一、实验目的
通过本综合实验，使学生掌握粉末冶金的根本工艺，熟悉粉末成形和烧结过程研究方法及测试原理，培养学生进展粉末冶金研究的根本思路和初步能力，为今后从事粉末冶金相关研究与生产及粉末冶金分析测等工作打下根底。 二、实验原理
2.1自蔓延高温合成
自蔓延高温合成技术(Self-propagating High-temperature Synthesis简称SHS)是由俄罗斯科学家Merzhanov教授在60年代后期提出的一种材料合成新工艺。其根本原理是利用化学反响放出的热量使燃烧反响自发的进展下去，以获得具有指定成分和构造的燃烧产物。 以简单的二元反响体系为例，其原理为：
xA + yB —— AxBy + Q
其中A为金属单质，B为非金属单质，AxBy为合成反响的产物，Q为合成反响放出的热量。
上图描述了燃烧过程中样品内部燃烧波的构造及产物相组成的变化规律。首先在样品的一端给一个激发热源将此处的样品加热到上面的反响式可应进展时，断开激发源。此时端面处由于化学反响生成了反响产物C或A/B，主要由反响机理而定；反响放出的热量和反响过程中的物质消耗导致样品中形成温度、组分元素浓度的梯度，有时还伴随着物质流动现象。这种梯度的存在，会使热量向周围区域传递。热量的传递使周围区域得到预热，得到初始的激发热量，引发上述燃烧反响的进展，这种周期性的过程使反响能自发地进展下去。
通常为了了便于讨论，将上述过程简化为一个一维的燃烧问题。由傅立叶第一定理和能量守恒法那么，可得到如下方程组：
为了得到指定构造的化学组成和产物相分布等，通常需要对反响过程进展控制。对体系的控制主要是通过改变上述方程中的体系初始物性常数，如比热C，热传导系数K等。读者有举兴趣，通过上述议程的数学分析，可以对燃烧过程中的动力学形为进展研究，将上述动力学行为与产物构造结合在一起，就形成了自蔓延过程常用的研究方法——构造宏观动力学。
SHS过程也可以是多元反响过程，其根本原理不变，只是反响过程更加复杂。如下式：
Nx+M+ Z === Ny + Mx + Q
式中 Nx----氧化物、卤化物等 M----金属复原剂〔Mg、Al、Ca等〕
Z----非金属或非金属化合物〔N2,C,B2O3,SiO2等〕 Ny----合成产品
Mx----金属复原剂的化合物 Q----合成反响所放出的热量
2.2粉末冶金的根本工艺
〔1〕原料粉末的制备和准备。粉末可以是纯金属或它的合金、非金属、金属与非金属的化合物以及其他各种化合物等；
〔2〕将金属粉末及各种添加剂均匀混合后制成所需形状的培块；
〔3〕将培块在物料主要组员熔点以下的温度进展烧结，使制品具有最终的物理、化学和力学性能。
主要功能在于：
（1）将粉末成型为所需要的形状；
〔2〕赋予培体以准确的几何形状与尺寸，这时应考虑烧结时的尺寸变化；
〔3〕赋予培体要求的孔隙度和孔隙类型；
〔4〕赋予培体以适当的强度，以便搬运。
根据成型时是否从外部施加压力，可非为压制成型和无压制成型两大类。
压制成型主要有：密闭钢模冷压成型、流体等静压制成型、粉末塑性成型、三轴向压制成型、高能率成型、挤压成型、轧制成型、振动压制成型等；
无压制成型主要有：粉浆浇注、松装烧结等。
2.4粉末烧结
烧结：压培置于基体金属熔点以下温度〔约0.7-0.8T，温度K〕加热保温，粉末颗粒之间产生原子扩散、固溶、化合和熔接，致使压培收缩并强化，这一过程称为烧结。
烧结对粉末冶金材料和制品的性能有着决定性的影响。烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘接，烧结体的强度增加，密度提高。在烧结过程中，压坯要经过一系列的物理化学变化。开场是水分或有机物的蒸发或挥发，吸附气体的排除，应力的消除，粉末颗粒外表氧化物的复原；继之是原子间发生扩散，粘性流动和塑性流动，颗粒间的接触面增大，发生再结晶和晶粒长大等。出现液相时，还可能有固相的溶解和重结晶。这些过程彼此之间并无明显的界限，而是穿插进展，互相重叠，互相影响。加之一些其它烧结条件，使整个烧结过程变得很复杂。用粉末烧结的方法可以制得各种纯金属、合金、化合物以及复合材料。
2.5抗弯强度的测定
抗弯强度〔或称抗折强度〕是无机非金属材料力学性能的指标之—。本实验介绍三点弯曲加载法测试材料的抗弯强度。通过试验掌握测试方法和原理。
把条形试样横放在支架上，用压头由上向下施加负荷〔如图29-1〕，根据试样断裂时的应力值计算强度。此种情况下，材料的抗弯强度sf为 〔1〕
M一断裂负荷P所产生的最大弯距
Z一试样断裂模数
对于矩形截面的试样有：〔2〕
〔3〕
P—试样断裂时读到的负荷值〔牛顿〕
L—支架两支点间的跨距〔米〕
b—试样横截面宽〔米〕
h—试样高度〔米〕
因此对于矩形截面的试样，抗弯强度为：
〔兆牛顿/米2〕〔4〕
2.6金相分析
镶嵌
用镶嵌机把试样镶嵌进塑料中，温度为140℃，保温10min。
磨光
机械磨光时，应用预磨机。预磨机有一个或两个转盘，把水砂纸剪成圆形，然后用水玻璃粘在予磨机的转盘上使用。水磨砂纸按粗细排列有：200 号、400 号、600 号、800 号、1000号、1200号、1600号。
抛光
抛光的目的是去除试样磨面上经细磨后留下的细微磨痕，最终使磨面呈光亮而无磨痕的镜
面。抛光在抛光机上进展。抛光机由一个电机带动一个或两个抛光盘，转速为200～600 转/分。所用抛光材料为抛光布和抛光粉，抛光布蒙在抛光盘上，不同要求应适中选用不同的抛光布。
化学浸蚀
经抛光后而没有浸蚀的试样在显微镜下除了能观察到非金属夹杂物〔石墨、氧化物、硫化物等〕及其本身所具有的孔洞、裂纹等缺陷之外，看不到金属内部的组织，必须经过浸蚀。这是因为经抛光后的试样磨面是一个很平的平面，平面在显微镜下的反光能力是一样的，故在显微镜下显示不出组织。利用化学浸蚀剂，通过化学或电化学作用显示金属的组织，
浸蚀方法：将已抛光好的试样磨面先用轻水冲洗干净，然后用酒精棉清擦一遍，再将试样浸入浸蚀剂中，或用镊子夹着蘸上浸蚀剂的棉球擦其磨面。浸蚀的时间依不同合金及不同组织而定，一般碳化钛浸蚀的时间大约在10～15 秒内即可。用酒精冲洗干净，然后再用吹风机吹干，将浸蚀完的试样放在显微镜下，就可以观察到合金内部的显微组织。一般碳化钛所用浸蚀剂为。
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