材料工程基础：第4章 材料的粉末工艺 2.ppt

第4章 材料的粉末工艺 ;§4.1 粉末冶金;§4.1.1 概 述 粉末冶金(Powder Metallurgy)就是通过粉末的制取、粉末的成形及烧结而制备金属和金属基复合材料及其制品的一种工艺过程。 ; 工艺特点;2、采用粉末冶金制备的材料，其性能较熔铸产品优越： ①制取成分偏析小的合金; ②制取细晶粒、组织均匀和加工性能好的稀有金属坯锭。 3、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。 4、不足之处：粉末本身的成本较高，制品的大小和形状受到一定的限制；零件的力学性能较锻件或铸件要低。; 技术应用;;工艺过程;§4.1.2 粉末的物理性能; 粉体的物理性能;粉体的形状 (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;粉体形状与粉末生产方法的关系;粉体的粒度（particle size） 一次粒子 二次粒子;1 粒径的统计特征 粉体的粒径描述的是粉体颗粒群的粒度。 一般将颗粒的平均大小称为粒度，即粒径。 2 粒径的表示方法 用颗粒在空间范围所占据的线性尺寸表示。 球形颗粒：直径 非球形颗粒：球体、立方体或长方体的尺寸;粒径的主要表示方法有： 1）等体积球相当径：用等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。;3 粉体的粒度分布（particle diameter distribution） 常用的方法有频度分布和累积分布两种。 ;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。 ;材料的熔点降低 式中：?T为块状物质的熔点(T∞)与超细粒子的熔点之差；?为固液界面的表面张力；?为密度；L∞为块状物质的熔化潜热；D为粒子直径。 蒸汽压上升 式中：p和p∞分别表示超细粒子和??状物质的蒸汽压；M为摩尔质量；R为摩尔气体常量；Tc为热力学温度。;光学性质的变化：光泽度下降，透光率降低 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：晶界、缺陷增加 ;§4.1.3 粉末的制备;一、粉末的机械制备方法; 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; 振动球磨; 搅拌球磨; 气流研磨法;单轨道式气流磨;二、粉末的物理制备方法; 雾化法; 基本原理 过程一：大液珠?数个小液滴。 过程二：小液滴?合并成较大的液体颗粒 过程三：液体颗粒冷却形成固体颗粒。;提高雾化制粉效率的两条基本准则 能量交换准则：提高单位时间内单位质量液体从系统中吸收能量的效率，以克服表面自由能的增加； 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。;雾化方法 双流雾化法 离心雾化法 真空雾化法 机械作用力雾化法 特殊雾化法：多级雾化、固体雾化;双流雾化法：金属液流和雾化介质流 类型 气雾化（亚音速气流~、超声~）和水雾化 ; 气体雾化制取铜合金粉的设备示意图 1—移动式可倾燃油坩埚熔化炉；2—排气罩；3—保温漏包； 4—喷嘴；5—集粉器；6—集细粉器；7—取粉车； 8—空气压缩机；9—压缩空气容器；10—氮气瓶；11—分配阀;离心雾化法 借助离心力的作用，将液态金属破碎为小液滴，然后凝固为固态粉末颗粒 旋转电极法、旋转圆盘法、旋转水流法、旋转坩埚法等;(1)旋转电极法：1974年由美国提出，将雾化金属制成自耗阳极，阴极则采用钨电极。;(2)旋转圆盘法 1976年由美国的Pratt＆Whitney飞机制造公司研制出来，用以制备超合金粉末，而后这种离心雾化装置相继在日本、前苏联等国问世。;(3)旋转水流雾化法 最早由美国钒合金钢公 司用来制造不锈钢粉。;(4)旋转坩埚法：又称旋转锭模法;(5)其它离心雾化制粉方法;机械作用力雾化法 双辊（三辊）雾化法 a、水溶液急冷式, b、快淬辊式 1-惰性气体；2-喷嘴；3-感应加热器；4-双辊；5-急冷装置;