1.陶瓷制备中的粉末成型

其实，人类利用粉末成型工艺的历史非常久远，它与陶器的出现密不可分。早在一万多年前，人们已经认识到黏土粉末掺水后可被捏成各种形状的东西。而且，人们在使用火的过程中，可能偶然发现成块的黏土经火烧之后可变成硬块。这些发现为后来陶器的发明奠定了基础。随着农业社会的出现，粮食的储藏和饮水的搬运，迫切需要一种容器。于是，人们开始有目的地用黏土粉末加水来塑造各种容器。最初，人们是将黏土涂抹在编制或木制的容器上而成型的。后来他们发现只用黏土和水的混合物也可成型。然后，成型黏土经火烧之后，陶器就出现了。陶器的出现标志人类进入了新石器时代。后来，原料的精选使得陶器的烧制需要更高的温度。烧制温度的提高得益于窑炉的改进，而窑炉的改进又为金属的冶炼奠定了基础。因此，陶器的出现开辟了人类历史的新纪元。如今，无论是普通陶瓷，还是特种陶瓷的成型器件，它们的制备大都离不开粉末成型这一工序。

但粉末经成型后再经热加工的工艺并不仅限于陶瓷材料。该工艺在金属器件的加工中也得到了使用。为什么这么说呢？我们先看看金属成型常用的铸造（casting）。

2.金属材料的铸造与块炼铁技术

在很长一段时间里，铸造是金属制品主要的成型方法。利用这种方法，人们将金属熔化为液体——熔液，然后将熔液倒入具有一定形状的模具空腔中凝固成铸件，如古代的青铜器。铸造工艺至今有约6000年的历史了。如今，铸件在许多机械产品中仍占有较高的比例，如在内燃机中，铸件的质量分数高达80%。

但对熔点较高的金属，如Fe（熔点1538℃），古时候的窑炉，其内部温度很难达到将其熔化的程度。于是，人们采用还原再锻打的方法代替铸造。这种方法（史称块炼铁技术）在约公元前3000年的埃及就已存在。那时，人们先将Fe2O3或铁矿石还原为Fe，再将Fe在较低温度下加热并锻打来制备铁器件。19世纪，伦敦的Willianm Hyde Wollaston（1766—1828年）在去世前找到了“可锻铂”的方法。Pt的熔点为1770℃。Wollaston先获得Pt的粉末，再加热和锻打而制备出铂器件。像W（熔点3442℃）一类的高熔点金属，要采取铸造对其冶炼、成型就更加困难。1911年，通用电气公司的William David Coolidge（1873—1975年）利用掺杂W粉制备出了白炽灯灯丝。这种灯丝工艺影响了人类的照明几十年。1920年代，德国的Krupp公司开发出了WC粉和Co组成的复合材料，并很快将其商品化。这是最先出现且力学性能出众的一种金属陶瓷。如今，WC-Co金属陶瓷已被广泛用作切削金属的刀具材料。以上这些将金属粉成型再煅烧成金属制品的方法称为粉末冶金工艺。(www.daowen.com)

3.粉末冶金工艺

粉末冶金工艺（powder metallurgy）的基本流程为以金属粉末或掺有非金属的金属粉为原料；将原料粉装于模具中，于一定压力下成型为坯体；然后置坯体于可控气氛炉中，在低于基体材料熔点的温度下煅烧；最后为后处理工序。这种工艺与陶瓷材料的制备工艺大致相同。如今，粉末冶金学已成为冶金和材料科学的一个分支学科。

粉末冶金制品的应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器；从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。与铸造工艺相比，粉末冶金工艺主要有以下特点：切削加工少，零件尺寸接近最终要求的尺寸；材料利用率高达97%；零件表面光洁；可制造其他金属成型工艺不能制造的零件；但粉末冶金产品的空隙率较铸造产品大。

综上所述，铸造、塑性加工、粉末成型及新兴的3D技术已成为材料成型的几种重要方法。对陶瓷材料来说，塑性加工和铸造几乎不可能；3D技术还未成熟，故粉末成型工艺对陶瓷材料来说非常重要。成型的陶瓷或金属坯体，其强度很低。在受到较小的外力作用时，坯体容易破损。若将坯体置于一定的高温下煅烧一段时间，坯体的强度会大大增加，因为坯体在高温下经历了烧结的过程。