粉末冶金製程介紹-玩沙玩到金屬來了.....

粉末冶金(Powder metallurgy)是以金屬粉末或其混合物作為原料，在高壓下利用粉末間的滑移特性於模具內預壓成中空、多曲面…等所需外形，並在保護氣氛下高溫燒結粉末預壓體，使粒子間收縮緻密化，強度約可達到傳統鍛造件70~80%左右的機械性質。

粉末冶金產品的應用範圍十分廣泛，精密儀器、五金工具、電子產品、軍事工業…等，但考量預壓均勻性與燒結變異，產品多以外接圓200mm以內中小型件為主，而製程中主要有幾個部份重點需注意。

粉體性質對於產品結構有舉足輕重的影響，包含視密度 (Apparent Density)、流動率 (Flow Rate)、壓縮性 (Compressibility)、生胚強度 (Green Strength)…等，而視密度影響壓形模具的設計、流動率較差則粉末會使模穴充填緩慢不均勻、壓縮性影響壓結密度所需之壓結壓力、生胚強度為決定預型胚在燒結抗收縮變形的能力。常見粉體製造方式有還原法、電解法和霧化法三大類，其中電解法所得粉體性質效益最好，但價格較為昂貴。

預形是將混合均勻的粉料，壓制成具有一定形狀、尺寸和密度的型胚過程，大部分都是以壓機透過金屬模具加壓成形；僅使用一種粉末時，只要顆粒大小及分布適當，即可送入模中加壓成形，而當為增加粉末流動性或密度摻入不同尺寸的粉末顆粒時，混合粉末常加入潤滑劑（如硬脂酸、硬脂酸鋰或粉末石墨），以減少粉末間的相互粘著，並降低壓製時模壁的磨擦阻力，使成品易於脫模，但在燒結後容易出現孔眼問題。

將預型件加熱到約80%熔點的溫度，以增加其機械強度及硬度的過程，稱為燒結。燒結時晶粒界面首先成形，進而造成晶粒的再結晶，而高溫使金屬的表面的可塑性提高，並產生一層液狀網組織，可改進相互間的機械互鎖性質；燒結時間約在 20~40 分鐘左右，過程中會於燒結爐內通以惰性氣體避免粉末與大氣接觸而氧化。

當然後續製程還有所謂的滲銅強化、鍛造加壓…等強化製程，可對燒結體更貼近傳統鍛造的強度，但其多曲面複雜成形的特性卻非一般成形製程可以取代。