金属粉末成型是一种节能、节材、高效、近净成形、少污染的先进制造技术，在超导材料、纳米材料、生物工程材料、超硬材料等现代高新技术领域中得到广泛的应用，已进入当代材料科学的发展前沿，并朝着高效自动化、高性能、低成本的方向发展。传统的粉末成形技术的工艺流程是：制取粉末——混料——压片机压制——烧结——后续处理。工艺复杂，致密度低，制件的性能较差。高新技术产业的迅猛发展对粉末成形制件的性能及制造周期提出了更高的要求。如何改进工艺、缩短制造周期及提高制件性能等要求促进了人们对粉末成型技术的深入研究，先后出现了一些新工艺、新技术、新动向，目前粉末成型技术的研究已经取得了很大的进展。本文综述了近年来新发展的粉末成形技术的若干进展。
1 冶金粉末成型技术
粉末冶金是一种制取金属粉末以及采用成形和烧结艺将金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)制成制品的工艺技术。随着技术的发展，各种新工艺相继出现并得到广泛的应用，如温压技术、流动温压技术、动磁压制和高速压制技术等。
1.1 温压技术
温压技术是美国Hoeganaes公司在20世纪90年代研发的一种新型的粉末冶金成型技术。该工艺只通过一次压制便可生产出高密度、高强度、低成本的粉末冶金零件，具有非常广阔的应用前景。温压技术的原理是：将加有特殊润滑剂的预制金属粉末和模具等加热至130~150℃，并将温度波动控制在±2.5℃以内，然后进行压制、烧结而制得金属粉末冶金结构零件。温压技术的核心有两个：一是特殊聚合物及金属粉末成型的制备，二是温压设备。
利用温压成形法生产的金属基零件具有较均匀的密度，且密度不低于7.25g/cm，同时有0.15~0.3g/cm的增幅，使得拉伸强度和冲击韧性均有了很大的提高。该工艺的另一个特点是，温压零件的生坯强度高，与传统工艺相比可提高50%~100%，可直接对坯件进行机加工且降低了生坯在搬运过程中的破损率，表面粗糙度低1。此外，温压成形所需压制力低、脱模力小，因而延长了压片机模具的寿命，同时该工艺简单，成本可降低38，制品的性能和质量稳定，产品精度高，材料利用率高。
目前国外的温压艺已经实现了工业化生产。法国FederalMogul公司已计划从2002年起生产1500万根温压连杆，连杆质量为350~600g，以适应欧洲汽车制造厂商生产的各种发动机的需要。国内对温压技术的研究近些年也取得很大的进展。华南理工大学在系统研究温压技术的基础上研制出一系列的温压零件并投入使用，如摩托车连杆、发动机油泵温压斜齿轮、发动机气门导简零件等。北京科技大学、中南大学在温压技术的研究上也取得了很大的进展，其研发的国产温压粉末材料的性能已接近国外专用粉末的指标。
1.2 流动温压技术
流动温压技术是德国Fmunhofer应用材料研究所研发出来的冶金粉末成型新技术。该工艺是在粉末压制、温压成形工艺的基础上，结合金属粉末注射成形工艺的优点而提出来的一种新型粉末冶金零部件近净成形技术。该技术突出的优点在于通过加入适量的微细粉末和加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性，从而可以在80~130℃下制造带有与压制方向垂直的凹槽、孔和螺纹孔等形状复杂的零件，而不需要对零件进行二次机加工。因而，流动温压技术需要解决的关键问题是提高混合粉末的流动性。
作为一种新型的粉末冶金零部件近净成形技术，流动温压技术既克服了传统粉末冶金技术在成形复杂几何零件中的不足，又避免了金属注射成形技术的高成本，是一项极有发展潜力的新技术，具有广阔的应用前景。流动温压技术的优点主要在于：
- 可以成形传统粉末冶金技术难以完成的复杂零件
- 压坯的密度高，而且由于粉末的良好流动性，压坯密度更加均匀
- 具有良好烧结性能的粉末均可采用流动温压技术
- 与传统粉末冶金成形及注射成形相比，流动温压技术既简化了生产工艺，又大大降低了制造成本
由于流动温压技术是在温压成形工艺的基础上发展起来的，因而该技术的研究起步较晚。国外在流动温压技术的研究上也是处于研究阶段，未见工业化生产。但研究人员已经在Dorst125t温压机上对一些简易零件进行了试验，证明了其可行性。研究人员还发现流动温压工艺几乎适用于所有的粉末体系，但最适合于如低合金钢、Ti以及WC-Co等硬质合金的粉末成型。国内在流动温压技术的研究上还处于初始阶段。
1.3 动磁压制成型技术
动力磁性压制成形技术(Dynamic Magnetic Compaction，简称DMC)是一种新型的高性能粉末最终成形压制技术，是美国的3个研究单位在1995年联合研发的一种新技术。该工艺的主要原理是：通过调制脉冲改变电磁场对粉末施加的压力，从而将粉末压制成形。动磁压制技术虽然也是二维压制工艺，但与传统的粉末冶金压制工艺不一样的是，动磁压制技术是径向由外向内的压制，而不是轴向压制。整个压制过程所用时间不足1ms，生产效率高、压件性能好。
与常规粉末冶金技术相比，动磁压制成形技术具有以下优点：
- 由于不使用模具，可达到更高的压制力，维修与生产成本更低
- 在任何温度与气氛中均可施加压力，且适合于所有材料，工作条件更灵活
- 不使用润滑剂与粘结剂，有利于环境保护
目前，许多动磁压制技术的应用已接近工业化阶段。一般来说，动磁压制技术适于制造柱形对称的终形件、薄壁管、高纵横比部件和内部形状复杂的部件。动磁压制技术对粉末的适用性也好，如许多合金钢粉末应用动磁压制技术，不添加任何润滑剂便可制得生坯密度高达95%以上的坯件，并且可以在常规条件下进行烧结。目前，采用动磁压制技术可以生产尺寸为Ф12.7mmx76.2mm到Ф127.0mmx25.4mm的部件。而且动磁压制技术正用于研制开发高性能的粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体，可使得其磁能积提高15%~20%。
1.4 高速压制技术
高速压制成形技术(High Velocity Compaction，简称HVC)是瑞典Hoaganas公司与Hydrapulsor公司经2年合作后，在2001年6月推介的一种新技术。高速压制工艺的主要原理是：混合粉末加入送料斗中，粉末通过送粉靴自动填充模腔，采用液压冲击机压制成形，然后将零件顶出并转入烧结工序。
高速压制成形技术的主要特点表现在：HVC的压制速度比传统压制高500~1000倍，且液压机锤头速度高达2~30m/s，生产效率高。同时液压驱动的锤头重达5~1200kg，在极短时间(约0.02s)内产生强烈的冲击能量，将粉末压制成形。HVC的另一个特点是利用间隔约0.3s的多重冲击波，可以获得更高致密度的制件，与传统制件相比，HVC的制件致密度可提高0.3g/cm，因而抗拉强度可提高20%~25%。高速压制技术还具有高密度、高性能、低成本、高生产率和可成形大零件等优点，因而广泛应用于制造阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套和轴承座圈等产品。
目前正在研制生产更复杂的多级零部件，而将温压技术和高速压制技术相结合，将可能成为高速压制技术和温压技术创新和发展的热点。
2 金属粉末注射成形
金属粉末注射成形技术(Metal Injection Molding，简称MLM)是20世纪80年代发展起来的，是传统粉末冶金技术和塑料注射成形技术相结合的一种高新技术，也是粉末冶金领域新型的近净成形技术。MIM技术具有精度高、组织均匀、性能优异、生产成本低等优点，可以生产传统粉末冶金设计不能满足要求的形状复杂的零件，因而广泛应用于电子信息工程、汽车、机械、五金、兵器及航空航天等工业领域，特别适合制造形状复杂、高性能的大批量小件粉末冶金制品，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
MIM技术的主要工艺过程是：首先选择符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将超细的金属粉末与粘结剂均匀混合成为具有流动性的注射成形喂料，在加热状态下用注塑机将混合料注入模腔内注塑成形，随后经过脱脂和烧结即可得到全致密或接近全致密的制品。由于成形料具有流动性，能均匀填充模腔成形，且模腔内各点的压力相同，所以获得的制品密度高、组织均匀，且力学性能优异。
MIM技术结合了冶金粉末成型和塑料注塑成形技术的优点，突破了传统金属粉末模压成形工艺在产品形状上的限制。MIM利用粉末冶金技术特点能烧结出高致密度、具有良好机械性能及表面质量的机械零件；同时，利用塑料注射成形的特点能大批量、高效率地生产出形状复杂的零件。因此，MIM技术在粉末成型领域具有广阔的应用前景，其优势主要表现在以下几个方面：
- 可以生产形状十分复杂的零件
- 制品的致密度高，性能可与锻件相比
- 可最大限度地制得最终形状的零件而无需后续机加工或只需少量的机加工
- 材料的利用率很高，适合大批量生产
- 设备投资较小，并能自动控制整个生产工艺，生产效率高
目前用MIM工艺生产的零件有：计算机驱动用小零件、打字机倾斜环、太阳镜折叶、硬质合金钻头夹、手表用零部件等。MIM技术适用的粉末体系较多，但随着科学技术的进步，更多的材料和粉末都对MIM技术提出了新的挑战。目前MIM技术在陶瓷粉末注射成形的研究上已取得一定进展，ZrO2：、Si3N4、A1N、A12O3等都能利用MIM技术生产形状复杂、产品精度高的产品。在武器装备上，采用MIM技术注射成形的某新型手枪在保险套等零部件中均取得了很大的成果，。虽然采用MIM技术可以制造出许多不同材料和形状的产品，但由于MIM成形和脱脂困难，一般MIM技术适合于生产质量在500g以下的零件，而对于一些大尺寸零件(壁厚超过20mm)仍无法用该工艺制得。尤其是硬质合金、钛合金等大型零件更难以注射成形。通过对MIM工艺的优化来加大MIM产品的尺寸仍然是当今MIM工艺的一个发展方向。
3 选区激光烧结技术
选区激光烧结技术(Selective laser Sintering，简称SLS)是近年发展起来的，集新材料、激光技术、计算机技术于一体的快速原型制造技术。它不需要添加任何粘结剂就能直接加工成型高致密的金属零件，因而得到许多国家的学者的高度重视和关注，成为极具发展潜力的高新技术。
SLS技术最初主要是用激光束一层一层地烧结生产塑料原型。经过发展，如今可选用多种粉末，包括金属粉末和陶瓷粉末。金属粉末的SLS技术主要是直接生产功能零件，因其产品在开发过程中能缩短开发周期并降低成本，因而深受工业界关注。SLS的工艺过程是：由计算机控制高能激光束移动、逐层熔解或烧结摊铺在工作腔表面的松散粉末，从而固结成高致密的零部件。SLS系统主要包括3个部分：
- 激光源和扫描控制系统：主要作用是产生激光束，并根据加工零件的形状自动控制激光束的移动。目前，用于SLS的激光发生器主要有2种：波长为l_06um的Nd-YAG固体激光器和波长为10.6um的红外CO2气体激光器
- 粉末摊铺系统：主要作用是在每层扫描结束后，迅速铺下一层粉末，用于紧接着的激光束烧结。粉末铺放的密度、铺放厚度对粉末烧结的致密化有着重要的影响。粉末铺放得越厚，越易实现烧结致密化；铺粉越薄，零件的制作精度越高，但制作时间也越长，生产效率低
- 气氛控制系统：主要作用是防止粉末在烧结过程中被氧化及出现“气孔”等现象。在制造不同材料的零件时应根据需要决定是否通保护气氛，常用的保护气体主要有氮气、氩气等
SLS技术作为一种新型的粉末成型技术，除了继承常规粉末冶金工艺的特点之外，还有着诸多不同的地方，其中最大的特点就是自由成形、无需模压过程，有效弥补了从产品设计试验到大批量生产的环节，使得产品开发周期缩短，而且SLS还能直接制造模具，更有效地促进了常规粉末冶金技术的发展。SLS技术作为一种快速原型制造技术，还具有很多优点，主要有以下几个方面：
- 原材料选择广泛、工件易于清理、应用范围广，适用于原型及功能零件的制造
- 直接成形零件或近形件，加工周期短、成本低，一般制造费用降低50%，加工周期缩短70%以上
- CAD原型可随时根据需要调整，灵活性高
- 制造工艺受制造原型几何形状的限制很小
- 高度技术集成，实现设计制造一体化
SLS技术经过近10年的发展，目前已经取得了很大的进展。日本大阪大学焊接研究实验室的Murakami T等用激光焊接技术成功制备了莲藕状的多孔铜。这种材料适用于铸造、电镀和粉末冶金等。在国内，许多研究单位在SLS技术的研究上也取得了很大的成果，南京航空航天大学研制了RAP-1型激光烧结快速成型系统；华中科技大学开发出HRPS-III成型机(用于高分子粉末成型)；北京隆源公司开发的覆膜陶瓷、塑料等适用于熔模铸造。
4 电场活化烧结技术
电场活化烧结技术(Electric field activated sintering technology)是一项材料制备新技术，也是近年来材料科学界研究的热点之一。其基本原理是利用外加脉冲强电流形成的电场来清洁粉末颗粒的表面氧化物和吸附的气体，提高粉末表面的扩散能力，再在较低压力下利用强电流短时加热粉体进行烧结致密。
一般来说，电场活化烧结技术不需要添加剂或粘结剂，也不需要预压。在大多数情况下，烧结是在空气中进行的，不需要可控气氛或事先粉末脱气。在粉末烧结中，施加的电场可固结难以烧结的粉末，与传统烧结技术相比，电场活化烧结技术具有升温速度快(可达1000℃/min)、保温时间短(3~5min)、烧结温度低，烧结制品密度高、质量好且生产率高等优势，而且经电场活化烧结后，制品的显微结构可以细化，同时可以提高钢的淬透性。
电场活化烧结技术的研究已取得很大成果，其致密化已应用于液相或固相烧结的导电材料、超导材料、绝缘材料、复合材料及功能梯度材料等，也可用于同时致密化与合成化合物。例如用电场活化烧结技术，不用任何添加剂可将A1N在2000K、5min之内烧结到密度为97.5%~99.3%。而未掺杂A1N的传统烧结，在2200K、30min时密度才达到95%。又如，用电场活化烧结法在1573K加热，不保温，可将Al2O3-Y3Al5O12陶瓷复合材料固结到密度高于99%。而热等静压同种粉末则需要在1873K、25MPa、1h时才能达到同样的密度。
5 结语
目前，我国在金属粉末成型技术的研究上虽有一定发展，但行业整体水平仍较低，工艺装备仍较落后，与国外先进技术相比还存在一定差距，尤其在成形高精度、大尺寸、高性能及低成本零部件的开发上还有待深入研究，以下几点显示了其广阔的发展前景：
- 将温压技术与高速压制技术相结合，将可能成为高速压制技术和温压技术创新和研究的热点
- 金属粉末注射成形技术结合了粉末冶金和塑料注塑成形2种技术的优点，突破了传统金属粉末模压成形工艺在产品形状上的限制，在粉末成形领域显示了很大的优势和具有广阔的应用前景
- 选区激光烧结技术是以“全致密化”为主要目标的新型粉末技术，具有良好的发展前景