粉末冶金（Powder metallurgy），是一種以金屬粉末（mò）為原料，經壓製和燒結製成各種（zhǒng）製品的加工方法。粉末冶金工藝包含三個主要步驟，首先，主要組成材料被分解成許（xǔ）許多多（duō）的細小（xiǎo）顆粒（lì）組成的粉末；然（rán）後，將粉末裝入模具型腔，施以（yǐ）一定的壓力，形成具有所需零件形狀和尺寸的壓坯；最後，對壓坯進行燒（shāo）結（jié）。

粉末（mò）冶（yě）金零件生產工藝的本質性優勢是，具有零件（jiàn）最終成（chéng）形能力和材料（liào）利用率很高。

金屬粉末的（de）重要性質

1.顆粒（lì）形狀：粉末顆粒的形狀與粉末的製造方法有（yǒu）關，越不（bú）規則的粉末在壓（yā）實時，壓胚的強度越（yuè）大。

2.細度（dù）：指粉末顆粒的尺寸大小，係利用篩子檢查其尺寸，並以（yǐ）分級方法，決（jué）定顆粒尺寸的分布（bù），越細的粉末，燒結性越好。

3.粉末顆粒尺寸分布（bù）（Particle Size Distribution）：指每一級標準的顆粒數量（liàng）。

4.可流動性（Flowability）：指粉（fěn）末可經流動而充滿模穴（xué）的（de）情（qíng）形，係以（yǐ）流經一固（gù）定小孔的流率來訂定之，可利（lì）用添加硬脂酸鹽於粉末中來增加（jiā）流動性（xìng）。

5.可壓縮性（Compressibility）：指壓縮前粉末的容積，與壓（yā）縮後所得物件的體積（jī）比。

6.視密度（Apparent Density）：指每單位體積的重量。

7.燒（shāo）結性（xìng）（Sintering）：指利（lì）用溫度使各金屬顆粒互相結合的操（cāo）作（zuò），燒（shāo）結性越（yuè）好者，表示其可使用的（de）溫度範圍越大，越易於燒結。

8.多孔性（Porosity）：指空隙體（tǐ）積與全部體積的比，可由顆粒大小與分布情形調整之。

步驟

製造（zào）金（jīn）屬粉末

雖然所有的金屬都可以製成粉末，但在實用性與經濟性考量下，常用作此項用途者有鐵與銅。其中，黃（huáng）銅（銅與鋅合金）與鐵多用於各（gè）種機件的製造，青銅則常用於多孔性軸承的製造。

由於金屬的物理與化學性質不同，製造（zào）粉末的方（fāng）法也不同，所（suǒ）得的顆粒大小（xiǎo）、形狀也不相同，常（cháng）見的製造方法有：

切削法

用於鎂及其合金，因鎂易（yì）燃，以切削方式加工（gōng）時便於冷卻。所（suǒ）得的顆（kē）粒大。

滾磨（mó）法

包括使用軋碎機、旋轉滾磨機及搗碎機等，可（kě）用於脆性材料（以壓（yā）軋或撞擊方式），作成不規則顆粒；亦（yì）可用（yòng）於延性材料，以製造油漆顏料的片狀顆粒。

霧化法

用於低（dī）熔點的金屬（shǔ），如鉛、錫、鋅等（děng），將之加（jiā）熱到熔融狀態，再以噴漆原理在氣流中噴射成極細的微粒。

成粒法

將金屬加（jiā）熱到熔融狀（zhuàng）態（tài），並於凝固成固體時，加（jiā）以攪拌，成為小顆粒狀。

還原法

使用粉狀的金屬氧化物，在熔點下與還原性的氣體接觸，直接得到金屬粉末，例如鐵粉的（de）製造。

電解法

用於鐵、銀、鉭及若幹金屬粉末；係以鋼板置於電解液中，作為陽極，不鏽鋼（gāng）作為陰極，通電後鐵粉沉積在陰極上，經剝下電積鐵粉（fěn），再予以衝洗、過篩、分成各種粗細，而後再予以退火軟化。

預製合金（jīn）粉末

所謂“預製合金粉末”係指合金（jīn）粉末是（shì）用（yòng）完全熔化的合金來製成，以（yǐ）不鏽鋼或各種高等合金為例，若以純金屬粉末來混合，將無（wú）法（fǎ）達到預期的效果（因純金（jīn）屬混合時，燒結溫度係在熔點以下，無法使純金屬變成合金），故先製成合（hé）金後，再製成粉末。

預（yù）敷粉末

將金屬粉末通過敷層金屬的蒸汽（qì），使表麵凝聚一（yī）層敷層（céng）金屬，這種（zhǒng）金屬粉末即稱之為“預敷粉末”，此粉末在燒結後，可使製品具有此一敷層金屬的特性。

成形

將粉末送入模中（zhōng）加壓成形前，必須慎（shèn）選（xuǎn）粉末，以使製品達成經濟性要求，並且在壓實後，可以得到所要的性（xìng）質。

當（dāng）僅使用一種（zhǒng）粉末時（shí），隻要顆粒大小及分布適當，即可送入模中加壓（yā）成形。

當為增加粉末流動性或密度，必須摻入不同尺寸的粉末顆粒時，混合粉末常加入（rù）潤（rùn）滑劑（如硬脂酸、硬脂酸鋰或（huò）粉末石墨），以減少粉末間的相（xiàng）互粘著，並降低壓製時模壁的磨擦阻力，使成品（pǐn）易於脫模；可是，潤滑劑的加入，卻會使產品在燒結後，容（róng）易出（chū）現孔眼（yǎn）。

常見的成形法有：

壓製法 Pressing

壓製是將混合（hé）妥（tuǒ）當的定量粉（fěn）末置於鋼模內（nèi），用每平方吋數千磅到二十萬（wàn）磅的壓力，在（zài）模中壓製成形的方法。其中，壓力的大小則依粉末的性質而異，對於軟質（可塑性高（gāo））的粉末而言，不需（xū）要（yào）太高的壓力（lì），則可使其互鎖（suǒ）而得到頗為密實，且（qiě）具有適當強度的壓製件；對於脆性（xìng）、高硬度的粉末而言，則需要較高的壓（yā）力（lì）。

壓製法所使用的壓力（lì）機，可分成（chéng）：

1.機械式：動作快，操作簡易。

2.液壓（yā）式：適用於大件或需要大壓力者。

模子與衝頭間的配（pèi）置方式，則可分為：

1.單動作模：僅有一（yī）個衝模。

2.雙動作模：具（jù）有上下兩個衝頭（下圖所示），其中，下（xià）衝頭除了具有加壓的作用（yòng）外，亦具有在壓製完成（chéng）後，將（jiāng）壓製件自模中挺（tǐng）射出模的任務；而模（mó）子的設計，必須具有適當的（de）拔模角，以利脫模（mó）。

至於衝頭的行程，全視粉末的壓縮比而定。

離心壓製法 Centrifugal Compacting

離心壓製法在操（cāo）作上，係將金屬粉末置於模內，在高（gāo）速旋轉下，產生離心力，並作用（yòng）在每一個金屬顆粒上，以壓製重金屬粉末（如碳化鎢等工具（jù）材料）。此法僅適用於形狀簡單，斷麵均勻的小製品。

粘鑄法（fǎ） Slip Casting

將金屬粉末（mò）與一種漿質材（cái）料混合後，注入石膏（gāo）模中，利用石膏的多孔性，吸收多餘的液體，使漿（jiāng）中的粘性物質及金屬粉末留在石膏模內，成為類似普通鑄造法的鑄件（jiàn）。此法類似陶瓷的造形法，當用於中空件時，可在混合漿質（zhì）於靠近石膏（gāo）模麵（miàn）粘結到適（shì）當厚（hòu）度時，將多餘的漿（jiāng）液傾出，留下一層殼式的粘結件。

擠製法 Extruding

用於以金屬粉末製造長條形的製品或型材時，如（rú）核能固（gù）體燃（rán）料棒（bàng）及其他高溫金（jīn）屬。可（kě）依材料性質分成：

1. 冷擠法

2. 熱（rè）擠法（先加熱至適當溫度）：在熱擠法中，通常先將粉末壓製成塊，然後加熱或燒結於非氧化氣體中，或置於密（mì）封金屬容器中，以防（fáng）止氧化。

重力燒結法 Gravity Sintering

用於化學工業中的過（guò）濾用多孔（kǒng）性金屬板的製造，其方（fāng）法為：將金屬粉末均勻分布（bù）在陶瓷盤上（厚（hòu）度依需要而定），然後在分解的阿姆尼亞氣（qì）體中，以高溫燒（shāo）結之；其過程中未加上其他壓力，僅是靠高溫可塑狀態下的重力結（jié）合之。燒結後的金屬（shǔ）板，可再施行滾軋，以控製厚度，並增加（jiā）表麵光平度（dù）。

等壓模造形法 Isostatic Molding

將金屬粉末置於模中，以（yǐ）液壓或氣體直接加壓在金屬粉粒上；由於各（gè）處（chù）所受的壓力均相同，因此，製品的密度甚為均勻，且各方強度（dù）均一。右圖所示為一中空筒形壓（yā）製胚等壓模造形裝置的切麵圖。

滾軋法 Rolling

將金屬粉（fěn）末（mò）自漏鬥中漏落（luò）於兩個輥（gǔn）子之間，借由滾軋的壓力，使粉末（mò）互相鎖成板片（piàn）狀，然後再（zài）送到燒結爐中燒結。燒（shāo）結後，可再送到滾軋機滾軋，以控製其厚度，增加表麵光平（píng）度，必要時（shí），亦可（kě）進（jìn）一步作熱處理（lǐ）。此法可（kě）作連續性（xìng）操作，宜於大量製（zhì）造。

爆炸力壓製法 Explosive Compacting

以爆炸的爆炸力來壓製粉末的生壓件（壓胚），由於爆炸的壓力非常高，可使可塑性（xìng）低的金屬產生極高的密度及互鎖強度，縮短燒結時間，降低因燒結（jié）而產生的收縮率。其中，爆炸的壓（yā）力（lì）可借由推動柱塞來推動，以壓縮粉末，亦可經由防水袋的設（shè）計（jì），傳遞壓力給粉末。

金屬纖維法 Fiber Metal Process

先將極細的金（jīn）屬棉或線，切成一定的（de）長度，成為金屬纖維，各纖維予以彎曲，互相嵌扭作（zuò）成亂線（xiàn）狀，並與一種液體糊狀物混（hún）合，澆注多孔性（xìng）的底盤上，待（dài）液體漏盡，即形（xíng）成亂線一樣的金屬纖維所組成的‘席子’，然後加壓並燒結之；或再施（shī）以滾軋或以對（duì）壓模壓緊，以增加密度。

燒結(sintering)

將生壓件加熱到適（shì）當的溫度，以增加其機械強度及（jí）硬度的操作，稱之為燒結。燒結的過（guò）程（chéng）中，晶（jīng）粒界麵首先成形，進而造成晶粒的再（zài）結晶，而高溫使（shǐ）金屬的表麵的可塑性提高，並（bìng）建立一（yī）層液體的網組織，可改進相互間的（de）機械互鎖性質；另外，金（jīn）屬中溶解的氣體，亦可在高溫下被驅除淨盡。

至於（yú）燒結的溫度，則通常都在主要組成金屬的熔點之下，而燒結時間，則約在 20－40 分鍾之間，此（cǐ）外（wài），燒結（jié）的過程中，為避免（miǎn）粉末與大氣接觸而氧化，可使用還原性蒙氣或氮氣，以（yǐ）阻止高熱時形成有害的（de）氧（yǎng）化（huà）層。

此外（wài），生壓件燒結後，因製品形狀、顆粒（lì）大小與分配、化學組成、燒（shāo）結操作情（qíng）形、壓力大小（xiǎo）等因（yīn）素，使尺寸或有增長或縮短的稍微差異。

熱壓法 Hot Pressing

熱壓法是將粉（fěn）末的加壓與燒（shāo）結同時在一個模子內完成的加工法，常用（yòng）於碳化鎢工（gōng）具材料的製造。

此法具有提（tí）高製品強度、硬度、精密度（dù）等優點、但因（yīn）加熱是在加壓的同時進（jìn）行，因此，所使（shǐ）用的（de）模子必須是耐熱材質，且（qiě）加熱（rè）蒙氣及時間長短不易控（kòng）製；另外，在處理高溫（wēn）合金時，必須使用石墨模，但由於（yú）石墨模的強度甚低（dī），僅能使用（yòng）一次，消耗量頗大。

火花燒結（jié）法 Spark Sintering

火花燒結（jié）法也是（shì）加熱與加（jiā）壓同時在一個模子內完成的燒結法（fǎ），隻不過加熱方式與熱壓法不（bú）同，且所需的時間也甚為短暫，頗似照相用閃光燈一般，通常約為12－15秒，而（ér）所得的製品頗為密實（shí）。

其中，加熱的過程係先將直流電能儲存在電容（róng）器內，於燒結（jié）時（shí）放電，產生高能量的火花（約 1－2秒），先將（jiāng）粉末（mò）表麵的不純物去除，火花（huā）之後，可產生新的結晶，然後在壓力（lì）之下，使顆粒間更為密實。此法除可用於碳化物（wù）等高溫金屬的燒結外，亦可用於鋁、銅、青銅（tóng）、鐵（tiě）及（jí）不（bú）鏽鋼等。

完成加工法

滲油（yóu）處理（Oil Impregnation）

滲油處理（lǐ）係將燒結的軸（zhóu）承，浸入潤滑油中加熱，並且維持相當的時（shí）間，或真空處理（時間可以縮短）；此時，軸（zhóu）承借由多孔性的毛細管作用，吸存潤滑油，並於轉動時釋出。

金屬滲入（Infiltration）

係指將低熔點的熔融金屬滲入多孔性的燒結製品中，以減少孔隙體積，增加機械強度。金屬在滲入之前，可先作化學處理，以增加滲（shèn）入範圍。

尺寸矯正（Sizing）及（jí）壓印（Coining）

係將燒結物放（fàng）置在與壓模相（xiàng）似的模（mó）內，再壓（yā）一次，以得到正確尺（chǐ）寸（cùn）或麵層（céng）花紋。此（cǐ）方法屬於冷加工，具有增加表麵層硬度、光（guāng）平度、尺寸精度與密度等特點。

熱處理（Heat Treatment）

由於粉末冶金（jīn）製品（pǐn）的密實程度不及實體合金，因此，熱（rè）處理的效果較差（因多（duō）孔性有礙熱傳遞），但實施（shī）熱處理有助於改進其機械（xiè）性質。

電鍍（Plating）

高（gāo）密度的模壓件（jiàn），可直接實施普通標準（zhǔn）方式的電鍍，但中低密度的模壓件，必須以珠（zhū）擊法（Peening）、擦光法（fǎ）（Burnishing）或塑膠樹脂滲入法以封閉麵層的孔隙，再能實施普通標準方（fāng）式的電鍍。 注意：不（bú）可使用鹽（yán）類滲入，以免在電鍍時起泡。

切削加工（Machining）

對於螺孔、溝槽、挖切或側孔等無法在模中壓（yā）製（zhì）出來者，仍須以傳統的機（jī）器切削之，而所使用的切削工具，以碳化鎢材質為宜，所使（shǐ）用的冷卻劑，則必須避免使製品鏽蝕。

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