，新工藝不斷被開發(fā)出來。德國正在研究微金屬注射成形與微陶瓷注射成形技術，最小的微金屬注射成形件尺寸僅為50~tm，比傳統(tǒng)粉末注射成形技術制得的部件更小，促進了微型系統(tǒng)制造技術的發(fā)展。多相噴射固結法也是一種新的自由成形技術，可用于制造生物醫(yī)學零件，利用多相噴射固結法，根據(jù)CT掃描得到的假體的三維描述，就可以制造出通常外科所需零件，而無需開刀去實際測量。將金屬粉或陶瓷粉與粘結劑混合，形成均勻混合料，將這些混合料按技術要求進行噴射，一層一層地形成一個零件，在部件形成之后，其中的粘結相用化學法或者加熱去除，而后燒結到最終密度。另一項粉末冶金新技術是美國麻省理工學院發(fā)明的三維印刷法，該法是根據(jù)印刷技術，通過計算機輔助設計，將粘結劑精確沉積到一層金屬粉末上，這樣反復逐層印刷，直至達到最終的幾何形狀，由此便得到一個生坯件。生坯件經燒結并在爐中熔滲，可達到全密度。
隨著新材料的不斷開發(fā)特別是新材料制備技術的飛速發(fā)展，粉末冶金制品越來越多地應用于各行各業(yè)中，應用領域不斷擴大，粉末冶金新技術層出不窮。我國的粉末冶金工業(yè)在產品數(shù)量，質量與技術方面與先進國家相比，尚有不小差距。因此，我們應及時了解與掌握不斷出現(xiàn)的新技術，同時開發(fā)我們自己的新技術。
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