第二章粉末材料制备.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 粉末材料制备,2.1,粉末冶金概述,2.2,粉末的制备,2.3,粉末的特性及表征,2.1,粉末冶金概述,1,、粉体材料发展历史,陶瓷、粉末冶金,2,、粉末冶金,Powder Metallurgy,粉末冶金,是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。,汽车发动机用粉末烧结钢零件,汽车变速器系统用粉末烧结钢件,连杆,-,活塞,粉末冶金的优点,（,1,）粉末冶金方法能生产用,普通熔炼法,无法生产的具有特殊性能的材料；,新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷和功能陶瓷材料等；,可实现多种类型材料的复合，如金属与非金属组成的摩擦材料；,能生产各种复合材料；,（,2,）粉末冶金方法生产的某些材料，与普通的熔炼方法相比，,性能优越,。,可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。可制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料；,可制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料；,粉末冶金的,不足,之处：,粉末的成本高；粉末冶金制品的大小和形状受到一定的限制；烧结零件的韧性较差；,原料粉末,其它添加剂,热压,松装烧结,粉浆烧注,混合,压制,等静压制,轧制,挤压,烧结,烧结,浸适,热处理,电镀,预烧结,高温烧结,复压,锻打,复烧,拉丝,烧结,精整,锻造,轧制,挤压,烧结,（浸油）,热处理,粉末冶金成品,机械制粉,物理制粉,化学制粉,粉末的制备方法,粉末的特性,小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,2.2,粉末的制备,机械研磨,气流研磨,2.2.1,机械制粉法,机械制粉方法的,实质,就是利用动能来破坏材料的内结合力，使材料分裂产生新的,界面,。,一、,机械研磨法,-,milling,能够提供动能的方法可以设计出许多种，例如有,锤捣、研磨、辊轧,等，其中除研磨外，其他几种粉碎方法主要用于物料破碎及粗粉制备。,物料颗粒受机械力作用而被粉碎时，还会发生物质结构及表面物理化学性质的变化，这种因机械载荷作用导致颗粒晶体结构和物理化学性质的变化称为,机械力化学,。,机械研磨的理论基础,机械力化学,Mechanical alloying,机械合金化,Milling,球磨,Mechanochemical,methods,机械力化学,粉碎作用力的作用形式,颗粒,结构变化,，如表面结构自发地重组，形成非晶态结构或重结晶；,颗粒表面,物理化学,性质变化，如表面电性、物理与化学吸附、溶解性、分散与团聚性质；,在局部受反复应力作用区域产生,化学反应,，如由一种物质转变为另一种物质，释放出气体、外来离子进入晶体结构中引起原物料中化学组成变化。,球磨制粉包括四个基本要素：,球磨筒,磨球,研磨物料,研磨介质,球磨制粉,在球磨过程中，球磨筒将,机械能,传递到筒内的球磨物料及介质上，相互间产生,正向冲击力,、,侧向挤压力,、,摩擦力,等，当这些复杂的外力作用到,脆性,粉末颗粒上时，细化过程实质上就是大颗粒的不断解理过程；如果粉末的,塑性,较强，则颗粒的细化过程较为复杂，存在着,磨削,、,变形,、,加工硬化,、,断裂,和,冷焊,等行为，不论何种性质的研磨物料，提高球磨效率的基本原则是一致的。,A,、动能准则：,提高,磨球,的动能,B,、碰撞几率准则：,提高,磨球,的有效碰撞几率,球磨制粉的基本原则,滚筒式,行星式振动式,搅动式,球磨制粉的基本方式,滚筒式球磨机,行星式球磨机,振动球磨,搅拌球磨机,滚筒式球磨,转速较低,时，球料混合体与筒壁做相对滑动运动并保持一定的斜度。随转速的增加，球料混合体斜度增加，抬升高度加大，这时,磨球并不脱离筒壁,；,转速达一,临界值,V,临,1,时，磨球开始,抛落,下来，形成了球与筒及球与球间的碰撞；,转速增加到某一值时，磨球的离心力大于其重力，这时磨球、粉料与磨筒处于,相对静止,状态，此时研磨作用停止，这个转速被称为,临界转速,V,临,2,。,假设,:,只一个球；,球直径比球磨桶直径小；,球受到两个力作用：,P,：离心力,G,：重力，,a:,加速度，,g,：重力加速度,R:,球磨筒半径，,D,球磨筒直径,V,为线速度；,n,为球磨筒转速；,磨球的受力分析,在抛落点平衡时（,A,点）：二力相等，,P,P,，,线速度,v,与球磨筒转速,n,之间的关系：,所以,故，临界转速为：,以,g,9.8m/s,2,代入得：,代入,得,临界状态 当转速加快，球不落下，球转到最高点,A1,点，此时在这临界状态下，,D,是磨筒的直径,滚筒球磨的转速应有一个限定条件,V,临,1,V,实际,40m,）,国际标准筛制：,Tylor,(,泰勒,),标准单位：目（筛号）,目数,为筛网上,1,英寸（,25.4mm,）长度内的网孔数；,目数越大，网孔越细。由于网孔是网面上丝间的开孔，每,1,英寸上的网孔数与丝的根数应相等，故网孔的实际尺寸还与丝的直径有关。,(a,，,d,单位,mm),25.4,a,d,制定筛网标准时，应先规定,丝径,和,网孔尺寸,，再按公式算出目数，列成表格就得到标准筛系列，简称,筛制,。,得到比,200,目粗的,筛孔尺寸,得到比,200,目细的,筛孔尺寸,主模系列,:,标准规则,:,以,200,目的筛孔尺寸,0.074mm,为基准，乘或除模 或 ，则得到：,n=1,、,2,、,3,等整数,副模系列：,得到比,200,目粗的,筛孔尺寸,得到比,200,目细的,筛孔尺寸,n=1,、,2,、,3,等整数,注：副模系列筛孔尺寸的分度更细，并且其中必有一半同主模系列计算的重复。,目数,m,网孔尺寸,a,mm,网丝直径,d,mm,目数,m,网孔尺寸,a,mm,网丝直径,d,mm,32,0.495,0.300,115,0.124,0.097,35,0.417,0.310,150,0.104,0.066,42,0.351,0.254,170,0.089,0.061,48,0.295,0.234,200,0.074,0.053,60,0.246,0.178,250,0.061,0.041,65,0.208,0.183,270,0.053,0.041,80,0.175,0.142,325,0.043,0.036,100,0.147,0.107,400,0.038,0.025,标准泰勒筛制,注：各相邻目数的网孔尺寸之比均等于副模数，而相隔一个目数的网孔尺寸之比等于主模数。,筛分的优缺点,优点,统计量大,代表性强,便宜,重量分布,缺点,下限,38,微米,人为因素影响大,重复性差,非规则形状粒子误差,速度慢,2.,显微镜观察法,采用定向径方法测量,光学显微镜,0.25-250m,电子显微镜,0.001-5m,显微镜测定粒度要求统计颗粒的总数：,粒度范围宽的粉末,-10000,以上,粒度范围窄的粉末,-1000,左右,显微镜方法的优缺点,优点,可直接观察粒子形状,可直接观察粒子团聚,光学显微镜便宜,缺点,代表性差,重复性差,测量投影面积直径,速度慢,3.,光衍射法粒度测试,测量原理,当光入射到颗粒时，会产生衍射，小颗粒衍射角大，而大颗粒衍射角小，某一衍射角的,光强度,与相应粒度的,颗粒多少,有关。,测量原理示意图,粉末颗粒对激光的衍射现象,某一衍射角的光强度与相应粒度的颗粒多少有关。,激光衍射,0.05500m,X,光小角衍射,0.0020.1m,测量方法,目前的激光法粒度仪基本上都同时应用了夫琅霍夫,(,Fraunhofer,),衍射理论和米氏,(Mie),衍射理论，前者适用于颗粒直径,远大于,入射波长的情况，即用于几个微米至几百微米的测量；后者用于几个微米以下的测量。,激光衍射,激光衍射法原理图,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,载体：气体,-,干式测量法,液体,湿式测量法,4.,沉降法粒度测试,测量原理,在具有一定粘度的粉末悬浊液内，大小不等的颗粒自由沉降时，其速度是不同的，颗粒越大沉降速度越快。如果大小不同的颗粒从同一起点高度同时沉降，经过一定距离,(,时间,),后，就能将粉末按粒度差别分开。,测量原理示意图,t=0,t=t,1,t=t,2,t=t,3,光吸收率,时间,t,1,t,2,t,3,0,重力沉降,10-300m,离心沉降,0.01-10m,测量方法,自然重力状态下的,d,t,的函数（,Stokes,）,离心力状态下的,d,t,函数,优点,测量重量分布,代表性强,经典理论不 同 厂 家仪器结果对比性好,价格比激光衍射法便宜,缺点,对于小粒子测试速度慢,重复性差,非球型粒子误差大,不适应于混合物料,动态范围比激光衍射法窄,沉降法方法的优缺点,高岭土样品,沉降,激光,粒度,%,100,10,沉降与激光衍射法对于非球型粒子测试比较,常见粒度分析方法,统计方法,代表性强,动态范围宽,分辨率低,筛分方法,38,微米,-,沉降方法,0.01-300,微米,光学方法,0.001-3500,微米,非统计方法,分辨率高,代表性差,动态范围窄,重复性差,显微镜方法,光学,1,微米,电子,0.001,微米,电域敏感法,0.5-1200,微米,常见粒度分析方法,粒度测定方法的选定主要依据以下一些方面：,1.,颗粒物质的粒度范围；,2.,方法本身的精度；,3.,用于常规检验还是进行课题研究。用于常规检验应要求方法快速、可靠、设备经济、操作方便和对生产过程有一定的指导意义；,4.,取样问题。如样品数量、取样方法、样品分散的难易程度，样品是否有代表性等；,5.,要求测量粒度分布还是仅仅测量平均粒度；,6.,颗粒物质本身的性质以及颗粒物质的应用场合。,粒度测定方法的选定,小结,粉末冶金技术,粉末的制备,粉末的特性及表征,