第四章-粉末工艺.ppt

第4章 粉末工艺 ; 追溯人类文明发展的历史，可以清楚地看到一种以粉末材料的获得、成形和烧结为主线的材料制备方法对人类文明的发展起到积极的促进作用。材料的每一次飞跃离不开原料粉末技术的改进。可以这样认为，材料的粉末制备是最重要的环节，它直接影响到原料粉的品质和烧成材料的品质。粉末工艺技术最初是用来制备金属或陶瓷零部件，不是用于聚合物的典型工艺（聚四氟乙烯除外）。 ;§4.1 粉末冶金; 工艺特点; 有些材料采用粉末冶金制备，其性能较熔铸产品优越： ①制取成分偏折小的合金，如高速钢、高温合金等。 ②制取细晶粒、组织均匀和加工性能好的稀有金属坯锭。 粉末冶金制品表面光洁度高，尺寸精确，是一种少切削、无切削的新工艺，可节约大量的人力和物力。 不足之处：粉末本身的成本较高，制品的大小和尺寸受到一定的限制；烧结零件的韧性较差，延展性低，疲劳性能值得怀疑。; 技术应用;;工艺过程;粉末准备; 粉末冶金生产工艺举例;§4.1.2 粉末的物理性能; 粉体的物理性能;粉末颗粒的形状 (a)球形；(b)近球形；(c)多角形；(d)片状；(e)树枝状； (f)不规则形；(8)多孔海绵状；(h)碟状;颗粒形状与粉末生产方法的关系 ;粉体的粒度（particle size） 由于细颗粒的团聚作用，粉体一般是大量颗粒的聚合体。习惯上也把聚合体称为颗粒。团聚了的颗粒称为二次粒子。; 粉体是大量颗粒的集合体，只评价一个颗粒的尺寸是没有意义的，必须描述其集合体的统计特性。 1 粒径的统计特征 粉体的粒径具有统计特征，即描述的是粉体颗粒群的粒度。所以，一般将颗粒的平均大小称为粒度。习惯上可将粒径和粒度二词通用。 2 粒径的表示方法 颗粒的大小用其在空间范围所占据的线性尺寸表示。球形颗粒的直径就是粒径（particle diameter）。非球形颗粒的粒径则用球体、立方体或长方体的尺寸表示。;其中用球体的直径表示不规则颗粒的粒径应用得最普遍，称为当量直径或相当径（equivalent diameter）。 粒径的主要表示方法有：等体积球相当径、等表面积相当径、等沉降速度相当径、投影径以及筛分径等。 1） 等体积球相当径：用???体积球的直径来描述不规则形状颗粒的尺寸。 2）等表面积球相当径：用等表面积球的直径来描述不规则形状颗粒的尺寸。;3） 等沉降速度相当径：利用颗粒在液体中的沉降速度 与粒径的关系来确定颗粒的粒径。 4） 投影径：利用显微镜观察颗粒的投影，可测量颗粒 的粒径。 5） 筛分径：当颗粒通过粗筛网并停留在细筛网上时， 粗细筛孔的孔径范围称为筛分径。 例如：粉末的粒径为45~60目表示该粉末可通过 45目粗筛网，而停留在60目筛网上。;3 粉体的粒度分布（particle diameter distribution） 当粉体的粒度差别较小或近似相同时，就称为单分散体系；当粉体的粒度差别较大时则称为多分散体系。对于多分散体系就要对粉体的粒度分布范围进行描述。常用的方法有频度分布和累积分布两种。 粒度分布通常用简单的图表或函数形式来表示。 1）频度分布（微分型）：用横坐标表示粒径，纵坐标表示各粒径对应的颗粒百分含量。 2）累积分布（积分型）：用横坐标表示粒径，纵坐标表示小于(或大于)某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量。;频度分布曲线;4 粉体的粒子学特性 粉体的粒子学特性包括粉体粒径、粒径分布、粒子形状、密度、流动性、堆积密度等。 粉体的粒径减小，其单位质量的粉体数目增加，表面积增大，存储于颗粒表面的表面能也随之增加；相应地，会引起粉体的一些重要性能发生变化，尤其是对超细粉。;材料的熔点降低 熔点降低意味着坯体可以在更低的烧结温度下致密化，能有效控制晶粒长大的倾向。例如，5?m的氧化锆粉体的烧结温度为1800℃，而粒径降到0.05 ?m时，其烧结温度仅为1200 ℃。 蒸汽压上升 有利于控制烧结过程中的组分含量。 ;光学性质的变化 当金属颗粒减小到几十nm以下时，其反射率迅速降低，粉体颜色变黑，是极好的吸光树料。 稳定性降低，表面活性增加，表面吸附能力提高，除物理吸附外还出现了化学吸附 电阻率上升 纳米Ag粉末的绝缘性极好。;§4.1.3 粉体的制备方法;一、粉体的机械制备方法; 球磨法;提高球磨效率的基本原则 （1）动能准则：提高球磨的动能。?? （2）碰撞几率准则：提高球磨的有效碰撞几率。 球磨方式分类 滚筒式球磨 振动球磨 搅拌球磨 ; 滚筒式球磨;(3)转速增加到某一值时：磨球的离心力大于