燒結零件是一種將金屬或陶瓷粉末以模具成型後,透過比熔點低的溫度進行凝固的加工方式。這種方式具有多種優點,如節能、減少材料損失、省去二次加工等。使用數位顯微鏡觀察燒結零件,可以進一步了解其表面的紋理、孔隙度等細節特徵,並進行精確的量測分析。

使用數位顯微鏡觀察、量測燒結零件

燒結加工的優缺點

燒結加工不需熔解材料,因此活用於各式各樣零件的製造。

燒結加工的優點
  • 只要能做成粉末,近乎全部的材料都可使用
  • 幾乎不需要二次加工
  • 材料損失少
  • 可以成型複雜形狀
  • 自由調合材料
  • 具有氣孔,因此可以輕量化
  • 亦可加工高熔點的材料
燒結加工的缺點
  • 加工成粉末,因此材料費高
  • 燒結時會發生收縮
  • 相較於鑄造及沖壓,強度等機械性質差

燒結加工的原理

固體粉末的表面有未結合的原子、分子、離子,因此為不穩定的狀態。加熱固體粉末後,會形成稱為頸部的結合部。原子、分子、離子從粉末粒子的表面移動擴散至頸部,頸部變大,表面積減少。頸部隨著燒結的初期、中期及後期變大,密度上升,完成燒結品。

粉末成型體
初期
中期
後期
  1. A:頸部
  2. B:開氣孔
  3. C:閉氣孔

與外氣連接的氣孔稱為開氣孔,於物體內部獨立的氣孔稱為閉氣孔。

燒結加工的流程

  1. 決定原料粉的調配,使用混合機混合至均勻。
  2. 將混合好的原料粉倒入模具,以沖壓機成型。
  3. 使用燒結爐加熱成型品數小時。
    以比熔點低的溫度加熱凝固,因此原料粉不會熔化。藉由長時間加熱,原料粉穩固結合,完成燒結品。

燒結爐充滿氣體,因此可以防止燒結品氧化。
視需求,燒結品也會進行為了提高精度的磨削、研磨,以及為了提高硬度的熱處理。

將原料化為粉末
混合原料粉
進行成型
進行燒結
成品
  1. A:混合機
  2. B:沖壓機
  3. C:燒結爐

使用數位顯微鏡觀察、量測燒結零件的案例

以下介紹使用KEYENCE的4K數位顯微鏡「VHX系列」觀察、量測燒結零件的最新案例。

燒結品(鐵氧體磁芯)的晶界觀察
VH-Z100 700× 混合照明+自動升降照明配件
晶界密度小(強度低)
VH-Z100 700× 混合照明+自動升降照明配件
晶界密度大(強度高)
使用自動升降照明配件,可清楚確認晶界的大小及密度。
燒結陶瓷的裂痕觀察
1000× 同軸落射照明 無HDR
1000× 同軸落射照明+HDR
使用HDR功能,可確認裂痕延伸的位置。
燒結品的表面觀察
VH-Z20 100× 環狀照明+自動升降照明配件
左:有配件 右:無配件
使用自動升降照明配件,可清楚觀察氣孔。
燒結陶瓷的自動面積量測
VHX-E500 1000× 同軸落射照明
以往使用SEM目視計算結晶粒度,現在使用自動面積量測功能,實現自動計算。
燒結陶瓷氣孔的自動面積量測
ZS-200 1000× 同軸落射照明
量測前
ZS-200 1000× 同軸落射照明
自動面積量測影像
可使用相同設定進行自動面積量測,因此可提升效率。
燒結金屬淬火後的粒度分析
ZS-200 1500× 同軸落射照明
量測前
ZS-200 1500× 同軸落射照明
自動面積量測(結晶粒度分析)影像
以往是與限度樣本進行比較,因此評估有偏差。
使用自動面積量測功能分析粒度,實現正確分析並大幅減少工時。