粉末冶金材料与制品的封装烧结方法 本发明涉及一种粉末冶金材料与制品的烧结方法，尤其与粉末冶金材料与制品的封装烧结方法有关。
金属及其化合物粉末比表面大，其粉末处理与烧结时易与气氛发生氧化、还原、化合和分解等反应，导致颗粒表面化学状态发生显著变化，影响粉末的烧结行为及烧结后材料的性能，前苏联《粉末冶金》杂志1983,No10“制品在带隔离保护介质的箱内烧结”一文提出将制品置于由6mm厚的高温强固钢板焊成的箱子内烧结；箱子分别用钠硅酸玻璃、河沙、油灰作密封阀密封；为了防止氧化使用铸铁屑和加工好的渗碳剂作为填充料(高50mm)；为了挤出箱内的空气并在箱内创造还原环境，使用石蜡和石蜡脂。这种方法虽易于操作；但不能实现与外部气氛完全隔离，外部气氛可通过密封阀渗入箱内，箱内气氛的氧势难以控制和大幅度降低，不适用于高活性易氧化金属粉末的烧结；对氮等有害元素无法排除干净，不能用于对氮敏感的粉末材料的烧结；而且，加入的石蜡等有机填料产生含碳还原性气氛，对碳敏感的大量烧结制品如不锈钢等制品或材料不能用这种方法进行生产。
本发明的目的是提供一种使制品的烧结完全不受密封罐外气氛影响、利用密封罐内吸气剂与气氛高温反应吸收罐内气氛有害组分、并通过气相传递作用改善待烧结制品粉末颗粒表面化学状态的金属粉末材料与制品的烧结方法，使含活性元素的金属粉末在烧结过程中不仅不被氧(氮、碳)化，而且可以脱氧(氮、碳)，以达到工艺简单、成本低、效率高、产品纯度高性能稳定的目的。
为达上述目的，本发明采取的技术方案包括以下步骤：
(1)．采用各种粉末成形法，预制粉末成形坯，含成形剂地预成形坯在空气或氮气中进行脱脂处理，以脱除润滑剂、粘结剂等有机物。
(2)．将金属粉坯与吸气剂、惰性粉末填料置于可焊封的金属罐内形成封闭体系后，将封装罐置于烧结炉中升温至保温温度下烧结，烧结完毕待罐冷却后，用砂轮、铣床、钻床、车床等切开密封罐或在密封罐上钻(铣)出出料口，取出成品与填料。密封罐与填料可重复使用。
置于密封金属罐内的吸气剂可在吸氧(氮、碳)剂：钛、锆、铪、钒、铌、钽、及其氢化物和吸氧剂：铝、镁、钙、钡、稀主金属、氢化钙、稀土金属氢化物中选用，在只需吸收罐内氧组分时，可选用其中任意一种或几种，当需吸收罐内氧(氮、碳)组分时，可选用吸氧(氮、碳)剂中任意一种或几种，或从吸氧(氮、碳)剂、吸氧剂中各任选一种或几种组合使用。
惰性粉末填料为氧化铝、氧化镁、氧化钙、稀土金属氧化物、氧化锆以及难熔金属粉末钨中任意一种，用于防止烧结体与烧结体、烧结体与吸气剂之间的直接接触及分散吸气剂。
为抑制惰性粉末填料粘附到烧结体上，可在惰性粉末填料中添加少量任意一种钛、锆、铪、钒、铌、钽、钙、稀土金属的氢化物。
烧结体与吸气剂、惰性粉末填料可混合布置，也可分层布置。当吸气剂对烧结体无负面影响时，可将烧结体、吸气剂和惰性粉末填料混合置于密封金属罐中进行烧结；当吸气剂对烧结体有负面影响时，则采取分层布置，即惰性粉末填料与吸气剂混合后置于密封金属罐底层和上层，烧结体与惰性粉末填料混合后置于其中部。
考虑到成本和可焊接性，密封金属罐可为不锈钢罐、低碳钢罐、纯铁罐、耐热合金罐等。在空气中不采用任何保护措施，Cr25Ni20等高合金不锈钢、耐热合金可在1200℃下使用，低合金不锈钢如Cr18Ni9Ti等可在900℃以下长期使用。在空气中采取保护措施，即将密封金属罐埋入含石墨粉、焦碳粉等的填料中，铁罐和低合金不锈钢罐可在1200℃下使用，而高合金不锈钢罐及耐热合金罐可在1300℃下使用。在氢气、氮气、分解氨、氮基气氛、煤气、吸热或放热性气氛、真空等气氛中，上述各种罐体均可在罐体材料的熔点以下使用。
烧结时升温速度、最高温度、保温烧结时间随不同烧结体的要求而不同。最高烧结温度受密封金属罐的罐体材料熔点的限制。
本发明特别适用于含铬、钽、铌、钒、锰、硅、钛、铝、稀土金属等高活性元素的粉末冶金材料及制品的烧结。
由于本发明采用完全密封式烧结，罐内加入的吸气剂可有效除去罐内气氛中的有害组元，不仅使粉末冶金材料与制品的烧结不受罐外气氛的影响，反应易于预测和控制，罐内气氛易于达到高纯和稳定状态，且工艺简单，成本低，效率高，除可用于一般粉末冶金材料的烧结外，还是高活性粉末冶金材料的理想烧结工艺。
惰性粉末填料中添加的少量钛、锆、铪、钒、铌、钽的氢化物或钙、稀土金属的氢化物在高温下释放氢气后，较对应的金属表面活性更高，有助于脱氧(氮、碳)，同时可抑制惰性粉末填料与烧结体的粘附。
下面根据实施例对本发明进一步详细说明。
实施例
1号罐：将内径为45毫米、高为100毫米、厚为3毫米的Cr18Ni9Ti不锈耐热钢管和Φ48毫米×3毫米的同种不锈钢圆片，用电弧焊将罐封焊。
2号罐：将内径为46毫米、高为100毫米、厚为3毫米的铁管和Φ48毫米×3毫米的铁图片，用电弧焊将罐封焊。
3号罐：将内径为60毫米、高为100毫米、厚为5毫米的Cr25Ni20不锈钢管和Φ64毫米×5毫米的同种不锈钢圆片，用电弧焊将罐封焊。
一、不锈钢的烧结：经脱脂处理后的316L不锈钢粉末成形坯的氧、氮含量分别为0.34％、0.051％，用2号罐烧结。将1.5克钛粉、0.5克氢化钛粉与120克氧化铝粉混合，与不锈钢粉坯一起置于罐中，将罐封焊。然后将罐量于钼丝炉内氢气气氛中升温至烧结温度1360℃，保温1.5小时。待炉冷却后将罐出炉，钻孔取出不锈钢样品，分析其氧、氮含量，结果分别为0.0062％、0.0027％。试验中发现氢化钛的加入可以抑制填料与烧结体的粘附。
二、不锈钢的烧结：经脱脂处理后的316L不锈钢粉末成形坯的氧、氮及碳含量分别为0.34％、0.051％、0.069％，用1号罐烧结。将1克镁屑与20克氧化铝粉混合均匀置于罐的底部，再将40克氧化铝粉与不锈钢粉坯混合均匀后置于罐的中部，最后将2克钛粉、1.5克氢化钛粉与50克氧化铝粉混合均匀，置于罐的上部，然后将罐封焊并将罐埋入装有含石墨粉1～10wt％的氧化铝填料的粘土坩埚中，用硅钼棒高温电炉在空气中进行烧结。烧结温度为1300℃，保温时间2小时。待炉冷却后将罐取出，用切割机切开，取出样品，分析其氧、氮、碳含量，结果分别为0.00604％、0.0023％、0.03％。
三、铬的烧结：经过脱脂处理后的纯铬粉末成形坯的氧、氮含量分别为0.65％、0.13％，用1号罐烧结。将1克镁粉、1.5克钛粉、1克氢化钛粉与20克氧化铝粉混合均匀置于罐的底部，再将25克氧化铝粉与数个铬粉坯混合均匀置于罐的上部。然后将罐封焊并照实施例二进行烧结，烧结后其氧、氮含量分别为0.16％、0.0015％。
四、铁铬合金的烧结：经脱脂处理的铬含量为65％的铁铬合金粉末成形坯的氧、氮含量分别为0.32％、0.016％，用1号罐烧结。将1克镁粉、1.5克钛粉、1克氢化钛粉与25克氧化铝粉混合均匀置于罐的底部，再将25克氧化铝粉与数个铁铬合金粉坯混合均匀后置于罐的上部。将罐封焊并照实施例二进行烧结，烧结后其氧、氮含量分别为0.047％、0.0011％。
五、镍铝高温合金的烧结：将2克氧、氮含量分别为2.293％、0.0364％的纯Al粉和18克氧、氮含量分别为0.23％、0.0070％的纯Ni粉混合，制成粉末成形坯，经脱脂处理后用1号罐烧结。将1克镁粉、1.5克钛粉、1克氢化钛粉与20克氧化铝粉混合均匀置于罐的底部，再将25克氧化铝粉与数个粉坯混合均匀置于罐的上部。然后将罐封焊并照实施例二进行烧结，烧结后其氧、氮含量分别为0.13％、0.001％。同样粉坯在露点为0℃的氢气中在同样的温度下敞开烧结，烧结后其氧、氮含量分别为0.78％、0.01％。
六、将316L不锈钢粉末，加入2wt％的硅粉(其中氧含量为1.4％，氮含量为0.046％)混合均匀成形、脱脂处理。按照重量比氢化钛粉∶钛粉∶钨粉=1∶1∶100的比例组成均匀混合的填料，将数个经脱脂处理的粉坯放入2号罐中，粉坯之间用填料隔开，将罐封焊。按照实施例二的保护方式在空气中烧结，烧结温度1200℃，保温时间2小时。将罐出炉冷却后用切割机切开，取出烧结样品，分析其氧、氮含量，结果分别为0.048％、0.0007％。
七、将铬含量为65％的铁铬合金粉末压制成形、脱脂处理。其氧、氮含量分别为0.32％、0.016％。填料同实施例六。将数个经脱脂处理的粉坯放入3号罐中，粉坯之间用填料隔开，将罐封焊。此罐没有采取保护措施，直接在空气中烧结，烧结温度1150℃，保温时间为3小时。待罐冷却后用切割机切开，取出烧结样品，分析其氧、氮含量，结果分别为0.014％、0.002％。
八、镍硅合金的烧结：将氧、氮含量分别为0.23％、0.007％的镍粉与氧、氮含量分别为1.397％、0.04576％的纯硅粉按15∶1的比例混合均匀并加入0.5％的硬脂酸，压制成形并经脱脂处理后用1号罐烧结。按氧化铝粉∶钛粉=40∶1的比例混合均匀加入罐中，把压坯埋入罐内，并封焊罐体。将密封罐埋入装有氧化铝粉与石墨粉的粘土坩埚中，并温至1250℃保温2小时，待炉冷至室温，取出罐体并切开，取出烧结成品，取样分析其氧、氮含量分别为0.106％、0.003％。
九、镍铬高温合金的烧结：将纯镍粉与铬粉按4∶1的比例混合并加入0.5％的硬脂酸，压坯成形后经脱脂处理，其氧、氮含量分别为0.40％、0.032％。按氧化铝粉∶铝粉=30∶1的比例混合均匀置于1号罐的底部，约占罐体积的三分之一，罐的上部放氧化铝填料，样品埋入上部填料中，将罐体封焊并埋入装有氧化铝粉与石墨粉的粘土坩埚中，升温至1300℃保温2小时，待炉冷至室温，取出罐体并切开，取出烧结成品，取样分析其氧、氮含量分别为0.16％、0.0041％。
十、镍硅合金的烧结：将氧、氮含量分别为0.23％、0.007％的镍粉与氧、氮含量分别为1.397％、0.04576％的纯硅粉混合并加入0.5％的硬脂酸混合均匀，压制成压坯并经脱脂处理。按氧化铝粉∶钙(为小块状)=30∶1的比例混合均匀置于1号罐的底部，约占罐总体积的三分之一，罐的上部放氧化铝填料，样品埋入上部填料中，并封焊罐体。将密封罐埋入装有氧化铝粉与石墨粉的粘土坩埚中，升温至1250℃，保温2小时，待炉冷至室温，将罐出炉并切开，取出烧结成品，取样分析其氧、氮含量分别为0.14％、0.01％。