《材料制备与加工原理》第二章 粉末材料制备.pptVIP

第二章 粉末材料制备 第一节 概述 1 基本概念 粉体：指的是在常态下以较细的粉粒状态存在的物料。 一次颗粒：即单个颗粒，指内部没有孔隙的致密材料，可以是非晶、单晶或多晶。二次颗粒：由单个颗粒以弱结合力构成，包含了一次颗粒与孔隙。 单分散体系：组成粉体系统的颗粒粒径相等或相近。多分散体系：组成粉体系统的颗粒粒径不相等，在一定的范围内变化。 2 制粉的目的 从材料制备的角度： 有利于各种不同形状的制备。 可提高堆积密度，提高素坯密度（对于压制成形）。 提高制品中多组分之间的混合均匀度。 有利于制品的烧成与致密。 从材料性能的角度： 颗粒细化对表面积、表层原子比例的影响，进而对材料性质的影响。 3 现代陶瓷粉体应有的特性 ① 化学组成精确。 ② 化学组成均匀性好。 ③ 纯度高。 ④ 适当小的颗粒尺寸。 ⑤ 球状颗粒，且尺寸均匀单一。 ⑥ 分散性好，团聚少。 4 材料的发展历史与制粉的关系 5 粉末材料的应用 6 制粉方法的分类 机械制粉 物理制粉 化学制粉 机械法制备的粉体粒度有一定限制，而且制备过程中极易引入杂质，但具有成本低、产量高、制备工艺简单等特点。物理法和化学法，是通过相变或化学反应，经历晶核形成和晶体生长形成固体粒子，其工艺过程精细，成本相对较高。 第二节 机械制粉方法 1 物料的粉碎方式 挤压粉碎、冲击粉碎、摩擦-剪切粉碎和劈裂粉碎。 2 被粉碎物料的基本物性 强度：物料对外力的抵抗能力。 硬度：物料抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力。 脆性：物料在受力破坏时直到断裂前只出现极小的弹性变形而不出现塑性变形。 韧性：指物料在外力的作用下，塑性变形过程中吸收能量的能力。 易碎(磨)性：概括影响粉碎过程的其他因素。 强度和硬度均大的物料较难粉碎；强度不大而硬度大的物料易破碎，但难粉磨；强度大而硬度不大的物料易粉磨，但难破碎。 脆性材料抵抗动载荷或冲击的能力较差，采用冲击粉碎可使粉碎效率提高。韧性物料的抗拉和抗冲击性能较好，而抗压性能较差，采用挤压粉碎可使粉碎效率提高。 3 机械研磨法 球磨制粉的四个基本要素：球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质。 球磨方式：滚筒式、振动式、搅动式。 提高球磨效率的两个基本准则。（1）动能准则：提高磨球的动能。（2）碰撞几率准则：提高磨球的有效碰撞几率。 3.1 滚筒式球磨 3.1.1 运动形式分析 球磨机转速的限定条件：V临1＜V实际＜V临2 3.1.2 研磨介质的运动分析 外层研磨介质的基本 运动方程 3.2 振动球磨 特点： ① 不存在滚筒球磨的上下临界转速的限制，是一种高能、高效的研磨方法； ② 传动方式是直接与电机相连，因而能高速工作； ③ 粉料与研磨介质的填充率均较高，生产效率高。 3.3 搅拌球磨 特点： ① 不存在临界转速的限制，因而磨球的动能大大增加； ② 通过提高搅拌转速、减小磨球直径的办法可以提高磨球的总撞击几率。 4 气流研磨法 是通过气体传输粉料的一种研磨方法。与机械研磨法不同的是，气流研磨不需要磨球和介质。研磨时，粉料随着高速气流的流动获得动能，通过粉末颗粒间的相互摩擦，撞击或颗粒与制粉装置间的撞击使粗大颗粒细化。 提高气流研磨效率的两条准则。（1）动能准则：提高粉末颗粒的动能。（2）碰撞几率准则：提高粉末颗粒的碰撞几率。 4.1 旋涡研磨 4.2 冷流冲击 4.3 流态化床气流磨 5 粉碎机械力化学 固体物质在各种形式的机械力作用下所诱发的化学变化和物理化学变化称为机械力化学效应。 （1）粉碎平衡：物料粉碎至一定时间后，粒度和比表面积不再明显变化而稳定在某一数值附近。 （2）晶格畸变：晶格中质点的排列部分失去其点阵结构的周期性导致晶面间距发生变化、晶格缺陷以及形成非晶态结构等。 （3）晶型转变：在常温下由于机械力的作用常常会发生晶型转变。 （4）化学变化：发生脱水效应、固相反应等。 第三节 物理制粉方法 1 雾化法 提高雾化制粉效率的两条基本准则： ①能量交换准则：提高液体从系统中吸收能量的效率，以利于表面自由能的增加； ② 快速凝固准则：提高雾化液滴的冷却速度，防止液体微粒的再次聚集。 1.1 双流雾化法 1.2 离心雾化法 1.3 雾化制粉的特性 ① 雾化制粉主要用于金属或合金。 ② 雾化制粉是一种快速凝固技术，能够增加金属元素的固溶度。 ③极大地降低了成分偏析，粉末成分均匀。 ④ 可获得细晶、微晶、准晶直至非晶粉末。 2 物理蒸发冷凝法 采用不同的能量输入方式，使金属汽化，然后再在冷凝壁上沉积，从而获得金属粉末。 按能量输入方式来划分，物理蒸发冷凝法可分为：电阻加热方式、等离