二氧化锆与不锈钢混合粉末的挤压成形特性

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1997.06.015 第19卷第6期 北京科技大学学报 Vol.19 No.6 1997年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1997 二氧化锆与不锈钢混合粉末的 挤压成形特性 * 谢建新陈京平 刘慧男 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要研究了在二氧化结与不锈钢的混合粉末中加人粘结剂时的挤压成形特性，并着重考察了 混合粉末的可挤压上限条件，所用粘结剂为水溶性羟丙基甲基纤维素(HPM©和水.结果表明，混 合粉末的可挤压上限成分（质量分数）随不锈钢粉末含量的增加而上升，当不锈钢粉末含量（体积 分数)为70%~90%时达到最大；粘结剂中HPMC的质量分数以10%为宜. 关键词复合材料，梯度功能材料，粉末挤压，可挤压性 中图分类号TB33,TB39,TG37 未来多次往返式载人宇宙飞船（航天飞机）要求其发动机燃烧器具有可多次反复使用和 长时间工作的能力，因而用作燃烧器的材料既要具有良好的结构加工性，又要具有优秀的耐 高温、耐氧化、耐热冲击和耐热疲劳性能.单一材料很难满足这样的使用要求.采用合适的技 术与工艺将金属与陶瓷复合在一起，使耐高温的一侧为陶瓷，需要结构加工性的一侧为金属， 是解决上述问题的较理想的方法之一.金属与陶瓷的复合方法有镀层法（如CVD,PVD法） 自蔓延燃烧合成法(SHS法)等，但因镀层厚度或界面结合等问题，均难以满足上述高温燃烧 器的使用要求，为此，作者等人提出了金属一陶瓷多层复合化设计思想与成形方法)，本文介 绍了这一设计思想，探讨了多层复合管制备中的最基本问题，即二氧化锆与不锈钢混合粉末 的挤压成形特性，着重考察了混合粉末的可挤压上限条件， 1高温燃烧器材料设计 考虑到高温燃烧器内外表面具有很高的温度落差(1000~1500℃)，而且需要具有优秀 的耐热冲击和耐热疲劳性能，可以将燃烧器壁材料设计成如图1所示的结构).其中需要耐高 温的内侧为陶瓷，要求结构加工性的外侧为金属，并在内外层之间加上若干过渡层，以减缓金 属层与陶瓷层间的热应力，提高其耐热冲击和耐热疲劳的性能， 采用常规的方法直接制备图1所示的多层复合管是十分困难的.作者等人提出了以金属 与陶瓷粉末为原料，在粉末中加人粘结剂，通过混合→压制挤压坯·多坯料挤压一次直接制 取多层复合管坯2！→脱脂→烧结等工艺，最后获得金属一陶瓷多层复合管的新方法.综合 1997-09-05收稿第一作者男39岁教授 ◆国家自然科学基金及国家教委博士学科点专项基金资助项目

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 】 二氧化错 与不锈钢混合粉末 的 挤压成形 特性 谢建新 陈京平 刘 慧男 北京科技 大学材料科学与工程 学 院 ， 北京 摘要 研究 了在二 氧化错 与不 锈钢 的混合粉末 中加人粘结剂 时的挤压成形 特性 ， 并 着 重 考察 了 混合粉末 的可挤压上 限条件 所用 粘结剂为水溶性轻丙基 甲基纤维素 和水 结果表明 ， 混 合粉末 的可挤压上 限成分 质量分数 随不锈钢粉末含量 的增加而 上 升 ， 当不锈钢粉末含量 体积 分数 为 一 时达到最大 粘结剂 中 的质量分数以 为宜 关键词 复合材料 ， 梯度功能材料 ， 粉末挤压 ， 可挤压性 中图分类号 ， ， 未来多 次往返 式 载人宇宙 飞船 航 天 飞机 要 求 其发 动 机燃 烧器 具有 可 多 次反 复使用 和 长 时 间工 作 的能力 ， 因而 用 作燃 烧器 的材 料 既要 具 有 良好 的结构加 工性 ， 又要 具有优 秀 的耐 高温 、 耐 氧 化 、 耐 热冲 击 和 耐 热疲 劳性 能 单一 材料很 难 满足 这 样 的使 用要 求 采 用合适 的技 术与工 艺将金 属 与陶瓷复合在 一起 ， 使耐 高温 的一 侧 为陶瓷 ， 需 要 结构加工性 的一侧为金属 ， 是解 决 上 述 问题 的较理想 的方法 之 一金 属 与 陶瓷 的复合方 法 有镀层 法 如 ， 法 、 自蔓延 燃烧合成法 法 等 ， 但 因镀层 厚度 或界 面 结 合等 问题 ， 均 难 以 满 足 上 述 高温燃 烧 器 的使用要 求 为此 ， 作者等人提 出 了金 属一陶瓷多层 复合化设计思 想 与成形 方法 川 本文介 绍 了这 一设计思 想 ， 探讨 了多 层 复合管制备 中的最基 本 问题 ， 即二 氧化错 与不 锈钢混 合 粉末 的挤压成形 特性 ， 着重 考 察 了混合 粉末 的可挤压上 限条件 高温燃烧器材料设计 考虑 到 高温 燃烧器 内外 表 面具 有很 高 的温 度 落差 一 ℃ ， 而 且 需 要 具有 优秀 的耐 热冲击和 耐热疲劳性 能 可 以 将燃烧器壁 材料设计成如 图 所示 的结构川 其 中需 要 耐 高 温 的 内侧为陶瓷 ， 要 求结构加工性 的外侧为金 属 ， 并在 内外层 之 间加上 若干过 渡层 ， 以减缓金 属层 与陶瓷层 间的热应力 ， 提 高其耐 热冲击和 耐热疲 劳 的性 能 采用 常规 的方 法 直 接制备 图 所示 的多 层 复合 管是 十分 困难 的 作者等人提 出了 以金 属 与陶瓷 粉末 为 原料 ， 在 粉 末 中加 人 粘结 剂 ， 通 过 混 合 压 制 挤 压 坯 多 坯 料挤 压 一 次直 接 制 取 多 层 复合管坯 卜 脱 脂 烧 结 等 工 艺 ， 最 后 获得 金 属一陶瓷 多 层 复 合管 的新 方 法 综合 一 一 收稿 第一作 者 男 岁 教 授 国家 自然科学基金及 国家教 委博士 学科 点专项 基金 资助 项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1997．06．015

Vol.19 No.6 谢建新等：二氧化锆与不锈钢混合粉未的挤压成形特性 ·591· 考虑高温燃烧器的工作条件、制备时的烧结 温度、金属与陶瓷的热膨胀系数差（应尽可能 冷却 b 地小以减缓各层之间的热应力)等各方面的 因素，本研究选用二氧化锆作为燃烧器内侧 T(2500C Tw 材料，不锈钢作为外侧材料， 乎 作为上述研究的第一步，本文探讨了不 烧 燃烧器外 同比例的不锈钢与二氧化锆混合粉未的挤压 器 侧 成形特性，为了有利于挤压后的脱脂与烧结， T 希望在可以实现正常挤压成形的条件下，所 用粘性剂的添加量尽可能地少.为此，实验着 陶瓷一金属 金属 胸瓷 重考察了不同挤压条件下所需粘结剂的最低 复合层 过渡层 金属 添加比，亦即混合粉末的可能最大含量比，以 图1燃烧器材料的设计 下称其为混合粉末的可挤压上限成分， (a)燃烧器壁构造，b)陶瓷一金属复合层 2实验条件和方法 2.1实验材料 实验中使用的不锈钢粉末为-325目水冷雾化粉末（牌号为00C17Ni14Mo2,表记为 ST),扫描电镜观察表明其颗粒形状为球形，以粒径为5~10μm的粉末占多数；二氧化锆粉 末平均粒径为0.7μ、含2.8%MgO部分稳定的电解粉末.混合粉末中不锈钢粉的体积分数 设定为0%（即纯二氧化锆粉末），10%，30%，50%，70%，90%，100%（即纯不锈钢粉末）共7 种，粘结剂（表记为BND)由粉末状水溶性羟丙基甲基纤维素(Hydroxy-Propyl Methyl-Cellu- lose,略为HPMC和水组成，其中HPMC的质量分数分别选取为5%，10%，15%，20%. 2.2原料粉末的混合 先将按所定比例称量的不锈钢、二氧化锆与HPMC粉末在干态下混合约5min,然后加 人所需量的水混练（研磨）大约15mi.混练后的粉末（以下称为粉末粘性体）密封包扎后在 室温下保存大约24h,以保证水分尽可能地均匀渗透到所 有粉末颗粒的表面，并使HPMC完全溶解.粉末粘性体的 挤压轴 形状依粘结剂添加量的不同而异，粘结剂添加量较少时呈 挤压简 凝聚颗粒状，反之呈橡胶泥状， 2.3成形 成形过程包括预压和挤压两部分，预压成形压力约为 5MPa,加压保持1min.预压的目的是赋予粉末粘性体以 挤压棋 一定的形状，作为挤压成形用坯料.挤压用的工模具如图2 所示.挤压筒内径为Φ15mm,挤压模模孔直径为3.3,4.7， 底坐L分小 6.7mm3种，分别对应挤压比（挤压筒内孔横截面积与模 图2圆棒挤压用工模具组装图

谢建新等 二氧化错 与不 锈钢混合粉未 的挤压成形特性 考 虑 高 温 燃 烧 器 的 工 作 条 件 、 制 备 时 的 烧 结 温度 、 金 属 与陶瓷 的热膨胀系数差 应尽 可 能 地 小 以 减 缓 各 层 之 间 的 热 应 力 等 各 方 面 的 因 素 ， 本 研 究 选 用 二 氧 化 错 作 为燃 烧 器 内侧 材料 ， 不 锈钢作 为外侧材料 作 为 上 述 研究 的第一 步 ， 本 文 探 讨 了不 同 比例 的不 锈钢 与二 氧化 错混 合粉末 的挤压 成形 特性 为 了有 利 于 挤 压后 的脱 脂 与烧 结 ， 希望 在 可 以 实 现 正 常挤 压 成 形 的 条件 下 ， 所 用粘 性 剂 的添 加量 尽 可 能地 少 为此 ， 实 验着 重 考 察 了不 同挤 压条 件 下 所需 粘 结 剂 的最低 添加 比 ， 亦 即混合 粉 末 的可 能最 大含 量 比 ， 以 下称其 为混合粉末 的可挤压上 限成分 冷却 几 胆 牛 燃烧器外侧 … 陶瓷一金属 盆属 复合层 陶瓷 过渡层 金 属 图 燃烧器材料的设计 燃烧器壁构造 ， 伪 陶瓷一金属复合层 实验条件和方法 实验材料 实 验 中使 用 的 不 锈 钢 粉 末 为 一 目水 冷 雾 化 粉 末 牌 号 为 预 ， 表 记 为 ， 扫描 电镜观 察表 明其颗粒形 状 为球形 ， 以 粒径 为 一 林 的粉末 占多 数 二 氧化错粉 末 平 均 粒 径 为 卜 、 含 部 分 稳 定 的 电解 粉 末 混 合粉 末 中不 锈 钢 粉 的体积分 数 设定 为 ， 即纯二 氧化错粉末 ， ， ， ， ， ， ， 即纯不 锈 钢粉末 共 种 粘结剂 表记 为 由粉末状水溶性 经丙 基 甲基纤 维素 一 一 卜 ， 略为 和水组成 ， 其 中 的质量 分数分别 选取 为 ， ， 巧 ， 原料粉末的混合 先 将按所定 比例称量 的不 锈钢 、 二 氧 化 错 与 粉末 在 干 态下 混 合 约 而 ， 然 后 加 人 所需 量 的水混 练 研磨 大 约 混 练后 的粉 末 以 下 称 为粉 末 粘性 体 密封 包扎后 在 室温 下保存 大 约 ， 以 保证水分尽 可 能地 均 匀 渗透 到 所 有 粉末 颗 粒 的 表 面 ， 并 使 完 全 溶解 粉 末 粘 性 体 的 形状依 粘 结 剂 添 加 量 的不 同而 异 ， 粘 结剂 添加 量 较少 时呈 凝 聚颗粒状 ， 反 之呈橡胶泥状 成形 成形 过 程 包括 预压 和 挤 压 两 部 分 预 压 成形 压力 约 为 侧 ， 加 压 保 持 而 预 压 的 目的是 赋 予 粉末 粘 性 体 以 一定 的形状 ， 作 为挤 压成 形 用 坯 料 挤 压 用 的工模具 如 图 所示 挤压 筒 内径 为 中巧 ， 挤 压 模 模 孔 直 径 为 ， ， 种 ， 分别 对应 挤 压 比 挤 压 筒 内孔 横 截 面 积 与模 中 半 乙摊 曰 氮 「 展浪 而 压模 图 圃棒挤压用 工模具组装图

·592 北京科技大学学报 1997年第5期 孔面积之比)R=20,10和5；模角a=60°，模孔定径带长度la=10mm为一定 挤压在室温下进行，挤压时挤压轴速度为0.17mm/s(即10 mm/min).挤压设备为49kN 材料实验机(5tMTS). 3实验结果与讨论 粘结剂中HPMC质量分数为10%、不同挤压比(R=5,10,20)时的可挤压上限成分曲线 (混合粉末的可挤压上限成分与粉末组成比关系曲线)如图3所示.图中“。”表示可以顺利挤 压成形、制品外观无缺陷；“△”表示粉末从模孔挤出前，挤压力迅速上升，接近工模具的强度 极限，人为地中止了挤压（以下称此种情况为不能实现挤压）；“×”表示挤压虽能进行，但成形 制品（圆棒）表面产生了宏观裂纹，制品为非健全；“口”表示虽能挤压，但成形品极软，保形性 差.定义与“×”或“△”相邻近的“。”点为混合粉末的可挤压上限成分，由图中可以看出，当挤 压比R=5时，成形上限成分以制品表面上出现宏观裂纹为标志；当挤压比R=20时，成形上 限成分以不能实现挤压为标志；而当挤压比R=10时，情形介于上述二者中间，即超过上限 成分时可能在制品表面上出现宏观裂纹，也可能出现不能实现挤压的情况， 96 =20 92 90 88 86 甘PMC content in binder:10 o 204060.801000204060801000204060￥ 80100 P(STN/% P(STN)/% (STN/% 图3不同挤压比的可挤压上限成分曲线 。表示挤压顺利，制品外观无缺陷；×表示制品有宏观裂纹 △表示不能实现挤压；口表示能挤压，但制品保形性差 混合粉末的含量超过可挤压上限成分（即粘结剂的含量低于最低需要量）时，上述由于挤 压比不同而变形行为不同的理由如下，当混合粉末的含量接近可挤压上限成分时，挤压负荷 随挤压比的增加而迅速上升，挤压比R=5时，不论是何种组成比的混合粉末，即使其含量达 到可挤压上限成分，所需最大单位挤压力也只有约5~20MPa,挤压变形区内静水压力很低， 粉末粘性体不容易被压结，因而当混合粉末的含量增加而超过可挤压上限成分时易在制品表 面出现裂纹；而当挤压比R=20时，所需最大单位挤压力可达200~250MPa,挤压变形区内 静水压力很高，粉末粘性体在高压作用下易产生脱水现象，脱水又导致粘结剂含量降低，所需 挤压压力上升，如此不利影响交互作用而导致不能实现挤压 比较图3中不同挤压比的可挤压上限成分曲线可知，对于纯二氧化锆粉末或不锈钢粉末 含量较低的混合粉末，挤压比R=10的可挤压上限成分高于R=5,20的情形

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 孔 面积之 比 ， 和 模 角 。 ， 模孔 定 径带长度 为一定 挤 压 在 室 温 下 进 行 ， 挤 压 时挤 压 轴 速 度 为 “ 即 对 挤压设备为 材料 实验机 实验结果与讨论 粘结 剂 中 质量 分数为 、 不 同挤压 比 ， ， 时 的 可挤 压 上 限成分 曲线 混合 粉末 的可 挤压上 限成分 与粉末 组成 比关 系 曲线 如 图 所示 图 中 “ ” 表示 可 以 顺利挤 压成 形 、 制 品外 观 无缺 陷 “ △ ” 表示 粉 末 从模 孔 挤 出前 ， 挤压力 迅 速 上 升 ， 接 近 工模具 的强度 极 限 ， 人为地 中止 了挤压 以 下 称此 种情 况 为不 能实现挤压 “ ” 表示 挤压虽能进行 ， 但成形 制 品 圆棒 表 面产 生 了宏 观 裂 纹 ， 制 品 为非 健全 “ 口 ” 表示 虽 能挤 压 ， 但 成形 品极 软 ， 保形 性 差 定义 与 “ ” 或 “ △ ” 相邻近 的 “ ” 点为混合粉末 的可挤压上 限成分 由图 中可 以看 出 ， 当挤 压 比 时 ， 成形 上 限成分 以 制 品表 面上 出现宏观裂纹为标志 当挤压 比 时 ， 成形 上 限成分 以 不 能实现挤压 为标志 而 当挤 压 比 时 ， 情形 介于 上述二者 中间 ， 即超 过 上 限 成分 时可 能在制 品表面上 出现宏观裂 纹 ， 也 可能 出现不 能实现挤压 的情况 「 止 上 土 」「 一 一 ， 上 上习 口 赶 」 文 上 一 一丁厂一 丫一 一 万一 · 艺日巨洲 五 一 写〔 二 ， 牙 气引「于浪 一 只 一尺 一 一十一 十 炭目二卜 只蕊 一 一 门 一 弓一七 乞 土 ‘ 土 ‘ 一 人 少 」 一飞 丁 － ，了 一 门「 「、 厂一篆 一 土 口 二 犷 、 「一 「「 尸、 丫 一 下一 「 平门 厂 盆 二一 一二 「「一「一 厂 一 一飞一 滩 「「一 丁一 犷一 一「一 生 」 上 蒙艾二二 「一丁尸 勺 卜 －了一 一 一 二巨 「二工 〔 自泣二 二二巨 上 上」 「 矛仁」 一 「〔…不二 卜 一 仁「井 匕 虹 红 上 一 一了厄 卜 一理二 「艺 二「’「一 〕江二「 一 二二二卫 了 广 「三 一 一 一 日汉 一 一 月「 「「 尹 一 「 一 一 「刃一一一 一 一 刁 「了丫一二 仁 「 江二「一下一 军 一 曰 一门 盯 巨 巨杯哪叮回 犷 几 应拭 万巨团区到 份一 一 一 一 厂 一 一了 一 巴竺 余链决月︵丫岁、 沪 瓜 试 从 图 不同挤压比的可挤压上限成分曲线 沪 。 表示挤压顺利 ， 制品外观无缺陷 表示制品有宏观裂纹 △表示不能实现挤压 口 裹示能挤压 ， 但制 品保形性差 混合粉末 的含量 超 过 可 挤压上 限成分 即粘 结剂 的含 量低于 最低需 要 量 时 ， 上述 由于挤 压 比不 同而 变 形 行 为不 同 的理 由如 下 当混合粉末 的含 量 接 近 可 挤压上 限成分 时 ， 挤压 负荷 随挤 压 比的增加 而 迅 速 上 升 挤 压 比 时 ， 不 论是 何种组成 比的混合粉末 ， 即使其含量 达 到 可 挤压 上 限成分 ， 所需 最 大 单位挤 压力 也 只 有 约 一 ， 挤压变形 区 内静 水压力很低 ， 粉末粘性 体不容易被压结 ， 因而 当混合粉末 的含量 增加而 超过可挤压 上 限成分 时易在制 品表 面 出现裂 纹 而 当挤压 比 二 时 ， 所需 最 大 单位挤 压 力可 达 一 ， 挤压 变 形 区 内 静水压力 很 高 ， 粉末粘性体在 高压 作用下 易 产生脱 水现象 ， 脱 水又 导致粘 结剂含量 降低 ， 所需 挤压压力上 升 ， 如此不 利影 响交互作 用 而 导致 不 能实现挤 压 比较 图 中不 同挤 压 比的可挤压上 限成 分 曲线 可 知 ， 对于 纯二 氧 化错粉 末 或不 锈 钢粉末 含量 较低 的混合粉末 ， 挤 压 比 二 的可 挤 压上 限成分高于 二 ， 的情形

Vol.19 No.6 谢建新等：二氧化锆与不锈钢混合粉未的挤压成形特性 ·593· 图4，图5，图6所示分别为挤压比R=5,10,20时，粘结剂中HPMC的含量对混合粉末的 可挤压上限成分曲线的影响.从图中可以看出，无论哪种情形，混合粉末的可挤压上限成分在 纯二氧化锆粉末时为最低，其质量分数范围大致为83%~88%.其后随混合粉中不锈钢粉末 含量的增加而上升，当不锈钢粉末在混合粉末中的体积分数达到70%~90%时，可挤压上限 成分达到最高.大多数情况下100%不锈钢粉末的可挤压上限成分有所下降，其范围大致为 93%~95%. R=5 94 R10 92 P o的 92 5% WH-5% 90 10 w=10% 90 10 管 88 4=10% 88 wP15% 12 86 代=I5% 14 86 w-20% 14 忧=20% 16 喝 16 82 18 82 18 0 20 40.60 80 100 0 20 4060 80100 P(STN)/% (STN)/% 图4HPMC含量对可挤压上限成分曲线的影响 图5HPMC含量对可挤压上限成分曲线的影响 wa为HPMC在粘结剂中的质置分数 wH为HPMC在粘结剂中的质量分数 与纯不锈钢粉末相比，纯二氧化锆粉末的 可挤压上限成分质量分数低7%~10%.这是 94 R20 因为二氧化锆的密度较低，粉末粒度也比不锈 钢粉末小得多.同样质量的二氧化锆粉末与不 % 10 w=5% 锈钢粉末，前者粉末表面积远大于后者，因而 壁 88 wH=10% 112 成形所需的粘结剂的量就多，此外，2种粉末的 wF15% 86 wF20% 14 表面形貌不同也对其可挤压性产生影响， 16 由图4，图5，图6可知，对于不锈钢含量较 82 18 低（即富二氧化锆）的混合粉末，粘结剂中 0 20 4060 80100 P(STN)/% HPMC的质量分数为5%~10%时具有较高 图6HMPC含量对可挤压上限成分曲线的影响 的可挤压上限成分；而对于不锈钢含量较高 wH为HPMC在粘结剂中的质量分数 (p>50%)的情形，粘结剂中HPMC的质量分数 为10%~15%时对应于较高的可挤压上限成分.当粘结剂中HPMC的含量为20%时，绝大 多数情况下，可挤压上限成分明显低于HPMC含量为5%~10%时的情形.其理由可以认为 是，当粘结剂总量不变时，水的含量随HPMC含量的增加而减少，致使HPMC不能充分溶解 而难以发挥作用.综合上述结果，并考虑到为有利于脱脂与烧结，有机添加剂(HPMC的量应 尽可能地少的原则，可知在本文的实验条件下，粘结剂中HPMC的含量以10%为宜

谢建新等 二氧化错 与不锈钢混合粉未 的挤压成形 特性 图 ， 图 ， 图 所示 分别 为挤压 比 ， ， 时 ， 粘 结 剂 中 的含量 对混合粉末 的 可挤压 上 限成分 曲线 的影 响 从 图 中可 以 看 出 ， 无论 哪种情形 ， 混合粉末 的 可挤压上 限成 分在 纯二 氧化错粉末 时为最低 ， 其质 量 分数 范 围大 致 为 一 其 后 随混合 粉 中不 锈钢 粉末 含量 的增 加 而 上 升 ， 当不 锈钢粉末 在 混合粉末 中的体积分数达到 一 时 ， 可挤压上 限 成分 达 到 最 高 大多 数情 况 下 不 锈钢粉末 的 可挤压 上 限成分有所 下 降 ， 其 范 围大 致 为 一 异拼荞 买织姆岁丫 … 一 … ‘ 厂 沂 ’ ，” 勺 」 沂 余镶经月、岁︵︶沁 众链睽叫、︶岁︵全 姗锌买︶︵、岁惫 图 含 对可挤压上限成分 曲线的影响 为 在粘结剂中的质且分数 … ， 一 一习 沪 图 含 对可挤压上限成分曲线的影响 为 在粘结剂 中的质 分数 姗姆蒸丫岁、︵ 与纯不 锈 钢粉末 相 比 ， 纯二 氧 化错 粉末 的 可挤 压 上 限成分 质量 分数低 这 是 因为 二 氧化 错 的密度 较 低 ， 粉末粒度 也 比不 锈 钢粉末 小 得 多 同样 质量 的二 氧化错 粉末 与不 锈钢粉 末 ， 前 者 粉 末 表 面 积 远 大 于 后 者 ， 因而 成形 所需 的粘结剂 的量 就多 此外 ， 种粉 末 的 表面形 貌不 同也对其可挤压性 产生影 响 由 图 ， 图 ， 图 可 知 ， 对于 不 锈 钢含 量 较 低 即 富 二 氧 化 错 的 混 合 粉 末 ， 粘 结 剂 中 的 质 量 分 数 为 一 时 具 有 较 高 的 可 挤 压 上 限 成 分 而 对 于 不 锈 钢 含 量 较 高 伽 的情形 ， 粘结 剂 中 的质量 分数 粼锁才厂亡 洲一口一 ‘ 一 一 求链医月︶岁、︵禽 价 图 含 对可挤压上 限成分 曲线的影响 为 在粘结剂中的质 分数 为 一 巧 时对应于 较高 的可 挤压 上 限成分 当粘结剂 中 的含 量 为 时 ， 绝 大 多数情况下 ， 可挤 压上 限成分 明显低于 含量 为 一 时的情形 其理 由可 以认 为 是 ， 当粘 结 剂总量 不 变 时 ， 水 的含量 随 含量 的增 加 而 减 少 ， 致使 不 能充分 溶解 而 难 以 发 挥作 用 综合 上 述 结果 ， 并 考 虑 到 为有 利 于脱脂 与烧结 ， 有 机 添加 剂 的量 应 尽 可 能地 少 的原则 ， 可 知在 本文 的实验条件下 ， 粘结 剂 中 的含 量 以 为宜

·594· 北京科技大学学报 1997年第5期 4结论 (I)当粘结剂中水溶性羟丙基甲基纤维素(HPM©的含量一定时，挤压比R5的成形品表 面容易产生裂纹，而R=20时挤压过程中易产生脱水，影响挤压的正常进行.大多数情况下， R=10的可挤压上限成分高于R=5,20时的情形. (2)在本文实验条件下，纯二氧化锆粉末的可挤压上限成分的质量分数为83%~88%，纯 不锈钢粉末为93%~95%，而混合粉末的可挤压上限成分介于两者之间. (3)粘结剂中水溶性羟丙基甲基纤维素的质量分数以10%为宜， 参考文献 1谢建新，21世纪的先进复合材料加工技术，见：材料科学技术进展与展望.北京：中国科学技术出版社， 1995.561 2谢建新，左铁鳙，陈中春，池田圭介，等，新型复合材料成形方法一多坯料挤压法.材料研究学报，1995， 9(suppl):652 3谢建新.多素材押出儿法仁上石中空品)成形加工仁关才石研究：[博士论文].日本仙台：东北大学， 1991 4陈中春，谢建新，池田圭介.粉末多素材押出法二上芝儿了二了/天于之↓天二层バ亻寸②成形.塑性 七加工，1995,36：1003 Extrusion Characteristics of Composite Powders of Stainless Steel and Zirconia Xie Jianxin Chen Jingping Liu Huinan Materials Science and Engincering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The extrusion characteristics of composite powders of stainless steel and zirconia have been researched experimentally,and the upper extruded composition of the composite powders being discussed.Hydroxy-propyl methyl-cellulose (HPMC)and water was used as the binder for the extrusion.The results show that the extrudable upper composition increases with increasing the stainless steel powder content in composite powder,and that the reasonable content of HPMC in the binder being 10%. KEY WORDS composite material,functionally gradient material,powder extrusion,extrud- ability

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 结论 当粘 结剂 中水溶性 轻丙基 甲基纤 维 素 的含量 一定 时 ， 挤 压 比 的成形 品表 面容易产生裂 纹 ， 而 时挤压过 程 中易 产生脱水 ， 影 响挤压 的正 常进行 大多数情况下 ， 的可挤压上 限成分 高于 二 ， 时 的情 形 在 本 文 实验条件下 ， 纯 二 氧化 错粉末 的可 挤压 上 限成 分 的质量 分数 为 一 ， 纯 不锈钢粉末 为 一 ， 而混合粉末 的可挤 压上 限成分介于 两者之 间 粘 结剂 中水溶性 轻丙 基 甲基纤 维 素的质量 分数 以 为宜 参 考 文 献 谢建新 世纪 的先进复合材料加 工 技术 见 材料 科学技 术进展 与展望 北京 中国科学 技 术 出版社 ， 谢建新 ， 左铁墉 ， 陈中春 ， 池 田 圭介 ， 等 新 型 复合材料成形 方法一多坯料挤压法 材料研究学报 ， ， 谢建新 多 素材押 出 法 忆 丈 石 中空 品 。 成 形 加 工 忆 关 才 石 研 究 〔博 士 论 文 日本仙台 东北 大 学 ， 陈中春 ， 谢建新 ， 池 田 圭介 粉末 多素材押 出 法 仁 上 石 少 沙 ， “ 久 夕 夕 卜 久 二层‘ 布 了 刃 成形 塑性 己加工 ， ， 加 天花 对 石 从 理 ， ， ， 七 面 代。 苗 ， 一 一 丁 ， ， ， ， 仃