粉末冶金（Powder Metallurgy）又稱金屬陶瓷法，是制取金屬粉末或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經過成形和燒結，制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝技術。粉末冶金法與生產陶瓷有相似的地方，均屬于粉末燒結技術，因此，一系列粉末冶金新技術也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術的優點，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發展中起著舉足輕重的作用。
粉末冶金方法起源于公元前3000年后，埃及人在一種風箱中用碳還原氧化鐵得到海綿鐵，經高溫鍛造制成致密塊，再錘打成鐵器件。19世紀初，俄、英等國將鉑粉經冷壓、燒結，再進行熱鍛得到致密鉑，并加工成錢幣和貴重器物。1909年，美國紐約州的庫利奇發明拔制電燈鎢絲后，粉末冶金得到了迅速發展。20世60年代末至70年代初，粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現，促進了粉末鍛造及熱等靜技術的發展及在高強度零件上的應用。
粉末冶金成形工藝既能制造具有特殊性能材料，又能低成本、大批量地近凈成形機械零件。具有節能、省材、性能優異、產品精度高且穩定性好等一系列優點，適合于大批量生產，同時可用于制造應用傳統鑄造方法和機械加工方法難以制備的復雜零部件。廣泛應用于交通、機械、電子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工業等領域，成為新材料科學中最具發展活力的分支之一。部分用傳統鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術制造，因而備受工業界的重視。
發展歷程
粉末冶金方法起源于公元前3000年后，埃及人在一種風箱中用碳還原氧化鐵得到海綿鐵，經高溫鍛造制成致密塊，再錘打成鐵器件。19世紀初，俄、英等國將鉑粉經冷壓、燒結，再進行熱鍛得到致密鉑，并加工成錢幣和貴重器物。
1909年，美國紐約州的庫利奇發明拔制電燈鎢絲后，粉末冶金得到了迅速發展。1923年，粉末冶金鎢鋼出現，對機械加工領域產生重大影響。20世紀30年代多孔含油軸承粉末冶金法成功制取，繼而旋渦研磨鐵粉和碳還原鐵粉問世，粉末冶金鐵基機械零件得到展。20世紀40年代出現了粉末冶金法制備的金屬陶瓷（TiC-Ni）和彌散強化材料。中國粉末冶金行業在20世紀50年代中期起步。20世60年代末至70年代初，粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現，促進了粉末鍛造及熱等靜技術的發展及在高強度零件上的應用。
美國粉末冶金協會（MPIF）于2012年和2017年分別發布了粉末冶金工業發展路線圖，提出了技術發展的優先方向：高密度粉末冶金零件、輕質材料工藝、精密件的高精度尺寸控制的改進、金屬增材制造、其他先進及使能技術。
技術原理
粉末冶金是以金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）為原料，通過成形、燒結或熱成形制作金屬制品或材料的一種成形工藝技術，其生產工藝與陶瓷制品的生產工藝類似，因此又稱為“金屬陶瓷法”。粉末冶金法與生產陶瓷有相似的地方，均屬于粉末燒結技術，因此，一系列粉末冶金新技術也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術的優點，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發展中起著舉足輕重的作用。
粉末冶金是一種與傳統鑄、鍛、焊加工完全不同的特殊工藝。它首先將均勻混合的粉料壓制成形，借助于粉末原子間的吸引力與機械咬合作用，使制品結合為具有一定強度的整體，然后在高溫下燒結，由于高溫下原子活動能力增加，使粉末接觸面積增多，進一步提高了粉末冶金制品的強度，并獲得與一般合金相似的組織。
技術組成
粉末冶金法生產流程是：粉末的制取-成型-燒結-燒結后處理-成品。
粉料的制取
粉料的制備過程包括金屬粉末的制取、摻加成型劑和fe5等粉料的混合、烘干、過篩等預處理。制粉的方法有機械法和物理化學法兩種。
機械法是指用機械的方法將原材料粉碎，包括固體粉碎和液體粉碎。比如通過滾動或振動的筒運動，用鋼球把物料撞擊、粉碎成粉末，適用于脆性金屬與合金。也可以通過氣流或液流，帶動原材料顆粒碰撞摩擦而成粉狀，適用于脆性、韌性金屬絲或小塊的邊角料。液體粉碎主要是霧化法，即通過高壓氣體、液體或高速旋轉的葉片將熔融金屬分散成霧狀液滴，冷卻后即為粉末，適用于熔點低的金屬。
物理化學法主要是通過物理或化學的作用，改變原料的凝聚狀態或化學成分而獲得金屬粉末的方法。比如用還原劑還原金屬氧化物或鹽類，成為金屬粉末，適用于金屬氧化物或鹵族化合物。對金屬鹽類可用電解法，即在熔鹽中通直流電，電解析出的金屬離子成為金屬粉末。此外，還有碳基物熱離解法、蒸汽冷凝法、氣相氫還原法、化學氣相沉積法以及化學置換法。
物料的混合
混合的方法有干式心濕式和半干式三種。干式法適用于組元密度接近和粉末均勻性要求不高的混合。濕式法混合要在粉料中加入大量的汽油、酒精等揮發性液體進行球磨，這樣可以增加混合的均勻性，并可增加組元間的接觸面，改善燒結性能。此外，在粉末中加人汽油出橡膠液或石蠟可改善粉末的成型性和可塑性。采用半干式法時，在粉料中加入約0.1%的潤滑油，可減輕粉料的密度偏析。在此過程中，濕粉需要烘干，混合粉在成型前。
成型
成型就是把混合好的粉末制成一定形狀和尺寸的壓坯，并使壓坯具有一定的密度和強度。壓坯要具有一定強度的原因是：一方面，在壓力作用下，粉末顆粒間接觸面會增大，緊密地接觸可以使顆粒表面原子引力發生作用；另一方面，在壓力作用下可以使顆粒間表面的凸凹彼此嵌合，從而增強顆粒間的機械連接。常用的成型方法是壓制法，根據成型溫度，分為常溫壓制和加溫壓制。此外，還可以通過粉漿澆注、冷凍澆注和無壓浸漬等無壓成型方法成型。
燒結
燒結是粉末冶金中最關鍵的工序。燒結是指將成型后的壓坯放入燒結爐中燒結成型，使其具有要求的物理性能和化學性能。燒結會使顆粒間發生擴散、熔焊、化合、熔解和再結晶等物理化學反應。
燒結方式很多，按不同的標準有不同的分類。按燒結中有無液相產生分為液相燒結和固相燒結：按防氧化條件可分為填料(常用填料有碳、氧化鋁和硅砂)保護燒結、氣體保護(常用氣體有氫、一氧化碳、分解氮和高純氮)燒結和真空燒結；按燒結爐結構分為連續燒結、間歇燒結和半連續燒結。此外，還有加壓燒結、浸滲燒結、電阻燒結、活化燒結和電火花燒結等特殊燒結方法。
燒結溫度高于粉末中熔點最低組分的熔點的燒結為液相燒結。燒結過程中，低熔點組分熔化為液體，滲入固體顆粒間隙中，包圍固體顆粒，成為一體；或者與固體顆粒發生熔解、重結晶和晶粒長大的現象，最后得到粉末冶金制品。燒結溫度低于粉末中所有金屬和合金的熔點，過程中沒有組分熔化為液態。通過燒結，提高了金屬的塑性，消除了吸附氣體和雜質，增加了顆粒間的接觸面積，使粉末結合得更加緊密。此過程中，再通過原子擴散、再結晶以及晶粒長大，最后得到強度高的粉末冶金制品。
燒結后處理
燒結過程中，工件可能會出現變形、密度低、精度不夠、粗糙度大等缺陷，達不到工件的使用要求，因此在成型后需要對粉末冶金制品作后續的處理和加工。常用的后續加工方法有：壓力加工、浸滲、熱處理、表面處理以及機械加工等。
主要特點
粉末冶金是將各種金屬粉末（或添加適當的非金屬粉末）混合均勻后，通過模壓或澆注成形后在高溫下燒結，粉末顆粒間通過擴散、再結晶、熔焊等過程實現冶金結合，成為具有一定孔隙度制品的成形工藝。能控制制品的孔隙度，生產多孔材料及制品，如含油軸承和過濾網等。可以容易地實現多種類型的復合，充分發揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產高性能金屬基和陶瓷復合材料、摩擦材料的工藝技術。可以最大限度地減少合金成分偏聚，可得到均勻、細小的鑄造組織。可制備高性能材料（稀土永磁材料、儲氫材料、發光材料、高溫超導材料、耐熱鋁合金、不銹鋼、高速鋼等）。可以制備非晶、微晶、準晶、納米晶及超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優異的電學、磁學、光學和力學性能。可實現近凈成形，金屬利用率高達95%～99%，降低材料消耗。可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術。生產效率高，易于自動化批量生產。粉末制造成本較高，制品的大小和形狀受到一定限制，產品的韌性較低。
研究設備
放電等離子燒結（Spark 等離子體 Sintering，簡稱SPS）是制備功能材料的一種全新技術，它具有升溫速度快、燒結時間短、組織結構可控、節能環保等鮮明特點，可用來制備金屬材料、陶瓷材料、復合材料，也可用來制備納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等。
SPS在燒結磁性材料時的工藝優勢十分明顯：加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間短，生產效率高，產品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態，可以得到高致密度的材料，可以燒結梯度材料以及復雜工件。與HP和HIP相比，SPS裝置操作簡單，不需要專門的熟練技術。文獻報道，生產一塊直徑100mm、厚17mm的ZrO2(3Y)/不銹鋼梯度材料（FGM）用的總時間是58min，其中升溫時間28min、保溫時間5min和冷卻時間25min。與HP相比，SPS技術的燒結溫度可降低100～200℃[13]。
近幾年，國內外用SPS制備新材料的研究主要集中在陶瓷、金屬陶瓷、金屬間化合物，復合材料和功能材料等方面。其中研究最多的是功能材料，包括熱電材料 、磁性材料、功能梯度材料 、復合功能材料和納米功能材料等。
應用領域
減摩材料
應用最早的是含油軸承。因為毛細孔可吸附大量潤滑油，一般含油率為12%～30%（質量分數），所以利用粉末冶金的多孔性能夠使滑動軸承浸在潤滑油中，故含油軸承有自潤滑作用。一般作為中速、輕載的軸承使用，特別適于用作不能經常加油的軸承，如紡織機械、食品機械、家用電器等所用的軸承，在汽車、拖拉機、機床中也有應用。常用含油軸承有鐵基（Fe+石墨、Fe+S+石墨等）和銅基（Cu+Sb+Pb+Zn+石墨等）兩大類。
結構材料
用碳素鋼或合金鋼的粉末為原料，采用粉末冶金方法制造結構零件。該類制品的精度較高、表面光潔（徑向精度2~4級、表面粗糙度Ra值為1.6~0.2um），不需或少量切削加工即為成品零件，制品可通過熱處理和后處理來提高強度和耐磨性，用來制造液壓泵齒輪、電鉆齒輪、凸輪、襯套等及各類儀表零件，是一種少、無切屑新工藝。
高熔點材料
一些高熔點的金屬和金屬化合物，如W、Mo、WC、TiC等，其熔點都在2000℃以上，用熔煉和鑄造的方法生產比較困難，而且難以保證純度和冶金質量，可通過粉末冶金生產，如各種金屬陶瓷、鎢絲及Mo、Ta、Nb等難熔金屬和高溫合金。
此外，粉末冶金還用于制造特殊電磁性能材料，如硬磁材料、軟磁材料；多孔過濾材料，用于空氣的過濾、水的凈化、液體燃料和潤滑油的過濾等；假合金材料，如銅、石墨系等電接觸材料，這類材料的組元在液態下互不溶解或各組元的密度相差懸殊，只能用粉末冶金法制取合金。
由于設備和模具的限制，粉末冶金只能生產尺寸有限和形狀不很復雜的制品，燒結零件生產效率不高成本較高。
標準規范
中國
粉末冶金對應的國內標準化組織是全國有色金屬標準化技術委員會粉末冶金分技術委員會 (TC243/SC4) ，秘書處承擔單位是中國有色金屬工業標準計量質量研究所。目前，我國已經批準發布的粉末冶金國家標準和行業標準共計217項，其中國家標準 (GB) 128項，有色金屬行業標準 (YS) 89項。按標準類型來分，粉末冶金標準包括11項基礎通用類標準，100項產品標準，106項檢測方法標準。這些標準已經能夠基本滿足粉末冶金行業發展的需求，對產業的發展和技術進步起到了促進作用。
基礎通用標準：該類標準包括術語、牌號、包裝、標志、運輸和貯存標準、技術規范等，目前我國的粉末冶金基礎通用標準包括GB/T3500~2008《粉末冶金術語》、GB/T4309~2009《粉末冶金材料分類和牌號表示方法》、GB/T5314~2011《粉末冶金用粉末取樣方法》、GB/T5242~2006《硬質合金制品檢驗規則與試驗方法》、GB/T5243~2006《硬質合金制品的標志、包裝、運輸和貯存》和GB/T18376~2001《硬質合金牌號》等，這些基礎通用類標準是制定相關產品和檢測方法標準的依據，使粉末冶金標準化工作得到保證。
產品標準：粉末冶金工藝的基本工序包括制取粉末、粉末成型、坯塊燒結和產品的后續處理。因此，粉末冶金的產品標準既包括粉末產品的標準，也包括制品的標準。
粉末產品標準
制取粉末是粉末冶金的第一步。粉末冶金材料和制品不斷的增多，其質量不斷提高，要求提供的粉末的種類愈來愈多。例如，從材質范圍來看，不僅使用金屬粉末，也使用合金粉末、金屬化合物粉末等；從粉末外形來看，要求使用各種形狀的粉末，如產生過濾器時，就要求形成粉末；從粉末粒度來看，要求各種粒度的粉末，粗粉末粒度有500~1000微米，超細粉末粒度小于0.5微米等等。為了滿足對粉末的各種要求，制定了一系列的粉末產品標準，該類標準包括GB/T2967~2008《鑄造碳化鎢粉》、GB/T4295~2008《碳化鎢粉》、GB/T7160~2008《羰基鎳粉》、GB/T20508~2006《碳化鉭粉》、GB/T24485~2009《碳化鈮粉》、GB/T26285~2010《超細鈷粉》、YS/T512~2013《鎳包鉻復合粉》和YS/T538~2006《Fe-Cr-B-Si系自熔合金粉》等。
制品標準
粉末冶金制品的應用范圍十分廣泛，從普通機械制造到精密儀器；從五金工具到大型機械鎢鋼機械成型機；從電子工業到電機制造；從民用工業到軍事工業；從一般技術到高尖端技術，均能見到粉末冶金工藝的身影。相應的標準包括GB/T2527~2008《礦山、油田鉆頭用硬質合金可轉位刀片》、GB/T3612~2008《量規、量具用硬質合金毛坯》、GB/T11102~2008《地質勘探工具用硬質合金制品》、GB/T6887~2008《燒結過濾元件》和YS/T79~2006《硬質合金焊接刀片》等，這些標準涵蓋了國內主要的粉末冶金制品。
檢測方法標準：在粉末冶金工藝技術的帶動下，出現了一系列與之相配套的檢測方法標準，主要是粉末的物理、化學性能的測定，孔隙大小、數量和形態的測量，多孔體 (包括近于致密的燒結體) 物理、力學性能的測定等。該類標準包括GB/T1479~2011《金屬粉末松裝密度的測定》、GB/T1480《金屬粉末粒度組成的測定干篩分法》、GB/T3249~2009《金屬及其化合物粉末費氏粒度的測定方法》、GB/T20255~2008《硬度的測定》、GB/T5249~2013《可滲透燒結金屬材料流體滲透性的測定》、YS/T423~2000《核極碳化硼粉末化學分析方法》、YS/T539-2009《鎳基合金粉化學分析方法》和YS/T550~2006《金屬熱噴涂層剪切強度的測定》等，這些分析方法標準被相應的產品標準廣泛引用，使得粉末冶金產品的檢測和驗收有標準可依。未來，隨著檢測技術和設備的發展，檢測方法的標準還會繼續完善。
國際
國際標準化組織 (ISO) 是負責制定、發布和推廣國際標準，協調世界范圍內的標準化工作，組織各成員國和技術委員會進行信息交流，并且與其他國際組織共同研究有關標準化問題的專署機構。有色金屬粉末冶金分標委會對應的國際標準化組織是ISO/TC119 (粉末冶金) ，ISO/TC119分SC1術語與定義、SC2粉末的抽樣和試驗方法 (包括鎢鋼粉末) 、SC3燒結金屬取樣和試驗方法 (不包括硬質合金粉末) 、SC4硬質合金取樣和試驗方法、SC5粉末冶金材料 (不包括硬質合金) 規范共5個工作組。ISO/TC119共發布標準70項 (數據截止2012年12月31日) 。ISO/TC119發布的70項標準中包含黑色金屬粉末冶金和有色金屬粉末冶金。與有色金屬粉末冶金領域相關的有60多項，包括產品和檢測方法標準，為了與國際先進水平接軌，我國積極采用國際標準。目前，我國已采標46項，其中等同采用 (IDT) 38項；修改采用 (MOD) 7項；非等效 (NEQ) 1項。在國內，有色金屬粉末冶金領域屬于采標率較高的領域。
發展趨勢
粉末制取新技術、新工藝及其過程理論。重點是超細粉末和納米粉的制備技術，快速冷凝制備非晶、準晶和微晶粉末技術，機械合金化技術，自蔓延高溫合成技術，粉末粒度、結構、形貌、成分控制技術。總的趨勢是向超細、超純、粉末特性可控方向發展。
建立以“凈近成形”技術為中心的各種新型固結技術及其過程模擬理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造、動磁壓制、高速壓制等。實現高密度、高強度、高精度、復雜異型的零部件制造，如動力傳輸（各類齒輪）和發動機（連桿、座圈、軸承蓋、鏈輪、曲軸等）的關鍵部件。
建立以“全致密化”為主要目標的新型固結技術及其過程模擬技術，如熱等靜壓、高能成形、微波燒結、電火花燒結等。
粉末冶金材料設計、表征和評價新技術，粉末冶金材料的孔隙特性、界面問題及強韌制造獨特或成分的復合零部件。
人物代表
葛昌純
葛昌純院士是中國有名的粉末冶金專家，1990年他在“北京科技大學”創辦了中國第一個特種陶瓷粉末冶金研究室，開拓了中國的粉末冶金和先進陶瓷事業。
參考資料 >
【解讀】《廣州市關于加快粉末冶金產業發展工作方案》政策解讀.廣州市人民政府.2023-11-22
北科大89歲院士，雪中騎三輪車去實驗室.北京日報客戶端-今日頭條.2023-12-13