钽铌固溶体粉末的粒径分布是影响其成型密度与烧结活性的关键因素,直接决定蕞终制品的致密性、微观结构均匀性及力学性能。
一、对成型密度的影响:
合理的粒径分布(即“级配”)可显著提高粉末的堆积密度。若粉末为单一粗颗粒(如>45 μm),颗粒间空隙大,压制成型时难以充分填充,导致生坯密度低、孔隙率高;而纯细粉(如<10 μm)虽比表面积大,但流动性差、易团聚,压制时气体难以排出,同样限制致密化。理想的粒径分布应包含一定比例的粗粉(提供骨架支撑)与细粉(填充间隙),例如D10≈5 μm、D50≈20 μm、D90≈45 μm的宽分布体系,可实现更高松装密度和压制密度,减少后续烧结收缩不均。
二、对烧结活性的影响:
烧结驱动力主要来源于表面能,细粉因比表面积大、表面原子比例高,具有更强的烧结活性,可在较低温度或较短时间内促进致密化。然而,若细粉比例过高,一方面易氧化引入杂质,另一方面在烧结初期快速致密化可能封闭内部孔隙,阻碍物质迁移,形成闭孔缺陷。相反,粗粉烧结活性低,需更高温度或更长时间才能致密,但有助于控制晶粒长大。适度宽化的粒径分布可实现“梯度烧结”:细粉率先致密形成网络,粗粉随后缓慢收缩,既提升整体致密度,又抑制异常晶粒生长。
此外,过宽或双峰分布不当可能导致成分偏析或局部收缩差异,引发变形或开裂。因此,在制备钽铌固溶体粉末时,应根据成型工艺(如模压、CIP、MIM)和烧结制度,优化粒径分布——通常推荐D50在15–30 μm、Span值((D90−D10)/D50)控制在1.0–1.8之间,以平衡流动性、成型性与烧结活性,获得高密度、均匀组织的高性能制品。