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名词解释机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落时，筒体的转动速度单位质量或单位体积粉末具有的表面积（一克质量或一定体积的粉末所具有的表面积与其质量或体积的比值称为比表面积）由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越大，离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。
这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每 96500库仑应该有一克当量的物质经电解析出细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程颗粒质量用除去开孔和闭孔的颗粒体积除得的商值。
真密度实际上就是粉末的固体密度g/cm3 将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比形状因子d=ρ/ρ理）的倒数称为相对体积，用β＝1/d表示粉末样品总质量（总颗粒数量、总粉末体积）的百分数对粒径作图，即为粒度分布；（一定体积或一定重量（一定数量）粉末中各种粒径粉末体积（重量、数量）占粉末总量的百分数的表达称为粒度分布）变形困难的现象称为加工硬化(其它物质流)击碎制造粉末的方法由雾化介质流体与金属液流构成的雾化体系称为二流雾化将金属或合金的熔液快速冷却（冷却速度>105℃/s），保持高温相、获得性能奇异性能的粉末和合金（如非晶、准晶、微晶）的技术，是传统雾化技术的重要发展两种或两种以上金属元素因不是根据相图规律、不经形成固溶体或化合物而构成的合金体系，假合金实际是混合物为防止粉末或压坯在高温处理过程发生氧化而向体系加入还原性气体或真空条件称为保护气氛克粉末流经标准漏斗所需要的时间称为粉末流动性。
2 ）制备的金属网筛密度的区域具有相同化学成分，不同批次生产过程得到的粉末的混合工序称为合批雾化制粉时，用来冲击破碎金属流柱的高压液体或高压气体称为雾化介质发生物理或化学反应时，形成中间络合物所需要的能量称为活化能在某一温度、某一压力下，反应达到平衡时，生成物气体分压与反应物气体分压之比称为平衡常数细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程物质通过固溶性质，固相物质经由固溶进入液相，形成饱和固溶体后继而析出，进行物质迁移的过程在标准大气压下，气氛中水蒸汽开始凝结的温度，是其中水蒸汽与氢分压比的量度烧结是指粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程。
专业课原理概述部分一、选择题（每题1分，共5分）1. 下列哪种方法不属于粉末冶金的基本工序？A. 制粉B. 成型C. 焊接D. 烧结A. 物理法B. 化学法C. 机械法D. 生物法A. 粉末颗粒间的粘结B. 孔隙度的降低C. 材料体积的膨胀D. 密度的提高4. 下列哪种粉末冶金产品不适合采用注射成型技术？A. 微型齿轮B. 复杂形状零件C. 大型结构件D. 精密仪器零件A. 蜡B. 纤维素C. 硼酸D. 铝合金二、判断题（每题1分，共5分）1. 粉末冶金工艺可以生产出任意复杂形状的零件。
（）2. 粉末冶金过程中，烧结是唯一使材料致密化的步骤。
（）3. 粉末冶金制品的力学性能一定低于相同成分的铸件。
（）4. 粉末冶金技术在航空航天领域有广泛应用。
（）5. 粉末冶金工艺中，制粉是一个步骤。
（）三、填空题（每题1分，共5分）1. 粉末冶金的基本工序包括____、____、____。
2. 常用的金属粉末制备方法有____、____、____。
3. 粉末冶金烧结过程中，会发生____、____、____等现象。
4. 粉末冶金成型方法主要有____、____、____等。
5. 粉末冶金制品具有____、____、____等优点。
四、简答题（每题2分，共10分）1. 简述粉末冶金的基本原理。
2. 什么是粉末冶金注射成型？它有哪些优点？3. 粉末冶金烧结过程中，影响材料性能的主要因素有哪些？4. 简述粉末冶金在航空航天领域的应用。
五、应用题（每题2分，共10分）1. 某一粉末冶金制品的原料为铁粉和铜粉，试分析其烧结过程中可能发生的化学反应。
2. 请设计一种粉末冶金工艺流程，用于生产微型齿轮。
3. 某粉末冶金制品在烧结过程中出现开裂现象，请分析可能的原因并给出解决措施。
4. 如何通过粉末冶金工艺提高制品的致密度？5. 论述粉末冶金在新能源汽车领域的应用前景。
六、分析题（每题5分，共10分）1. 分析粉末冶金制品在制备过程中可能出现的缺陷及其产生原因，并提出相应的解决措施。
粉末冶金手册粉末冶金是一种将金属或非金属粉末通过压制、烧结等工艺加工成成型品的制造工艺。
粉末冶金具有高效、低成本、可成型性好、材料利用率高等优势，因此在航空航天、汽车工业、电子行业等领域得到广泛应用。
本手册将介绍粉末冶金的基本原理、工艺流程、材料选择、设备介绍等内容。
一、粉末冶金的基本原理粉末冶金的基本原理是将金属或非金属物质经过粉碎或原料特殊制备得到的粉末，经过压制成型或注射成型，再经过高温烧结得到所需产品。
这种工艺利用了粉末颗粒之间的相互扭曲和扩散，从而实现了物质的成型。
同时，由于粉末冶金是一种非液态冶金工艺，不需要溶解和凝固过程，避免了材料在液态下的气体、夹杂物等问题，因此可以获得更高的材料纯度和均匀性。
二、粉末冶金的工艺流程粉末冶金的一般工艺流程分为原料制备、混合、成型、烧结和后处理等步骤。
1.原料制备：原料制备阶段主要包括选料和粉末制备。
选料是指根据成品的要求选择合适的原料，如金属、合金、陶瓷或复合材料等。
粉末制备可以通过粉碎、化学方法、电化学方法等得到所需粉末。
2.混合：将所选的原料粉末按照一定比例进行混合。
混合的目的是使各种材料的粒子均匀分散，以获得更高的均匀性。
3.成型：将混合好的粉末通过压制成型，可以使用冷压、热压或注射成型等方法。
成型一般可以分为干压成型和液相成型两种方式。
4.烧结：成型件通过高温烧结，使粉末颗粒之间发生结合，形成致密的材料。
烧结温度和时间根据材料种类、成型件形状等因素确定。
5.后处理：烧结后的材料可以进行表面处理、热处理、加工等工艺。
目的是使产品达到所需的性能和尺寸要求。
三、粉末冶金的材料选择粉末冶金可以应用于各种金属和非金属材料的制备，包括纯金属、合金、陶瓷、塑料等。
在选择材料时需要考虑材料的物理性质、化学性质、应用环境等因素。
例如，对于需要高强度和耐磨性的零件可以选择使用金属粉末冶金制备的合金材料；对于需要绝缘性能和耐高温的零件可以选择使用陶瓷粉末冶金制备的材料。
课程名称：粉末冶金学Powder Metallurgy Science第一章导论1粉末冶金技术的发展史History of powder metallurgy粉末冶金是采用金属粉末（或非金属粉末混合物）为原料，经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。
粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。
.早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形，古埃及人用此法制造铁器件；.1700年前，印度人采用类似方法制造了重达6.5T的“DELI柱”（含硅Fe合金，耐蚀性好）。
.19世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚）的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂，成为现代粉末冶金技术的基础。
.20世纪初，现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。
钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。
.1923年硬质合金的出现导致机加工的革命。
.20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。
随后，铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。
.20世纪40年代，二战期间，促使人们开发研制高级的新材料（高温材料），如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。
.战后，迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件(热锻)。
大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。
.粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。
2粉末冶金工艺粉末冶金技术的大致工艺过程如下：↓成形（模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等）↓烧结（加压烧结、热压、HIP等）↓—后续处理Fig.1-1 Typical Processing flowchart for Powder Metallurgy Technique 3粉末冶金技术的特点.低的生产成本：能耗小，生产率高，材料利用率高，设备投资少。
粉末冶金复习题填空:1.粉末冶金是用(金属粉末货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、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。
2.从制粉过程的实质来分,现有制粉方法可归纳为(物理化学法)和(机械法)。
机械法是将原材料机械地粉碎,而(化学成分)基本上不发生变化的工艺过程;物理化学法是借助(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。
3.通常把固态物质按分散程度不同分成(致密体)、(粉末体)和(胶体)三类;〔1〕,即大小在1mm以上的称为(致密体),0.1μm 以下的称为(胶体),而介于二者的称为(粉末体)。
4.粉末冶金工艺过程包括(制粉)工序,(成形)工序和(烧结)工序。
5.粉末冶金成形前的预处理包括(粉末退火)、(筛分)、(混合)、(制粒)、和(加润滑剂)等。
6.粉末特殊成形方法有(等静压成形)、(连续成形)、(无压成形)、(注射成形)、(高能成形)等。
7.粉末的等温烧结过程,按时间大致可以划分为三个界限(1)(粘结阶段)(2)(烧结颈长大阶段)(3)(闭孔隙球化和缩小阶段)。
8.通常按烧结过程有无明显的液相出现和烧结系统的组成进行分类分为(单元系烧结)、(多元系固相烧结)、(多元系液相烧结)。
9.常用的粉末冶金锻造方法有(粉末热锻)和(粉末冷锻);而粉末热锻又分为(粉末锻造)、(烧结锻造)和(锻造烧结)三种。
10.粉末冶金复合材料的强化手段包括(弥散强化)、(颗粒强化)和(纤维强化)。
11.粉末是颗粒与颗粒间的空隙所组成的分散体系,因此研究粉末体时,应分别研究属于(单颗粒)、(粉末体)及(粉末体的孔隙)等的性质。
12.粉末在压制过程中,粉末的变形包括(弹性变形)、(塑性变形)和(脆性变形)。
13.通常等静压按其特性分成(冷等静压)和(热等静压)。
14. 烧结过程有自动发生的趋势。
从热力学的观点看,粉末烧结是(系统自由能减小)的过程,即烧结体相对于粉末体在一定条件下处于(能量较低)状态。
15.典型的烧结机构包括(粘性流动)、(蒸发与凝聚)、(体积扩散)、(表面扩散)、(晶界扩散)、(塑性流动)和(综合作用烧结理论)等。
16. 多孔预成形坏的变形特性是研究粉末冶金锻造过程塑性理论的基础。
锻造时,与致密金属坯的塑性变形相比,多孔预成形坯具有以下(质量不变条件)、(低屈服强度和低拉伸塑性)、(小的横向流动)、(变形和致密的不均匀性)变形特性。
17. 一般粉末治金材料是金属和孔隙的复合体,其孔隙度范围很广,有低于l~2%残留孔隙度的(致密材料),有10%左右孔限度的(半致密材料),有>15%孔隙度的(多空材料),也有高达98%孔隙度的(泡沫材料)。
简答题:一、还原法制取铁粉的过程机理是什么?影响铁粉还原过程的因素有哪些?发展复合型铁粉的意义有哪些?1答:铁氧化物的还原过程是分段进行的,即从高价氧化铁到低价氧化铁,最后转变成金属:Fe2O3→Fe3O4→Fe。
固体碳还原金属氧化物的过程通常称为直接还原。
当温度高于570°时,分三阶段还原:Fe2O3→Fe3O4→浮斯体(FeO·Fe3O4固溶体)→Fe3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+CO2 FeO+CO=Fe+CO2 当温度低于570°时,由于氧化亚铁不能稳定存在,因此,Fe3O4直接还原成金属铁Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2影响因素:(1)原料①原料中杂质的影响②原料粒度的影响(2)固体碳还原剂①固体碳还原剂类型的影响②固体还原剂用量的影响(3)还原工艺条件①还原温度和还原事件的影响②料层厚度的影响③还原罐密封程度的影响(4)添加剂①加入一定的固体碳的影响②返回料的影响③引入气体还原剂的影响④碱金属盐的影响⑤海绵铁的处理高密度、高强度、高精度粉末冶金铁基零件需要复合型铁粉。
二、电解法可生产哪些金属粉末?为什么?影响电解铜粉粒度的因素有哪些?1、1)水溶液电解法:可生产铜、镍、铁、银、锡、铅,铬、锰等金属粉末,在一定条件下可使几种元素同时沉积而制得Fe-Ni、Fe-Cu 等合金粉末。
2)熔盐电解法:可以制取Ti、Zr、Ta、Nb、Th、U、Be等纯金属粉末,也可以制取如Ta-Nb等合金粉末以及各种难熔化合物(如碳化物、硼化物和硅化物等)2、(1)电解液的组成1)金属离子浓度的影响。
2)酸度(或H+浓度)的影响;3)添加剂的影响(2)电解条件1)电流密度的影响;2)电解液温度的影响;3)电解时搅拌的影响;4)刷粉周期的影响;5)关于放置不溶性阳极和采用水内冷阴极问题三、粉末颗粒有哪几种聚集形式?它们之间的区别在哪里?1、一次颗粒,二次颗粒(聚合体或聚集颗粒),团粒,絮凝体2,通过聚集方式得到的二次颗粒被称为聚合体或聚集颗粒;团粒是由单颗粒或二次颗粒靠范德华引力粘结而成的,其结合强度不大,用磨研、擦碎等方法或在液体介质中就容易被分散成更小的团粒或单颗粒;絮凝体是在粉末悬浮液中,由单颗粒或二次颗粒结合成的更松软的聚集颗粒四、压制前粉末需要进行哪些预处理?其作用如何?预处理包括:粉末退火、筛分、混合、制粒、加润滑剂预先退火:使氧化物还原,降低碳和其他杂质的含量,提高粉末的纯度;消除粉末的加工硬化,稳定粉末的晶体结构混合:将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀筛分:把颗粒大小不同的原始粉末进行分级制粒:将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒,改善粉末的流动性。
在硬质合金生产中,为了便于自动成形,制粒使粉末能顺利充填模腔加润滑剂:降低成形时粉末颗粒和模冲间摩擦,改善压坯的密度分布,有利于脱模五、影响压制过程的因素有那些?1、粉末性能对压制过程的影响1)粉末物理性能的影响(1)金属粉末本身的硬度和可塑性;(2)金属粉末的摩擦性能2)粉末纯度(化学成分)的影响3)粉末粒度及粒度组成的影响4)粉末形状的影响5)粉末松装密度的影响2、润滑剂和成形剂对压制过程的影响1)润滑剂和成形剂的种类 2)润滑剂和成形剂的用量 3)振动压制的影响 4)磁场压制的影响六、粉末冶金技术中的特殊成型包括哪些?与一般压制法相比有什么特点?1、等静压成型,粉末连续成型,粉浆浇注成型,粉末注射成形,爆炸成形2、(1)等静压成型:1)能够压制具有凹形、空心等复杂形状的杆件;2)压制时,粉末体与弹性模具的相对移动很小,所以摩擦损耗也很小。
单位压制压力较钢模制法低;3)能够压制各种金属粉末及非金属粉末。
压制坯件密度均匀,对难熔金属粉末及其化合物尤其有效;4)压坯强度较高,便于加工和运输;5)模具材料是橡胶和塑料,成本较低廉;6)能在较低的温度下制得接近完全致密的材料(2)粉末连续成型:1)能够生产一般轧制法难于或无法生产的板带材;2)能够轧制出成分比较精确的带材;3)粉末轧制的板带材料具有各向同性;4)工艺过程短、解约能源;5)粉末轧制法成材率比熔铸轧制法高;6)不需大型设备,减少大量投资(3)、粉浆浇注成型:制取某些新型特殊材料;生产羰基铁粉制品,适当烧结处理后,材料机械性能接近锻造材料;生产设备简单,生产费用低(4)、粉末注射成形:制造形状复杂的坯块(5)、爆炸成形:能够压出相对密度极高的压坯八、热等静压技术适宜加工什么样的材料?同热压法比较,它的特点是什么?热等静压法制取的制品密度比热压法要高些,尤其在压制难熔金属时,差别更为明显。
同一材料的热等静压制温度比热压法低。
考虑到低的压制温度有利于获得细晶粒的合金材料,有利于制取一般方法难于制取的熔点相差悬殊的层叠复合材料,所以,热等静压材料性能普遍高于热压法制取的材料性能。
十、粉末等温烧结的三阶段是怎样划分的?实际烧结过程包括哪些现象?答:粉末的等温烧结过程,按时间大致可划分为三个界限不十分明显的阶段:(1)粘结阶段-烧结初期,颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合,即通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈。
(2)烧结颈长大阶段-原子向颗粒结合面的大量迁移使烧结颈扩大,颗粒间距离缩小,形成连续的孔隙网络。
(3)闭孔隙球化和缩小阶段-当烧结体密度达到90%以后,多数孔隙被完全分隔,闭孔隙数量大为增加,孔隙形状趋近球形并不断缩小。
实际烧结过程可能出现的现象例如粉末表面气体或水分的挥发、氧化物的还原和离解、颗粒内应力的消除、金属的回复和再结晶以及聚晶长大等。
十一、分析影响互溶多元系固相烧结的因素。
答:影响因素:(1)烧结温度。
(2)烧结时间在相同温度下,烧结时间越长,扩散越充分。
(3)粉末粒度合金化的速度随着粒度减小而增加。
(4)压坯密度增大制压力,将使粉末颗粒间接触面积增大,扩散界面增大,加快合金化过程。
(5)粉末原料采用一定数量的预合金粉或复合粉同完全使用混合粉比较,达到相同的均匀化程度所需的时间将缩短,因为这时扩散路程缩短,并可减少要迁移的原子数量。
(6)杂质有些杂质会存在于粉末表面或在烧结过程的杂质阻碍颗粒间的扩散进行。
十七、说明烧结的概念及烧结过程。
答:烧结是粉末或粉末压坯,在适当的温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。
烧结的结果是颗粒之间发生粘结,烧结体的强度增加,而且多数情况下,密度也提高。
烧结过程:粉末烧结后,烧结体的强度增加,首先是颗粒间的联结强度增大,即联结面上原子间的引力增大。
在粉末或粉末压坯内,颗粒间接触面上能达到的原子引力作用范围的原子数目有限。
但是在高温下,由于原子振动的振幅加大,发生扩散,接触面上才有更多的原子进入原子作用力的范围,形成粘结面,并且随着粘结面的扩大,烧结体的强度也增加。
烧结面扩大进而形成烧结颈,使原来的颗粒界面形成晶粒界面,而且随着烧结的继续进行,晶界可以向颗粒内部移动,导致晶粒长大。
名词解释松装密度:粉末试样自然的充满规定容器时,单位容积的粉末质量。
松装密度可以用漏斗法、斯科特容量计法来测量。
氢损:把金属粉末的试样在纯氢气气流中煅烧足够长的时间,粉末中的氧被还原生成水蒸气,某些元素与氢气生成挥发性化合物,与挥发性元素一同排出,测得试样粉末的质量损失称为氢损。
熔浸:将粉末压坏与液体金属接触或埋在液体金属内,让压坏的空隙被金属液体填充,冷却下来就得到致密材料或零件,这种工艺称为熔浸。
熔浸必须具备的基本条件:(1)骨架材料与熔浸材料的熔点相差较大,不致造成零件变形。
(2)熔浸金属应能很好溶湿骨架材料,即润湿角小于90度。
(3)骨架与熔浸金属之间不发生互溶或溶解度不大,以避免在熔浸过程中产生新相而致使液相消失。
(4)熔浸金属的量应以填满压坏中的空隙为限度,过多或过少均为不利。
活化烧结:采用化学或物理的措施,使烧结温度降低,烧结过程加快,或使烧结体密度和其他性能得到提高的方法称为活化烧结。
活化烧结从方法上可以分为两种类型:(1)依靠外界因素活化烧结过程。
