完整版：陶瓷後蓋-粉末冶金

註：時間緊可以只看圖片；另將寫作框架附於最上方，畢竟是完整版。

框架

一、通篇對象、目的

不了解的人、科普（用白話的方式）

二、第一章寫法

引子（小米發布會：陶瓷後蓋工藝）

轉到粉末冶金（以類比方式描述：烤麵包）

三、後續章節

理論與實際的區別、發展方向（將理論與實際結合）

簡要連接第一章

單流程介紹

實際工藝與理論工藝

新興科技（3D列印）

加張圖。

手機陶瓷後蓋工藝

前不久看了小米發布會，MIX2兩大特色：全面屏、陶瓷後蓋，此文只針對於陶瓷後蓋，具體點的話指陶瓷加工工藝。

小米官方展示：2層樓高的設備+240噸壓力衝壓+1400℃高溫燒結+0.01mm CNC雕琢+10小時精密拋光。對本人來說，相當熟悉，這就是一套標準的粉末冶金工藝，粉末冶金是一個冷門的學科，為了便於大家理解，舉一個不太恰當的例子：烤麵包。

先附上一組烤麵包與粉末冶金流程的簡略對比：

烤麵包首先是根據最後想要的口感等進行原料的準備：麵粉、水/雞蛋液以及其它材料，接下來攪拌均勻，然後用適當的模子（模具、手動也行）將其做成想要的形狀，再放在烤箱中用一定的溫度烤上一定的時間，出烤箱後依據需求進行美化（修形等）。為什麼說這個例子是不太恰當的呢？說一個最直觀：尺寸，烤麵包為了保證蓬鬆的口感，一般烤之後是會膨脹的，而粉末冶金製品基本燒結之後是縮小的。

現在從烤麵包切回來，粉末冶金標準流程簡單講就十個字：配料、球磨、壓制、燒結、加工。如果要展開的話流程就多了，這裡只講十個字，先不展開。首先根據最終想要的產品性能（麵包口感）進行配方的計算並準備好原材料（麵粉及其它）和一定的黏結劑（水/雞蛋液），配比完成後球磨均勻（攪拌均勻），然後壓制（模子）成一定的形狀，再放到燒結爐中用一定的溫度燒結一定的時間（烤箱），出爐後根據需求進行後續加工:CNC（理解為精細加工就好）等（美化修形）。

接下來的內容會涉及到一些專業內容，比較冷門，所以盡量還是用白話來寫，這次就先寫到這裡了。

十字之配料

粉末冶金的定義理解為十個字也夠了，有興趣者可百度，此專題只講這十字，包括粉末的製備也不深入，畢竟除了專門的制粉公司，其它公司均以採購方式獲得，專題以實際生產為主，理論為輔（提一句：理論與實踐的重大區別在於理論上的前提條件在實際生產過程中很難完全滿足，而理論重在方向，將理論與實際結合起來也是各學科發展的方向）。

配料的目的是將所需粉末按比例配置完成。

最近練習金字塔原理，直接上圖。

粉末冶金所需原料主要為微米級金屬粉末，首先明確所需的性能指標或應用場景，經過一系列的計算，得到配方（配方是核心，但單純計算達不到最終的目的，需要修正，但為了方便描述，此專題假設計算所得配方均可達到最終目的）。沒有最好的配方，只有最合適的配方，如家用電，性能指標為導電性、安全性等性能，應用場景為家用，因此採用銅、鋁材料為導電載體，外包裹絕緣體，銀的導電性更好，但家用考慮到成本以及使用要求的嚴格度問題，用銅、鋁材料即可，不是因為最好，而是因為最適合家用場景，若用於重要的場景（發生幾率極小、後果極其嚴重的場景），則性能為核心，採用銀或其它更適合的材料才是最佳選擇，因此明確性能指標或應用場景具有指導方向的意義。

按配方進行配料，理論上的前提條件為選擇雜質在合理範圍內的原料，但抱歉，實際生產中可不一定，畢竟採購、運輸、儲藏過程都可能產生問題，因此在實際過程中控制細節以滿足理論的前提條件是不得不考慮的問題，或者說方向不錯的前提下，細節才是關鍵，比如要控制儲藏過程的時間、溫度、濕度等，這些細節只提到這裡，此專題可以定義為科普，也可以定義為個人的一些理解，之後的內容如果涉及到細節也只會一句話帶過，不會詳談。多提一句：前不久拿到了小米MIX2，宣傳紙上有一句話，大體意思是為了好百分之一，寧願多付出百分之百。

十字之配料就先寫到這裡，歡迎有興趣的人士一起交流，共同進步，也希望不吝賜教，各方面都可以。

十字之球磨

球磨的目的是將原料磨成一定大小的球形且使各原料混合均勻。

那採購球形粉末不就好了嗎，嗯，說的沒錯，但前一篇已寫到沒有最好，只有最適合，採購球形粉末的成本是要點。

再來一張圖。

球磨屬於機械粉碎，運用各物質之間的接觸（衝擊、磨削等，不包括相對靜態接觸）進行粉碎，將稜角打磨光滑，達到調節松裝密度的效果，同時配方元素混合均勻也有利於最終產品的一致性，其中涉及到一系列的轉速、裝球量、球的大小、球料比、時間等專業計算，按下不提，提一下這些的核心：效率，效率的提升依賴於各參數的調整，重點是相同時間內各物質接觸次數或者有效轉化能量的多少，為此從最開始的軸式球磨（可以想成輪胎的原地打滑），升級成振動球磨、高能球磨、行星球磨、萬向球磨，但軸式球磨運用場景最多，軸式球磨的改進主要為內襯形狀的改進，有論文表明正四邊形角螺旋結構且安裝轉角為50度時效果最佳。

說到了設備，那就再提一下研磨體（球磨機中用於接觸原料的物體），常採用的是球體，但也有其它形狀，如正多邊形圓柱體，沒有最好的，只有最適合的，所有的球磨方式、研磨體以及其它參數都需要根據實際採用的原料進行相對應的調整。球磨一定會帶來磨損，磨損就會帶來雜質，造成最終產品一致性的不可控，理論上來說涉及到的所有物質採用相同的材質就足以解決，但首先在配料時寫到配方要經過多次調試，每一次試驗都額外做一套所有設備是不現實的，其次材料若為脆性材料（機械球磨多用於處理脆性材料），那使用壽命、突發破損等就有待商榷，所以一般的解決思路是引入理論上不影響的雜質，具體可依據相應國標的雜質要求，然後選用相應材質的設備，另一種思路是採用高一等級的材質，為了百分之一，那就多付出百分之百嘍。

十字之球磨就先寫到這裡，歡迎有興趣的人士一起交流，共同進步，也希望不吝賜教，各方面都可以。

十字之成形

成形目的是將粉末加工成固定的形狀。

本篇會加入新興成形工藝的介紹作為補充。

繼續上圖。

如果採購的是可以直接使用的原料，只用將各材料混合均勻即可。但為了保證最終產品的一致性，成形前需要進行一定的預處理（前期準備工作），這裡只提兩點：均勻性、填充性。

均勻性：還記得烤麵包需要加雞蛋液或水嗎，其實原理一致：採用一定的黏結相（一般為直接在球磨時加入，但這裡講的是採購的是可直接使用的原料），跟烤麵包一樣，加多加少都不好，加少了黏不起來或黏不均勻，加多了其它原料間隔過大，都不利於最終產品形狀的一致性（麵包的美觀），當然也會影響性能的一致性（麵包的口感）。

填充性：表面光滑、等軸形狀的粉末（光滑的球形）具有較好的填充性能，而改善填充性能的關鍵是調整粉末中顆粒的尺寸比例，即小顆粒填充進大顆粒之間的空隙，然後再小一點的顆粒繼續填充，理論上以7為倍數，即若只有兩種尺寸，尺寸比為1:7，質量分數比為27:73，若存在3種則尺寸比為1:7:49，質量分數比為11:14:75，當然存在經驗公式，但這裡不提，提上述數字也只是個人喜好，對實際生產意義不大。一般成形為壓製成形，粉末原料須均勻填充進模腔且出模腔後不易碎，均勻填充一般的預處理方式是制粒：因粉末顆粒細小具有高比表面積（不用在意此名詞），顆粒間的摩擦力大而不利於流動，所以將小顆粒製成大顆粒或團聚的顆粒以改善流動性，對於小而硬的陶瓷粉末尤其如此；出模腔不易碎，需要提高壓制後產品的強度，一般加入成形劑（成形劑也有一定的潤滑作用，可減少模具的損耗，當然也可以再加入潤滑劑，但加的越多，後期須處理的越多，需要平衡處理），但成形劑燒結時須除去，也是有利有弊，像粘結相、制粒所需試劑、成形劑、潤滑劑都不做過多的介紹，畢竟此文章的目的是科普。

壓制過程：簡單說為固定的填充形狀、一定的壓力與時間後產生的固定的壓制後形狀，所有的壓制都是不均勻的，尤其對於中心區域而言，增加保壓時間可以緩解，但不能消除，主要原因為固體的壓力傳遞問題。一般的解決方式為增加冗餘量，便於後期加工。

成形工藝還有衝壓成形、等靜壓成形、注射成形等，本來想寫一下注射成形，但前不久去看了3D列印展覽，決定寫3D列印，因3D列印也跟下一篇的燒結有關，雖然不一樣，但邏輯一樣，這裡只稍微提一下，有興趣的話也可以去了解一下，當然下一篇會寫一下相關的內容，關注3D列印是因為行業相關，但從現在來說不認為這項技術可以進入粉末冶金行業，之所以繼續關注是因為私人訂製，個人認為實體私人訂製會成為主流，但成本問題太嚴重，平常人玩不起，日常自拍成為了主流，因為有私人存在，那如何才能進行低成本的實體私人訂製，一般的選擇是組合，固定的格局加上自己的創作，可以是文字、照片、物品，但一定是私人的，起碼有一部分是獨一無二的，現在的3D列印多用於模型、小型工藝品的生產，但通過3D列印完成自己記憶的固化與擴展，在實體中加入自己獨一無二的元素，刺激到個人層次的渴望，方向已經存在，為了那百分之一的自我，是否願意付出那百分之百呢。

十字之成形就先寫到這裡，歡迎有興趣的人士一起交流，共同進步，也希望不吝賜教，各方面都可以。

十字之燒結

燒結簡言為在適當的溫度、氣氛下保持適當的時間，是粉末冶金生產中的基本工序，對最終產品的性能起著決定性的作用。

再來一張圖。

上面一句話沒什麼大錯，但不必太在意『決定性的作用』這幾個字，原因如下：

1、開篇強調了方向的重要性，而最終指標與應用場景是方向，而方向實現的核心是配方，配方如果優良，就保證了產品不會存在先天的缺陷，而先天缺陷是致命的，尤其是在沒有提前發現的情況下，發現的越晚，處理成本也就越高；

2、每一個理論公式、每一件事都有前提條件，而每道工序都是下一道工序的前提條件，前提條件不滿足的話後續也就不用談了；

3、燒結之所以有決定性的作用，在於其挽救後天失誤的能力，比如球磨時形狀控制不到位等，可以通過燒結加以一定的補救，簡言之提高了整個流程的容錯率。

先寫一下簡單的雙顆粒模型：兩個相互接近的球體，在適當的溫度下維持適當的時間，就會形成一個燒結頸，形狀類似雙子花生殼的外形，這種結合方式為冶金結合。多顆粒如果以各球心為點，可以具像成四稜錐的堆積模型，接觸點經燒結成為燒結頸，根據燒結參數不同，小顆粒會被完全包覆，但抱歉，事實不太一樣，首先是顆粒度（顆粒大小）的不均勻，其次是填充時的混合分布不均勻，都使其可能成形後存在其它堆積方式，使燒結之後呈現整體規律，局部錯雜的現象。

過程簡寫為由粉末顆粒接觸處形成燒結頸，燒結頸長大，產品中的氣體排出，當燒結頸長大到一定程度，少部分氣體孔隙被完全封閉且逐步呈現為球形，此時產品的收縮、尺寸的縮小最為明顯，隨著進一步的燒結，孔隙個數減少，平均孔隙尺寸增大並被進一步壓縮，完成燒結。

前期加入的成形劑、潤滑劑都會造成一定的影響，若升溫過快，排出物與本身氣體都可能使產品鼓泡脹大，難以修復。一些精密部件為了維持很高的精度，希望燒結後尺寸盡量不發生變化，此時就需要成形時的壓制毛坯本身氣體含量少，密度高，但這一方面對壓力機的噸位（壓力大小）以及模具的精密度有很高的要求，另一方面高溫燒結會產生熱收縮變形，需要嚴格控制燒結溫度和時間，為了較為準確的控制變形，一般採用低溫燒結，但低溫燒結會使燒結時間延長，因此若材質後期加工成本不大，通常加入冗餘量便於後期加工。

燒結還存在活化燒結等方式，相應的設備、氣氛的選擇也有大量的內容，但不提，這裡接下來寫上一篇3D列印，提到了『從現在來說不認為這項技術可以進入粉末冶金行業』，冶金結合的方式決定了其不能如光敏樹脂般融化成半流體進行堆積，解決方式可以為先平鋪然後激光燒結吧，但這對於前兩層沒有問題，但對於後續層會產生極大的問題：激光燒結速度快，能量高，會使顆粒結合時產生畸變，若燒結溫度是1300度，前兩層沒問題，但燒結到第50層呢？第49層與第50層溫度是1300度，此時第1層與第2層溫度可能有900度，而這時之前產生的畸變就會產生變化，第2層到第49層各層都會發生變化，造成整體結構、性能極不均勻，如果要修復這種問題，按傳統思路是進行燒結後熱處理。但什麼情況下可用呢？燒結溫度與改善畸變的溫度跳動不大的情況，如一種材質900度會發生變化，只有這一個溫度會對產品最終性能造成影響或材質性能要求不高時，對於粉末冶金兩種跳差極大的溫度時還需要進一步的技術發展。

十字之燒結就先寫到這裡（這一篇的實際內容因太多太細沒有深入），歡迎有興趣的人士一起交流，共同進步，也希望不吝賜教，各方面都可以。

十字之加工

這一節打算略寫然後寫一下材料的基體改性。

圖不上了。

十字之加工略寫的原因是大多數的加工方法都是共通的，只是所用的設備、參數不一致，而這不是本文的重點。

如果用氣體、能量等方式進行加工，需要考慮氣壓、溫度、時間、距離等因素，如果是接觸式加工，需要考慮進料速度、設備速度、固定、冷卻等因素。當然並不是一道加工就可以形成最終的成品，工序之間的配合，包括檢測工序的配合，即整個流程的設計才是重點，一般先粗加工後細加工等。

基體改性，比較常見的就是各種塗層：傢具、車輛的噴漆等，這屬於外部改性，一般這種改性只是為了保護內部材料或者美觀用的，一旦發生突發事故，起決定作用的還是內部材料，另一種改性就是材料整體的改性，以C-C基體的改性為例：採用碳纖維預製體（網格類立方體，如魔方），在設備中沖入含碳氣體，適當溫度下維持一段時間，氣體會填充進預製體內部和表面，高溫處理時含碳氣體裂解，在預製體內部和表面留下熱解碳，取出後在真空下浸在含有陶瓷粉末的先驅體溶液中，升壓使溶液進入預製體內部並高溫處理，最後進行熱處理。這樣產品就擁有了陶瓷和碳纖維的功能，克服了單一材質的問題。

當然，還是回歸小米陶瓷後蓋來寫結尾，後蓋手感確實很贊，陶瓷手感近如玉，一方面是材質本身的優勢，另一方面就是結構和顯微尺寸的影響，耐腐蝕性也應該很好，畢竟對於手經常出汗的人來說，金屬後蓋不帶套的結果就是斑駁不堪，但手機上手汗的痕迹也是一個問題。

整篇內容寫完了，簡寫的比較嚴重，其中也存在不嚴謹的地方，但作為一個概念的科普應該算長的了，最後再來一句吧：歡迎有興趣的人士一起交流，共同進步，也希望不吝賜教，各方面都可以。