粉末冶金课件

金属粉末制备§2.1概述1m32×10181μm857个国际足球场标准面积S=6000000m27000m2S=6m21、表面积假说RittingerHypothesis雷廷智（Rittinger）粉碎所消耗的能量用于物料分子间的引力而产生了新的表面所需的能量。§2.1概述2、体积假说基克假说物料粉碎成形状相似的成品时，所消耗的能量与其体积成正比。σε0§2.1概述2、体积假说基克假说物料粉碎成形状相似的成品时，所消耗的能量与其体积成正比。§2.1概述3、粉碎的第三理论彭德（Bond）粉碎的第三理论§2.1概述金属粉末的制取方法可以分成机械法和物理化学法两大类。机械法制取粉末是将原材料机械地粉碎而化学成分基本上发生变化的工艺过程。**********************************************物理化学法则是借助化学的或物理的作用．改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末的工艺过程。§2.1概述§2.1概述制造方法物理方法化学方法机械粉碎液相法气相法还原法、热解法共沉淀法电解法溶胶凝胶法气相合成法固相法机械法、雾化法§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末工艺上所说的还原是指通过一种物质，即还原剂，夺取氧化物而使其转变为元素或低价氧化物过程。MeO+X→Me+XO式中：Me----生成氧化物MeO的任何金属，

X----还原剂2Me+O2→2MeO2X+O2→2XO用两式的差可得：MeO+X→Me+XOΔG1=RTlnPO2(MeO)ΔG2=RTlnPO2(XO)还原反应向生成金属方向进行的条件：即ΔG2<ΔG1还原反应向生成金属方向进行的热力学条件是还原剂氧化反应的自由能变化小于金属的氧化反应的自由能的变化，还原剂才能金属氧化物中还原出金属来，也金属说，还原剂与氧化生成的氧化物应该比被还原的金属氧化物稳定。因此，凡是对氧的亲和力比被还原的金属对氧的亲和力大的物质，都能作为该金属氧化物的还原剂。

§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末温度/℃20003000ΔG/kcal/molO20-40-80-120-160-200-240SeO2COTeO2Bi2O3PbOAs2O3CO2Sb2O3H2OGeO2P2O3In2O3K2OGa2O3Na2OB2O3SiO2Al2O3BaOMgOBeOCaOSnO2Li2O010001．由图可知，随温度升高，ΔG增大，即各种金属的氧化反应愈难进行。由于随温度的升高，金属对氧的亲和力减小，因此还原金属氧化物通常要在高温下进行。§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末氧化物的ΔG-T图特点：

温度/℃20003000ΔG/kcal/molO20-40-80-120-160-200-240SeO2COTeO2Bi2O3PbOAs2O3CO2Sb2O3H2OGeO2P2O3In2O3K2OGa2O3Na2OB2O3SiO2Al2O3BaOMgOBeOCaOSnO2Li2O010002．ΔG-T关系线在相变温度处，特别是在沸点处发生明显的转折，这是由于系统的熵在相变时发生了变化。§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末氧化物的ΔG-T图特点：

温度/℃20003000ΔG/kcal/molO20-40-80-120-160-200-240SeO2COTeO2Bi2O3PbOAs2O3CO2Sb2O3H2OGeO2P2O3In2O3K2OGa2O3Na2OB2O3SiO2Al2O3BaOMgOBeOCaOSnO2Li2O010003．一氧化碳生成的ΔG-T关系线的走向是向下的，即一氧化碳的ΔG是随温度的升高而减小的。§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末氧化物的ΔG-T图特点：

温度/℃20003000ΔG/kcal/molO20-40-80-120-160-200-240SeO2COTeO2Bi2O3PbOAs2O3CO2Sb2O3H2OGeO2P2O3In2O3K2OGa2O3Na2OB2O3SiO2Al2O3BaOMgOBeOCaOSnO2Li2O010004．在同一温度下，图中位置愈低的氧化物，其稳定性愈高，即该元素对氧的亲和力愈大。因此，可以用处于图中下部位置的金属或元素来还原处于它上部的金属氧化物。§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末未反应芯部反应边界反应区JiJo氧化物颗粒部分还原金属粉末示意图

§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末吸附自动催化的反应速度与时间的关系

时间反应速度第一阶段第二阶段第三阶段碳还原法铁的氧化物的还原过程是分阶段进行的，即先从高价氧化铁还原成低价氧化铁，最后再还原成金属铁：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末碳还原法用固体碳可以还原很多金属氧化物，如铁、锰、铜、镍、钨等的氧化物来制取相应的金属粉末。

§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末碳还原法用固体碳直接还原铁的氧化物时，当温度高于570℃，反应按下述过程进行：3Fe2O3+C＝2Fe3O4+COΔH298＝108.91kJ/mo1Fe3O4+C＝3FeO+COΔH298＝194.26kJ/mo1FeO+C＝Fe+COΔH298＝158.28kJ/mo1§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末碳还原法当温度低于570℃时，反应过程则为：1/4Fe3O4+C＝3/4Fe+COΔH298＝167.59kJ/mo1FeO晶体结构§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末气体还原法氢、氨分解气、转化天然气等许多都可作为气体还原剂。气体还原法不仅可以制取铁、镍、钴、铜、钨以及钼等金属粉末，还可以制取一些合金粉末。

§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末气体还原法按照氢还原铁的氧化物反应状态图，用氢还原铁的氧化物时，当温度高于570℃，反应过程应为：3Fe2O3+H2＝2Fe3O4+H2OΔH298＝-21.80kJ/mo1Fe3O4+H2＝3FeO+H2OΔH298＝63.55kJ/mo1FeO+H2＝Fe+H2OΔH298＝27.70kJ/mo1§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末金属还原法金属热还原法主要应用于制取稀有金属粉末，如Ni、Ta、Ti、Zr、Th、U等金属粉末，特别适合生产无碳金属，可以制取象Cr-Ni这样的合金粉末。§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末金属还原法金属热还原的反应可用一般化学式来表示：MeX十Me'＝Me'X十Me十Q式中：MeX——被还原的金属化合物(氧化物、盐类等)；

Me'——金属热还原剂；

Q——反应热效应。§2.2制粉方法2.2.1还原法制备金属粉末雾化法是将液体金属或合金直接破碎成为细小的液滴。雾化法可以用来制取多种金属粉末，也可制取各种合金粉末。实际上，任何能形成液体的材料都可以进行雾化。§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末普通雾化法采用惰性气体雾化可以减少金属液滴的氧化和气体的溶解，这对于雾化铬粉以及合金、锰、硅、钒、钻、锌等活性元素的合金钢粉或镍基、钴基超合金粉末是十分重要的。使用氮气可以喷制不锈钢粉和合金钢粉，如果合金中含有钛、锆等元素或镍基、钴基超合金粉末，则要使用氩气喷制。

§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末图2-15真空雾化示意图

§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末普通雾化法图2-17水雾化和气雾化示意图§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末普通雾化法图2-19水射流构造(a)环形喷射；(b)开式V形喷射；(c)闭式V形喷射§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末普通雾化法§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末Lubanska理论从Lubanska理论可知,雾化粉末粒度的分布范围越窄,产量越高;紧密耦合型(限制型)喷嘴比自由型喷嘴更有效。普通雾化法§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末Thompson理论

J.S.Thompson研究发现,粉末粒度随金属流速的提高、射流压力的增加及金属过热度的增大而减小。此后,Mannesman设计了锥形喷嘴、Wat_kingson设计了环形喷嘴,使工艺过程更加稳定,取得了较好的改进效果。普通雾化法§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末三阶段雾化理论Hinze指出,金属熔体的雾化过程存在三种破碎方式,即扁豆状、雪茄形和膨胀形。发展到后来演变为鼓泡(bag)、生长(stretching)、突变(catastrophic)的雾化机制。Dambrowski和Hooper的模拟实验发现,金属液体束在高速气体喷射的驱动下,首先成膜,继而破碎成带,最后破碎成滴。带的厚度取决于液膜的厚度和高速气流的波长。

气雾化法图2-20垂直雾化装置示意图1-气体源；2-气体；3-细粉体；4-集料室；5-粉末；6-雾化室；7-熔体；8-真空感应溶化器§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末

气雾化法图2-21液体雾化示意图§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末普通雾化法§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末正态分布理论R.M.German利用计算机技术研究发现,雾化粉末粒度分布呈对数正态分布,标准偏差δ取决于雾化条件,平均粒径与标准偏差关系密切,要降低平均粒径,必须严格控制标准偏差。普通雾化法§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末Strauss理论

J.T.Strauss理论给出了粉末平均粒径与金属液表面张力的关系:d50=Kσ^nd50为粉末平均粒径;σ为金属液表面张力;K、n为与金属熔体物性相关的常数。金属熔体的物性与粉末粒度的关系较为复杂,雾化参数的确定(包括雾化介质的选择、雾化设备的结构设计)因材料不同而异,因此金属的雾化制粉是工艺性很强的生产过程。

气雾化法第二破碎理论示意图

§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末气雾化法图2-20垂直雾化装置示意图1-气体源；2-气体；3-细粉体；4-集料室；5-粉末；6-雾化室；7-熔体；8-真空感应溶化器§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末水雾化法图2-19水射流构造(a)环形喷射；(b)开式V形喷射；(c)闭式V形喷射§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末水雾化法图2-18双流雾化喷嘴结构§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末

雾化法理论图2-25水雾化法机理的冲击模型“溅落”机理“擦落”机理

§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末

雾化法理论(1)空气雾化。空气雾化广泛用于Al、Sn、Pb、Cu_Sn、Cu_Zn粉末的制备,类似于气雾化,运行成本低,但氧含量高,球形度差。(2)气雾化。气雾化广泛用于Sn、Pb、Al、Bi、Cu、Ag、Au、Co、Ni、Fe、Zn粉末的制备,其粒度分布从10μm(与合金种类有关)到200μm,球形度好,有良好的密度和流动性,氧含量低,生产效率达50kg/min,所用气体主要是N2、Ar。(3)水雾化。水雾化广泛用于Au、Ag、Pd、Pt、Co、Cu、Ni、Fe、Zn粉末的制备,其粒度分布从10μm级到毫米级,形状不规则,球形度差,有良好的压制成形性,设备投资规模小,运行成本低,水可循环使用,其氧含量≤0.4%,且可通过后工序还原去除,生产效率可达500kg/min,但对Al等活泼金属不适用。(4)碳氢雾化。类似于水雾化的特点,但无氧化,球形度更好,有利于生产细Al粉。§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末离心雾化法离心雾化示意图§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末1234§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末旋转电极雾化法图2-27旋转电极雾化示意图§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末旋转电极雾化法图2-28旋转电极雾化设备图§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末离心雾化法图2-29旋转电极雾化形成微观图§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末振动电极雾化法图2-30振动电极雾化示意图1-旋转铜电极；2-容器；3-振动器；4自耗性电极；5-水§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末12345678§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末普通雾化法图2-15真空雾化示意图§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末普通雾化法§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末图二次枝晶间距不意图振动电极雾化法图2-32水雾化粉末粒度与二次枝晶间距的关系§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末振动电极雾化法图2-33温度梯度和温度对快速凝固粉末的显微组织结构的影响§2.2制粉方法2.2.2雾化法制备金属粉末是电解铜粉的生产工艺流程图§2.2制粉方法2.2.3电解法是电解铜粉的生产工艺流程图§2.2制粉方法2.2.3电解法－Cu(粉)/CuSO4,H2SO4,H2O/Cu(纯)＋溶液中的离子装体CuSO4=Cu2++SO42-H2SO4=2H++SO42-H2O=H++OH-§2.2制粉方法2.2.3电解法在阴极Cu=Cu2＋＋

2e2OH－2e=H2O+ 1/2O2在阳极Cu2＋＋2e=Cu2H＋+2e=2H=H2§2.2制粉方法2.2.3电解法§2.2制粉方法2.2.3电解法图金属离子浓度与至阴极之关系§2.2制粉方法2.2.3电解法

i-c关系图§2.2制粉方法2.2.3电解法§2.2制粉方法2.2.3电解法12341-阴极2-石墨坩埚3-接触环4-阳极+-§2.2制粉方法2.2.3熔盐电解法§2.2制粉方法2.2.4机械法挤压碰击研磨α§2.2制粉方法2.2.4机械法鄂式破碎机

鄂式破碎机

JawCrusher

§2.2制粉方法2.2.4机械法鄂式破碎机§2.2制粉方法2.2.4机械法轮碾机

轮碾机

§2.2制粉方法2.2.4机械法轮碾机轮碾机

(a)(b)(c)(d)第二章非金属矿物粉碎加工§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨

商业用的间歇式球磨机

§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨球磨机§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨O

PαA1AGR§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨临界转速§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨自然坡度角βGOG2G1βlαABCDE

βαBC§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨自然坡度角Ball-powder-ballcollisionofpowdermixtureduringmechanicalalloying§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨Schematicsofmicrostructuralevolutionduringmillingofaductile-brittlecombinationofpowders.Thisistypicalofanoxidedispersionstrengthenedcase.§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨影响因素：球磨时间转速球料比温度填充量§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨临界晶粒尺寸球磨时间/h晶粒尺寸/nm

无定形态球磨时间粉体颗粒球料比降低高转速低转速临界激活能区§2.2制粉方法2.2.4机械法机械球磨离心力(a)(b)§2.2制粉方法2.2.4机械法转动搅拌器

冲击球体

密封圈

20um20umAlFeMnPCA机械合金§2.2制粉方法2.2.4机械法§2.2制粉方法2.2.4机械法振动球磨

1234567891011121314§2.2制粉方法2.2.4机械法振动球磨

斯韦克湿式振动球磨机

启动振动研磨机时，振动马达产生强大的激振力，通过振动弹簧带动振动盘中的研磨混合物产生三个方向的运动，即上下振动、由里向外的翻转、螺旋式的顺时针旋转§2.2制粉方法2.2.4机械法做金属间化合物粉末成型方面的工作，首先熔炼得到金属间化合物，然后破碎后球磨制粉，但在球磨过程中发现，某个物相随着球磨时间的延长逐渐消失，一些物相衍射峰减弱出现宽化，而主相（α-Fe）衍射峰明显增强，合金中含有稀土元素La（镧），球磨时间分别为10分钟，30分钟，由于刚刚开始做这方面的研究，不知如何解释这一现象，有这方面经验的求指教。124365§2.2制粉方法2.2.4机械法

涡旋研磨

涡旋研磨§2.2制粉方法2.2.4机械法

冷气流粉碎冷气流粉碎的基本工艺是：利用高速高压的气流带着较粗的颗粒通过喷嘴轰击在击碎室中的靶子，压力立即从高压(高达7MPa)降到0.1MPa，发生绝热膨胀，使金属靶和击碎空的温度陈列室温以下，甚至零度以下。冷却了的颗粒就被粉碎。气流压力放大，制得的粉末粒度愈细。冷流冲击方法适用于粉碎硬质的、磨料的以及比较昂贵的材料。

氧化镍焙烧料回转窑硫活化器气化器H2+COCO，Ni(CO)4离解器Ni粉COCO还原残渣硫酸化焙烧湿化处理Ni、Co、Cu沉淀常用羟基法制备镍粉生产工艺流程示意图

§2.2制粉方法2.2.5气相沉积法H2MeClnCH4

§2.2制粉方法2.2.5气相沉积法这种方法已经用来制取微细碳化物，如碳比钛、碳化钽、碳化铌等。等离子弧法的基本过程是使氢通过等离于体发生器将氢加热到平均3000℃的高温，再将金属氯化物蒸气和碳氢化合物气体喷入炽热的氢气流(火焰)中，则金属氯化物随即被还原、碳化，在反射墙上骤冷而得到极细的碳化物。

§2.2制粉方法2.2.6液相沉积法金属置换法可以用来制取铜、铅、锡、银、金等粉末。用一种金属从水溶液中取代出另外一种金属的过程叫置换。从热力学来说，只能用负电位较大的金屑去置换溶液中正电位较大的金属。置换序的排列次序为：锂、钾、钠、镁、铝、锰、锌、铁、镉、钴、镍、锡、铅、氢、铜、银、金。

§2.2制粉方法2.2.6液相沉积法金属置换法可以用来制取铜、铅、锡、银、金等粉末。用一种金属从水溶液中取代出另外一种金属的过程叫置换。从热力学来说，只能用负电位较大的金屑去置换溶液中正电位较大的金属。置换序的排列次序为：锂、钾、钠、镁、铝、锰、锌、铁、镉、钴、镍、锡、铅、氢、铜、银、金。

§2.2制粉方法2.2.6液相沉积法镀铜石墨和粗化石墨XRD图谱

§2.2制粉方法2.2.6液相沉积法镀铜石墨粉体SEM显微形貌

§2.2制粉方法2.2.6液相沉积法镀铜石墨铜基与石墨铜基复合材料宏观形貌粉末的性能及其测定§3.1概述

粉体是粉体冶金学研究的基本对象。工业生产单元操作过程中所处理的物料，因其物质种类千差万别，粒子的形成方式不同，所以其各种性质也不相同。而这些性质与有关的单元操作过程密切相关，直接影响这些过程的正常进行，巳直接影响原料、半成品及成品的质量。

颗粒粉体§3.1概述3.2.1粉末体定义和粉末体颗粒粉末体简称粉末或粉体(powder)，通常是指由大量的固体颗粒及颗粒间的空隙所构成的集合体。而组成扮末体的最小单位或个体称为粉末颗粒(powderparticle)，简称颗粒，其大小一般小于1000μm。粉末体实际上是由大量的固体颗粒组成的一种分散体系。其他的多颗粒体系还包括雾滴和气泡群。§3.2粉末及粉末性能§3.2粉末及粉末性能

聚集颗粒示意图

3.2.1粉末体定义和粉末体颗粒一次颗粒之间形成一定的粘结面，在二次颗粒内存在一些微细的孔隙。一次颗粒或单颗粒可能是单晶颗粒，而更普遍情况下是多晶颗粒，但晶粒间不存在空隙。多数场合下，颗粒与邻近的颗粒粘附，并且有时形成链状或更复杂的形状。颗粒间的粘附力，据拉提（Latty）和克拉克(Clark)计算，比范德华引力大得多，而接近电荷的库仑引力。§3.2粉末及粉末性能3.2.1粉末体定义和粉末体颗粒二次颗粒是由单颗粒以某种方式聚集而成，通常由化合物的单晶体或多晶体经分解、焙(bei)烧、还原、置换或化合等物理化学反应并通过相变或晶型转变而形成；也可以由极细的单颗粒通过高温处理(如煅烧，退火)烧结而形成。§3.2粉末及粉末性能§3.2粉末及粉末性能3.2.1粉体粒径和粉末体的定义

Fineparticle颗粒从个体颗粒出发，称为颗粒学

Powder粉体从集合粉体出发，称为粉体工程学3.2.2粉末颗粒构造和表面状态粉末颗粒实际构造的复杂性还表现为晶体的严重不完整性，即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等。因此，粉末总是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性。

§3.2粉末及粉末性能3.2.2粉末颗粒构造和表面状态§3.2粉末及粉末性能开孔闭孔氧化物3.2.3粉末性能§3.2粉末及粉末性能粉体的基本性质

粉体的几何形态性质

粉体的力学性质

粉体的物理化学性质

3.3.1粉体取样§3.3金属粉末的取样和分样插入式取样器

3.3.1粉体取样§3.3金属粉末的取样和分样Snorkel型取样设备

3.3.1粉体取样§3.3金属粉末的取样和分样四分法分样器

3.3.2化学成分检测§3.3金属粉末的取样和分样粉末的化学成分菲水滴定法/氢损值

酸不溶物法/铁粉盐酸不溶物

3.3.2化学成分检测§3.3金属粉末的取样和分样菲水滴定法/氢损值金属粉末的试样在纯氢气中煅烧足够长时间，粉末中的氧被还原成水蒸气，某些元素与氢生成挥发性的化合物，与挥发性金属一同排除，测得试样粉末的相对质量损失，称为氢损。

3.3.2化学成分检测§3.3金属粉末的取样和分样

酸不溶物法/铁粉盐酸不溶物

金属粉末中在溶解金属的无机酸中不溶的非金属。在铜粉中，这种不溶物有二氧化硅、不溶性硅酸盐、氧化铝、粘土及其他耐火材料。不溶性材料中也可能含有硫酸铅。在铁粉中，除了上述铜粉中含有的物质以外，其不溶物中可能有碳化物。§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状粉末的形状规则形状

不规则形状§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状粉末颗粒的形状

Feret径§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状Martin径§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状hblHeywood径§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状a1筛分径图示

a2§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状等表面积球当量径与颗粒等表面积球的直径§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状等体积球当量径与颗粒同体积球的直径。§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状Stoke径Re<1与颗粒相同沉降速度的球的直径。§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状当量表面S=πd2=kd2V=πd3/6=Md3当量体积形状系数=K/M=π/(π/6)=6§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状§1.1粉体颗粒的粒径与形状1.1.5颗粒的形状形状系数/形状因子形状系数=？

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状(a)(b)(c)(d)制备的粉体SEM形貌

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.4粉末的粒度及其测定几何形体的投影图

3.3.4颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样累积分布曲线

3.3.4颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样累积分布曲线

3.3.4颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样粒度分布曲线的几何类型

不规则尺寸d的重量%粉体颗粒尺寸d多模尺寸d的重量%粉体颗粒尺寸d尺寸d的重量%宽化粉体颗粒尺寸d标准(单模)尺寸d的重量%粉体颗粒尺寸d§3.3金属粉末的取样和分样3.3.4颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样3.3.4颗粒形状3.3.5颗粒粒度的测定方法§3.3金属粉末的取样和分样粒度分布曲线的几何类型

筛分析法3.3.5颗粒粒度的测定方法§3.3金属粉末的取样和分样粒度分布曲线的几何类型

筛分析法012345678910

直线测微尺

网络测微尺

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法显微镜法12345671234567§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法显微镜法定向径定向等分径投影面积径最大水平截距§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法显微镜法垂直投影法测量粒度

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法显微镜法dddddddddd线性分割法测量粒度

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法显微镜法第二章粉末的表征与测量§1.2粉末粒径测量1.2.2显微镜法激光器激光束透镜样品池透镜衍射光束未衍射光束光传感器列阵中心传感器粉末§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法激光衍射法

激光器接收器搅拌器探测器样品槽泵打印机处理器§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法激光衍射法

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法激光衍射法

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法激光衍射法

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法激光衍射法

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法库尔特计数器原理图

计数器法

颗粒受力分析FeFDFb§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

沉降速度：

黏性阻力区Re<1;

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

黏性阻力区Re<1;

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

比浊仪的结构示意图

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

比浊仪的结构示意图

第一章粉末的表征与测量§1.2粉末粒径测量1.2.4重量沉降光透法重力沉降光透法基本原理ClAII0§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

比浊仪测试粒度原理§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法淘析法

水力分级器原理

§3.3金属粉末的取样和分样3.3.5颗粒粒度的测定方法淘析法

离心淘析原理

§3.4粉末的比表面及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法尺寸效应法是根据粉末粒度组成和形状系数计算表面积的一种方法。如以f为表面形状系数、k为体积形状系数，ρc为颗粒有效密度，dsv为体面积平均径，则计算的比表面等于：比表面1g质量的粉体所具有的表面积。m2/gcm2/g反映出吸附溶解活性的性能。3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定化学键力原子状态被吸附/低温下气体被吸附物理吸附化学吸附范德华力分子状态被吸附3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定单分子层覆盖

气体压力吸附量P0

P0

P0

P0

P0

3.4.1气体吸附法§3.4粉末的比表面及其测定单分子层覆盖

3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定单分子层覆盖

3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定单分子层覆盖

单分子层覆盖

3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定P/VPk=单分子层覆盖

3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定

多分子层BET公式3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定

多分子层BET公式3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定BET比表面积是BET比表面积测试法的简称，该方法由于是依据著名的BET理论为基础而得名。BET是三位科学家（Brunauer、Emmett和Teller）的首字母缩写，三位科学家从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式基础上，即著名的BET方程，成为了颗粒表面吸附科学的理论基础，并被广泛应用于颗粒表面吸附性能研究及相关检测仪器的数据处理中。

多分子层BET公式EdwardTeller,PaulEmmettandStephenBrunauer,ca.1960s

3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定

多分子层P/(V(P0-P))P/P0k=a=3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定P/(V(P0-P))P/P0k=a=3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定P/(V(P0-P))P/P0k=a=

多分子层

S=VmNAAm/(22400W)3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定3.5.1粉体的堆积性质§3.5金属的工艺性能空隙率ε=1-Φ填充率Φ=1-ε空隙率ε=1-Φ填充率Φ=1-ε3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定粉末的堆积形状等径球形堆积

立方

单斜3.5.1粉体的堆积性质§3.5金属的工艺性能粉末的堆积形状等径球形堆积双斜棱锥

3.5.1粉体的堆积性质§3.5金属的工艺性能粉末的堆积形状不等径球形堆积0.1550.2250.4140.7321.0000.190.2070.26ε3.5.1粉体的堆积性质§3.5金属的工艺性能量杯漏斗3.5.2金属粉末的松装密度与振实密度的测定§3.5金属的工艺性能3.5.2金属粉末的松装密度与振实密度的测定§3.5金属的工艺性能测量筒凸轮导套钢砧固定套与导杆3.5.2金属粉末的松装密度与振实密度的测定§3.5金属的工艺性能比重瓶3.5.3金属粉末有效密度的测定§3.5金属的工艺性能比重瓶3.5.3金属粉末有效密度的测定§3.5金属的工艺性能浸润液体粉体吊斗悬丝3.5.2金属粉末的松装密度与振实密度的测定§3.5金属的工艺性能3.5.2金属粉末的松装密度与振实密度的测定§3.5金属的工艺性能粉体质量粉体质量粉体质量-

粉体浮力3.5.4金属粉末其他性能的测定§3.5金属的工艺性能注入法泄流法倾容器法沙漏又称“沙钟”，是我国古代一种计量时间的仪器。沙漏的制造原理与漏刻大体相同，它是根据流沙从一个容器漏到另一个容器的数量来计量时间。这种采用流沙代替水的方法，是因为我国北方冬天空气寒冷，水容易结冰的缘故。最著名的沙漏是1360年詹希元创制的“五轮沙漏”。流沙从漏斗形的沙池流到初轮边上的沙斗里，驱动初轮，从而带动各级机械齿轮旋转。最后一级齿轮带动在水平面上旋转的中轮，中轮的轴心上有一根指针，指针则在一个有刻线的仪器圆盘上转动，以此显示时刻，这种显示方法几乎与现代时钟的表面结构完全相同。此外，詹希元还巧妙地在中轮上添加了一个机械拨动装置，以提醒两个站在五轮沙漏上击鼓报时的木人。每到整点或一刻，两个木人便会自行出来，击鼓报告时刻。这种沙漏脱离了辅助的天文仪器，已经独立成为一种机械性的时钟结构。3.5.4金属粉末其他性能的测定§3.5金属的工艺性能3.5.4金属粉末其他性能的测定§3.5金属的工艺性能BT-1000粉体综合特性测试仪3.5.4金属粉末其他性能的测定§3.5金属的工艺性能3.5.4金属粉末其他性能的测定§3.5金属的工艺性能3.5.4金属粉末其他性能的测定§3.5金属的工艺性能转鼓试验机3.5.4金属粉末其他性能的测定§3.5金属的工艺性能+++3.5.4金属粉末其他性能的测定§3.5金属的工艺性能wtLPP/2P/2PL/43.5.4金属粉末其他性能的测定§3.5金属的工艺性能成形§4.1概述粉末冶金成形是粉末冶金零件生产中最重要的最基本的工序之一，它是粉末压制成所需形状及强度的压坯，也是粉末冶金零件生产的关键工序之一。压坯的生产质量，不仅直接影响以后各道工序，我们务必了解模压成形的基本原理，掌握压制过程中有关的力的计算，几种压制方式的选择以及压坯密度均匀性的分析，学会制定生产及掌握操作规程，熟悉简单和复杂形状零件的成型模具结构及其工作原理，了解成型设备的基本结构和相匹配的模架，以利用生产优质的粉末冶金零件。

§4.2成形前原料的准备4.2.1退火工艺

§4.2成形前原料的准备4.2.2混合

双锥形混料机

双锥形混料机

§4.2成形前原料的准备4.2.3筛分

三层旋振筛

§4.2成形前原料的准备4.2.3造粒

滚筒式造粒机

§4.3金属粉末压制过程4.3.1金属粉末压制现象

§4.3金属粉末压制过程4.3.1金属粉末压制现象

§4.3金属粉末压制过程4.3.1金属粉末压制现象

§4.3金属粉末压制过程4.3.2金属粉末的压坯强度§4.3金属粉末压制过程4.3.2金属粉末的压坯强度电解铜粉压坯的抗弯强度和成形压力的关系

§4.3金属粉末压制过程4.3.2金属粉末的压坯强度电解铜粉转鼓实验的压坯压力与质量损失率的关系§4.4压制压力与压坯密度的关系

4.4.2压制压力与压坯密度的定量关系压坯密度与成形压力的关系

§4.4压制压力与压坯密度的关系

4.4.2压制压力与压坯密度的定量关系压坯相对密度和压制压力的相对关系1一电解钍粉；2一钙热还原钍粉；3-还原锆粉；4-研磨铍粉；5-氢化物离解铀粉；6-硼化钛粉；7-铬粉§4.4压制压力与压坯密度的关系

4.4.1金属粉末压制时压坯密度的变化规律典型实际压制图§4.5压制过程中力的分析4.5.1侧压力压坯受力示意图§4.5压制过程中力的分析4.5.1侧压力轴向压力与侧压力之间的关系曲线

§4.5压制过程中力的分析4.5.1侧压力压制压力与侧压系数的关系

§4.5压制过程中力的分析4.5.2外摩擦力

§4.5压制过程中力的分析4.5.3脱模压力

如压制铁粉时，如压制铁粉时，P脱≈0.13P；当压制硬质合金一类制品时，P脱≈0.3P。§4.5压制过程中力的分析4.5.3脱模压力

铁粉脱模压力随模冲位移变化曲线

§4.5压制过程中力的分析4.5.4弹性后效

§4.5压制过程中力的分析4.5.4弹性后效

铁粉和铜粉的弹性后效与压力的关系

§4.6压制密度及其分布4.5.4压坯密度分布规律

用石墨粉作隔层的单向压制压坯§4.6压制密度及其分布4.5.4压坯密度分布规律

镍粉坯体的密度分布

§4.6压制密度及其分布4.6.2压坯密度分布规律

单向压制与双向压制的压坯密度沿高度方向的分布

§4.6压制密度及其分布4.6.2压坯密度分布规律

带摩擦芯杆的压模

§4.6压制密度及其分布4.6.2压坯密度分布规律

套管压坯密度沿高度的变化

§4.6压制密度及其分布4.6.2压坯密度分布规律

球形粉体堆积稳定化密度增加

§4.6压制密度及其分布4.6.2压坯密度分布规律

同步器齿毂压坯密度分布模拟

§4.6压制密度及其分布4.6.3复杂形状压坯的压制

异形压坯的压制的形状和压力分布

§4.7成形剂4.6.3成形剂的用量及效果

成形剂粒度对粉体流动性和松装密度的影响

§4.7成形剂4.6.3成形剂的用量及效果

润滑方式对压坯密度的影响

§4.8压制废品分析

压制分层§4.8压制废品分析

矩形压坯的应力分布

§4.8压制废品分析

压制裂纹

§4.8压制废品分析

压制裂纹

§4.10特殊成型

湿式等静压成型

选择模具材料及模具制作选择粉末并测量粉末装模排气、密封、清理及将模型装于容器中密封压力容器确定工艺参数加压保压减压打开容器取出压坯取出工具仅限湿袋工艺仅限湿袋工艺冷等静压成型的流程图

§4.10特殊成型§4.10特殊成型

湿袋模具压制

§4.10特殊成型干袋模具压制图

§4.10特殊成型

软模成型示意图

§4.10特殊成型三轴压制装置示意图

§4.10特殊成型粉末注射成形流程图

粉浆浇注工艺原理图

§4.10特殊成型粉末轧制过程示意图

§4.10特殊成型楔形压制装置示意图

§4.10特殊成型挤压时混合料的受力情况

§4.10特殊成型爆炸成形示意图

烧结§5.1概述烧结?压坯或松装粉末体的强度和密度都是很低的。为了提高压坯或松装粉末体的强度，需要在适当的条件下进行热处理。这就是把压坯或松装粉末体加热到其基本组元熔点以下的温度(约0.7-0.8Tm)，并在此温度下保温，从而使粉末颗粒相互结合起来，改善其件能。这种热处理就叫做烧结。MT=meltingpoint§5.1概述各种类型的烧结

§5.2烧结过程的热力学基础致密化参数Φ

§5.2烧结过程的热力学基础烧结时间的影响

§5.2烧结过程的热力学基础

烧结阶段示意图

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力Young-Laplace推导

对活塞稍加压力，将毛细管内液体压出少许，使液滴体积增加dV，相应地其表面积增加dA。克服附加压力

p环境所作的功与可逆增加表面积的吉布斯自由能增加应该相等。代入得：

p

p§5.2烧结过程的热力学基础

1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：特殊式（对球面）：根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是指向球面的球心。一般式：§5.2烧结过程的热力学基础

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结的两球模型

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结颈曲面下的空位溶度分布

§5.3烧结中物质的迁移

5.2.3烧结原动力两种类型的物质扩散§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力黏性流动黏性流动

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力库钦斯基烧结模型

颗粒表面蒸发

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力图玻璃球-平板烧结实验§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力图三种扩散机制

体积扩散

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力

空位与原子的扩散

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力图5-12烧结时空位扩散途径§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力阶梯状表面示意图

表面扩散§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力空位从颗粒接触面向颗粒表面(a)或晶界；(b)扩散的模型

晶界扩散

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力直径0.13mm的铜丝在1075℃氢气中烧结408h后的断面形貌

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力塑性流动模型

塑性流动机制

§5.3烧结中的物质迁移

5.2.3烧结原动力晶格扩散latticediffusion体积扩散Volumediffusion块体扩散Bulkdiffusion位错芯管扩散Dislocationpipediffusion晶界扩散Grainboundarydiffusion表面扩散Surfacediffusion扩散的短回路Shortcircuitpath

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力塑性流动晶界扩散表面扩散

空位浓度梯度

影响扩散系数的因素温度材料成分晶体结构晶体缺陷其他因素影响程度：温度－成分－结构－其它§5.2烧结过程的热力学基础

温度提高，能超过能垒的几率越大，同时晶体的平衡空位浓

度也越高，这些都是提高扩散系数的原因。原子之间的结合键力越强，通常对应材料的熔点也越高，激活能较大，扩散系数较小。原子排列越紧密，晶体结构的致密度越高，激活能较大，扩散系数较小。§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力粉体颗粒烧结的计算模拟法结果

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力细水雾化不锈钢粉在烧结时的致密化和收缩

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力铜粉烧结时的表面减少§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力中间阶段烧结时孔隙结构及其相互联系§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力孔隙晶粒边界中间阶段时的两种可能性§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力晶界、空位与收缩的关系模型§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力孔隙孤立和球化过程示意图

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力孔隙度与烧结时间的关系

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力晶粒大小和孔隙大小与烧结时间的关系

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力铁粉烧结的SEM形貌：(a)烧结前；(b)烧结后§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力颗粒烧结的接触点颈部长大与球形孔隙形成过程示意图§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力铜粉压坯在900℃烧结时总孔隙度和闭孔隙度的变化

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力W-Ni-Fe合金在氢气中1460℃烧结10min的断口形貌§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力形状系数比值β

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力在烧结过程中的晶核形成、再结晶和晶粒长大示意图§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力

孔隙阻止晶界示意图§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力晶界移动通过第二相质点§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力晶界沟的影响

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力Visualizationofhigh-temperaturephenomenainasessiledroptest§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力96Mo-4Ni(wt%)样品在三循环（60+30+30min）在1460℃烧结在Murakami腐蚀液下典型的晶粒A附近存在液态凝固相§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力液相烧结时颗粒彼此靠拢§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力液相烧结致密化过程§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力铁-铜压坯烧结时的收缩率和时间的关系（铜粉粒度9.4μm）§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力

钨球在液态铜中的不同浸润角的分布：(a)8°；(b)85°§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力熔浸方式(a)部分溶浸法；(b)全部溶浸法；(c)接触法§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力二元混合粉末的均匀化

AAB§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力80%铜-20%镍烧结的X射线衍射强度分布曲线§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力粉体烧结成致密体的表面能§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结驱动力的示意图§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结过程表面驱动力的不同情况

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力W-Ni液相烧结晶粒长大的SIMTFS计算机模拟结果§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力不均匀粉体颗粒的随机堆积采用Deform软件模拟的烧结结果§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力电火花烧结结构示意图§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力SPS烧结参数与时间的关系曲线图§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力热等静压原理§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力热等静压工艺流程示意图§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力热等静压设备简图§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力粉末挤压示意图§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力热挤压铝粉工艺流程§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力粉末锻造流程

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力喷雾锻造示意图§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力大气压力固结法§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力填充坯料挤压工艺流程

§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结炉中进行的顺序§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力连续烧结炉§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结温度和烧结体性能的关系§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力金属粉末烧结体的硬度与烧结温度的关系§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结体的导电率与烧结密度的关系§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力电解铜粉在各种气氛中均匀加热时电阻率的变化与温度的关系§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力含有椭圆形孔隙的板型试样中拉伸时的应力分布状态§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力金属粉末烧结体的硬度与烧结温度的关系§5.2烧结过程的热力学基础

5.2.3烧结原动力烧结铜试样的强度与平均粒度的关系