铜粉末颗粒的形状是微尺度成型过程中密度的主要驱动因素，具体决定了压实和烧结行为之间的平衡。由于机械联锁作用，树枝状（不规则）粉末比球形粉末实现更高的初始相对密度（约 97% 对约 93%）。然而，这种初始优势常常在随后的加热阶段因密度降低和膨胀而受到影响。
虽然树枝状粉末通过机械联锁提供优异的生坯密度，但由于复杂的孔隙结构，它们在烧结过程中容易发生尺寸膨胀和密度损失。
压实机制
不规则形状的优势
树枝状颗粒的特点是几何形状不规则且比表面积大。
压缩时，这些不规则性如同微型齿轮，在颗粒之间产生强大的机械联锁。
这种物理啮合使树枝状粉末能够紧密堆积，在相同的压实压力下实现约97%的初始相对密度。
球形颗粒的行为
球形颗粒更光滑、更均匀，缺乏联锁所需的锯齿状边缘。
它们不相互锁定，而是主要依靠点接触。
因此，球形粉末在类似压力条件下，通常只能达到约93%的较低初始相对密度。
烧结的权衡
尺寸不稳定性
虽然树枝状粉末在压制阶段表现出色，但它们在烧结（用于熔合颗粒的加热过程）过程中的行为会发生变化。
主要参考资料指出，树枝状压坯在这一阶段通常会发生显著的尺寸膨胀。
内部孔隙结构
这种膨胀的原因在于由不规则的树枝状形状产生的复杂的内部孔隙结构。
随着材料加热，这些复杂的孔隙可能导致密度降低，从而有效地抵消了初始压实过程中获得的一些优势。
与球形颗粒更均匀的行为相比，这使得树枝状零件的最终尺寸更难预测。
理解权衡
高生坯密度与最终密度
区分生坯密度（压制后）和最终密度（烧结后）至关重要。
树枝状粉末提供出色的生坯强度，使零件在加热前更易于处理。
然而，如果您的工艺要求烧结后具有高密度，那么树枝状粉末固有的膨胀可能是一个缺点。
对精度的影响
对于公差严格的微尺度零件，尺寸变化至关重要。
与树枝状粉末相关的膨胀引入了一个变量，该变量会影响最终组件的几何精度。
为您的目标做出正确选择
要选择正确的粉末形状，您必须优先考虑初始压实处理和最终烧结行为。
- 如果您的主要重点是最大化初始生坯密度：优先选择树枝状粉末，以利用其高比表面积和机械联锁能力，获得坚固的烧结前零件。
- 如果您的主要重点是最小化烧结过程中的尺寸膨胀：要警惕树枝状粉末，因为其复杂的孔隙结构通常会导致加热过程中的密度降低和膨胀。
选择符合您最关键工艺约束的颗粒形状。
总结表：
| 特征 | 树枝状（不规则）粉末 | 球形粉末 |
|---|---|---|
| 初始相对密度 | 高（约 97%） | 较低（约 93%） |
| 颗粒相互作用 | 机械联锁 | 点接触 |
| 烧结行为 | 易膨胀 | 尺寸更稳定 |
| 孔隙结构 | 复杂/不规则 | 均匀/可预测 |
| 主要优点 | 高生坯强度 | 几何精度 |
| 主要缺点 | 加热过程中密度损失 | 初始压实较低 |
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参考文献
- Chao-Cheng Chang, Ming-Ru Wu. Effects of particle shape and temperature on compaction of copper powder at micro scale. DOI: 10.1051/matecconf/201712300011
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
