粉末冶金原理
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粉末冶金原理1.粉末冶金: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、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。
2.二次颗粒:单颗粒以某种方式聚集就构成二次颗粒3.松装密度:粉末在规定条件下自然充填容器时,单位体积内自由松装粉末体的质量g/cm3。
4.孔隙率:孔隙体积与粉末体的表观体积之比的百分数称为孔隙度(θ)。
5.中位径:将各种粒级粉末个数或百分数逐一相加累积并做图,可以得到累积分布曲线,分布曲线对应50%处称为中位径弹性后效:在压制过程中,粉末由于受力而发生弹性变形和塑性变形,压坯内存在着很大的内应力,当外力停止作用后,压坯便出现膨胀现象6.合批:将成分相同而粒度不同的粉末进行混合,称为合批7.烧结机构:研究烧结过程中各种可能的物质迁移方式及速率。
8.热压:热压又称为加压烧结,是把粉末装在模腔内,在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一些的温度,经过较短时间烧结成致密而均匀的制品。
9.活化烧结:是指采用化学或物理的措施,使烧结温度降低、烧结过程加快,或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法。
10.单颗粒:粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。
11.振实密度:粉末装于振动容器,规定条件下,经振动敲打后测得的粉末密度。
12.粒度:以mm或μm的表示的颗粒的大小称颗粒直径,简称粒径或粒度。
13.混合:将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀。
分为机械法和化学法。
14.搭桥:粉末在松装堆集时,由于表面不规则,彼此之间有摩擦,颗粒相互搭架而形成拱桥孔洞的现象。
15.快速冷凝技术的特点:(1)急冷可大幅度地减小合金成分的偏析;(2)急冷可增加合金的固溶能力;(3)急冷可消除相偏聚和形成非平衡相;(4)某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除;(5)由于晶粒细化达微晶程度,在适当应变速度下可能出现超塑性等。
16.粉末颗粒的聚集形式:聚合体、团粒、絮凝体;区别: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力粘接而成的,其结合强度不大,用研磨。
粉末冶金原理概述简介粉末冶金是一种通过将金属粉末压制成型,然后通过烧结或热处理使其结合成型而获得金属制品的工艺。
粉末冶金具有许多优点,包括高材料利用率、能够制造高复杂度的零件、制造成本低等。
本文将对粉末冶金的原理进行概述。
原理概述粉末冶金是通过粉末的压制和烧结过程来制造金属制品。
其基本流程包括粉末制备、粉末的成型和烧结过程。
粉末制备粉末制备是粉末冶金的第一步。
金属粉末可以通过多种方法来制备,包括机械研磨、凝固法、气相法等。
选择合适的粉末制备方法可以控制粉末的粒度、形状和组成,以适应所需的材料特性和制品要求。
粉末成型粉末成型是将金属粉末转化为所需形状的过程。
常见的成型方法包括压制、注塑、挤压等。
其中,压制是最常用的成型方法之一。
通过将金属粉末放入模具中,然后施加高压使其成型。
成型过程中,通过给予粉末适当的压力和温度,使粉末颗粒之间发生塑性变形和结合。
烧结过程烧结是粉末冶金的关键步骤之一。
在烧结过程中,经过成型后的粉末通过加热使其进行结合。
在加热的同时,粉末颗粒之间发生扩散,并形成跨粒界结合。
烧结温度和时间的选择对最终材料的性能和结构有重要影响。
后续热处理在烧结后,通常还需要对金属制品进行后续的热处理。
热处理可以有选择地改变材料的性能和结构,如提高强度、改善耐腐蚀性等。
常见的热处理方法包括固溶处理、时效处理、淬火等。
粉末冶金的优点粉末冶金具有以下优点:1.高材料利用率:由于粉末冶金可以直接利用金属粉末进行成型,因此避免了传统加工中的材料浪费,相比传统冶金方法,粉末冶金材料利用率更高。
2.制造高复杂度零件:粉末冶金可以制造复杂度高的零件,如多孔件、中空件等。
这是传统加工方法无法实现的。
3.制造成本低:粉末冶金不需要进行复杂的加工步骤,相比传统加工方法,制造成本更低。
4.可以利用废料:粉末冶金可以利用废料或回收材料进行制造,提高了资源的利用率。
应用领域粉末冶金广泛应用于各个领域,包括汽车制造、航空航天、船舶制造、化工、电子等。
粉末冶金原理粉末冶金是一种特殊的金属加工方法,它利用金属和非金属粉末的物理特性和化学特性,通过粉末成型、烧结和后处理等工艺制备出各类金属材料和相关制品。
在这种加工方法中,粉末被视为材料的原子和晶粒的集合体。
本文将介绍粉末冶金的基本原理以及其在工业上的应用。
粉末冶金的基本原理1.原料选择:粉末冶金的首要任务是选择适当的原料。
原料可以是金属、合金或陶瓷等材料的粉末。
原料的选择应该考虑材料的化学成分、晶体结构、粒子形状和尺寸分布等因素。
2.粉末的制备:粉末的制备是粉末冶金的关键步骤之一。
常见的粉末制备方法包括研磨、机械合金化、溶液沉淀和气相反应等。
不同的制备方法可以获得不同尺寸和形状的粉末。
3.粉末的成型:成型是将粉末转变为所需形状的工艺。
常用的成型方法包括压制、挤出、注射成型和3D打印等。
通过成型,粉末可以被固化成具有一定强度和形状的零件。
4.烧结:烧结是粉末冶金过程中的关键步骤之一。
经过成型的粉末件放入高温环境中,粉末颗粒与颗粒之间发生扩散和结合,形成致密的材料。
烧结温度和时间会影响材料的致密性和力学性能。
5.后处理:烧结后的材料可能需要进行后处理。
常用的后处理方法包括热处理、表面处理和加工等。
通过后处理,可以改善材料的性能和功能。
粉末冶金的应用领域粉末冶金广泛应用于各个领域,包括汽车、航空航天、电子、能源、医疗和军工等。
1.汽车行业:粉末冶金技术在汽车行业中得到广泛应用。
例如,通过粉末冶金可以制备高强度和轻质的发动机零件和齿轮等关键部件,提高汽车的燃油效率和排放性能。
2.航空航天:航空航天行业对材料的要求非常高。
粉末冶金可以制备出具有优异的高温强度和耐腐蚀性能的钛合金和镍基合金等材料,用于制造航空发动机和航天器件。
3.电子:在电子行业中,粉末冶金可以制备具有高导电性和磁导率的材料,例如铜粉末用于制造电子线路板和电磁元件。
4.能源:粉末冶金在能源领域的应用主要集中在制备高温抗氧化和热电材料。
例如,通过粉末冶金可以制备铁素体不锈钢和铬基合金等材料,用于制造高温炉和热交换器等设备。
粉末冶金的原理粉末冶金是一种利用金属及其合金的可塑性和高活性的特点,通过粉末的制备、成型和烧结等工艺,制造出具有特定形状和性能的金属制品的方法。
粉末冶金的基本原理是将金属原料熔化后急速凝固形成细小的颗粒,再经过后续的粉末处理工艺,最终使颗粒状金属粉末具有特定的物理、化学和结构性能。
具体的工艺流程包括原料的选择和处理、粉末的制备、成型和烧结。
原料的选择和处理是粉末冶金的关键步骤之一。
适当选择合适的金属粉末原料是保证成品性能的关键。
通常,金属原料的选择要考虑其物理性质、化学性质及可塑性等因素。
为提高冶金反应的活性和金属粉末的可塑性,常常需要对原料进行预处理,如氧化还原处理、合金化处理等。
粉末的制备是将金属原料加工成颗粒状金属粉末的过程。
目前常用的粉末制备方法主要有气雾化法、溶剂法、机械研磨法等。
其中,气雾化法是一种常见的制备方法,它通过高压气流将金属熔化后迅速喷雾成粉末。
这样可以得到细小均匀的金属颗粒。
成型是将金属粉末按照所需形状装入一定模具中,并施加一定压力,使金属粉末紧密结合成形状固定的坯体。
常用的成型方法包括压制成型、注塑成型、挤压成型等。
通过成型,可以得到具有所需形状的零部件或半成品。
最后,经过成型的金属粉末坯体还需要进行烧结,即在一定温度下对金属粉末进行加热处理,使其颗粒之间发生结晶和扩散,相互融合并形成坚固的金属材料。
烧结可以通过自发热烧结、辅助烧结等方法来实现。
烧结过程中,金属粉末之间的氧化物和杂质也会在高温下被还原和挥发。
通过以上的处理工艺,粉末冶金可以制备出具有复杂形状、高强度、良好磨损性能和耐磨性能的金属制品。
由于粉末冶金具有成本低、能耗少、无需后加工等优势,因此在汽车、航空航天、工具等领域得到广泛应用。
装球量:球磨筒内磨球的数量。
球料比:磨球与磨料的质量比电流效率:一定电量电解出的产物的实际质量与通过同样电量理论上应电解出的产物质量之比,用公式表示为ηi=M/(qIt)×100%粒度分布:指不同粒径的的颗粒在粉末总质量中所占的百分数,可以用某种统计分布曲线或统计分布函数描述。
松装密度:粉末在规定条件下自然填充容器时,单位体积内粉末的质量,单位为g/cm3。
振实密度:在规定条件下,粉末受敲打或振动填充规定容器时单位体积的粉末质量。
单颗粒:晶粒或多晶粒聚集,粉末中能分开并独立存在的最小实体。
一次颗粒:最先形成的不可以独立存在的颗粒,它只有聚集成二次颗粒时才能独立存在。
二次颗粒:由两个以上的一次颗粒结合而又不易分离的能独立存在的聚集颗粒称为二次颗粒。
压缩性: 粉末被压紧的能力成形性: 粉末压制后,压坯保持既定形状的能力净压力:单元系烧结:纯金属、固定化学成分的化合物和均匀固溶体的粉末烧结体系,是一种简单形式的固相烧结。
多元系固相烧结:由两种以上组元(元素、化合物、合金、固溶体)在固相线以下烧结的过程。
气氛的碳势:某一含碳量的材料在某种气氛烧结时既不渗碳也不脱碳,以材料中碳含量表示气氛中的碳势。
活化烧结:系指能降低烧结活化能,是体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行,烧结体性能得以提高的烧结方法。
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了水蒸气,某些元素与氢气生成挥发性的化合物,与挥发性金属一同排除,测的试样粉末的相对质量损失,称为氢损。
液相烧结:烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系烧结过程,即烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结。
机械合金化是指金属或合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨球之间长时间激烈地冲击、碰撞,使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂,导致粉末颗粒中原子扩散,从而获得合金化粉末的一种粉末制备技术。
热等静压:把粉末压坯或把装入特制容器内的粉末体在等静高压容器内同时施以高温和高压,使粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程冷等静压:室温下,利用高压流体静压力直接作用在弹性模套内的粉末体的压制方法1、粉末制备的方法有哪些,各自的特点是什么1 物理化学法1还原法:碳还原法(铁粉)气体(氢和一氧化碳)还原法(W,Mo,Fe,Ni,Cu,Co及其合金粉末)金属热还原法(Ta,Nb,Ti,Zr,Th,U)→SHS自蔓延高温合成。
黄培云粉末冶金原理主要是指通过将金属粉末或者合金粉末在一定的温度、压力和气氛条件下进行烧结或者热塑性加工,从而制备出具有一定形状和性能的金属零部件的工艺过程。
黄培云粉末冶金原理的核心包括以下几个方面:
1. 粉末制备:首先需要将金属或者合金的块状材料通过机械方法加工成粉末,这通常包括粉碎、球磨等过程,以获得所需颗粒大小和形状的金属粉末。
2. 模具成型:将金属粉末放入模具中,在一定的温度和压力下对粉末进行成型,使其具备一定的初步形状。
3. 烧结或热塑性加工:经过成型的粉末零件通常会进行烧结或者热塑性加工,以提高其密度和机械性能。
烧结过程中,粉末颗粒之间通过扩散结合形成致密的结构,同时可以进行热处理来调整材料的性能。
4. 后续加工:经过烧结或者热塑性加工后的零件可能需要进行后续的加工,例如机加工、表面处理等,以满足最终产品的要求。
粉末冶金技术由于不需要传统的熔炼工艺,可节约能源和原材料,还能够制备具有特殊形状和性能的零部件,因此在航空航天、汽车、医疗器械等领域有着广泛的应用。
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二、激发学生的竞争欲望竞争是足球运动中不可缺少的元素,教练和老师们可以通过设置一些竞赛和比赛,激发学生的竞争欲望,让他们在比赛中感受到胜利的喜悦和失败的挫折,从而提高学生的学习兴趣和积极性。
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三、关注学生的个性化需求中小学生的个性差异较大,教练和老师们应该关注学生的个性化需求,根据学生的特长和兴趣,灵活调整训练内容和方式。
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只有关注学生的个性化需求,才能真正激发学生的学习兴趣。
四、营造积极的学习氛围教练和老师们应该努力营造一个积极向上的足球学习氛围,让学生在积极的氛围中学习和成长。
可以通过举办足球文化节、足球运动会等活动,让学生感受到足球运动的魅力和魅力,增强他们对足球的热爱。
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五、鼓励学生坚持训练和比赛足球学习是一个长期的过程,教练和老师们应该鼓励学生坚持训练和比赛,培养学生的毅力和耐心。
粉末冶金知识讲义简介粉末冶金是一种通过将金属或陶瓷的粉末加工成所需的产品的方法。
它在各种工业领域中都有广泛的应用,包括汽车制造、航空航天、电子设备等。
本篇讲义将介绍粉末冶金的基本原理、工艺流程以及应用领域。
希望通过本讲义的学习,读者能够对粉末冶金有更深入的了解。
粉末冶金的基本原理粉末冶金是利用金属或陶瓷的粉末制备材料的一种冶金方法。
它的基本原理是通过将粉末状的金属或陶瓷原料压制成形,在高温下进行烧结或热处理,使其形成致密的材料。
粉末冶金的主要原理包括:1.粉末制备:金属或陶瓷原料首先需要经过研磨和筛分等工艺步骤,制备成具有一定粒径和形状的粉末。
2.粉末成形:粉末通过压制工艺成形,常见的成形方法包括压制成型、注射成型和挤压成型等。
3.烧结或热处理:压制成形的粉末被置于高温下,经过烧结或热处理,使其形成致密的材料。
4.后续加工:经过烧结或热处理后的材料需要进行后续加工,例如机加工、表面处理等,以满足产品的具体要求。
粉末冶金的工艺流程粉末冶金的工艺流程包括粉末制备、成形、烧结或热处理以及后续加工等步骤。
具体工艺流程如下:粉末制备粉末制备是粉末冶金的第一步,它决定了最终材料的粒度和形状。
常见的粉末制备方法包括:•研磨:将金属块或陶瓷块通过研磨设备研磨成粉末状。
•气相沉积:通过将金属或陶瓷元素在高温下蒸发,然后在室温下与气体反应产生粉末。
•溶液法:通过将金属或陶瓷溶解在溶剂中,然后通过蒸发溶剂得到粉末。
成形成形是粉末冶金的第二步,它将粉末状的原料转化为所需的形状。
常见的成形方法包括:•压制成型:将粉末状原料放入模具中,通过压力将其固化成形。
•注射成型:将粉末与粘结剂混合后注射到模具中,通过固化将其成形。
•挤压成型:在高温下将粉末状原料通过挤压工艺转化为所需的形状。
烧结或热处理烧结或热处理是粉末冶金的关键步骤,它将成形后的粉末进行高温处理,使其结合成致密的材料。
常见的烧结或热处理方法包括:•烧结:将成形后的粉末置于高温下,使其颗粒之间发生结合,形成致密的材料。
粉末冶金原理粉末冶金是一种利用金属粉末或者金属粉末与非金属粉末混合后,再经过压制和烧结等工艺制造金属零件的方法。
在粉末冶金工艺中,粉末的特性和原理起着至关重要的作用。
粉末冶金原理主要包括粉末的制备、成型、烧结和后处理等几个方面。
首先,粉末的制备是粉末冶金的第一步。
金属粉末的制备可以通过机械研磨、化学方法和物理方法等多种途径。
机械研磨是指将金属块或者金属棒经过研磨机械的加工,得到所需的金属粉末。
化学方法则是通过化学反应得到金属粉末,而物理方法则是通过物理手段如电解、喷雾等得到金属粉末。
在粉末冶金中,粉末的制备质量直接影响着最终制品的质量和性能。
其次,成型是指将金属粉末进行成型工艺,使其成为所需形状的工件。
成型方法包括压制成型、注射成型、挤压成型等多种方式。
压制成型是将金属粉末放入模具中,再经过压制机械的加工,使其成为所需形状的工件。
注射成型则是将金属粉末与粘结剂混合后,通过注射成型机械将其注射成型。
挤压成型是将金属粉末放入容器中,再通过挤压机械的作用,使其成为所需形状的工件。
成型工艺的精密度和成型质量对于最终产品的质量和性能至关重要。
接下来,烧结是粉末冶金中的关键工艺。
烧结是指将成型后的金属粉末在高温下进行加热处理,使其颗粒间发生结合,形成致密的金属材料。
烧结工艺的温度、压力和时间等参数对于最终产品的致密度、硬度和耐磨性等性能有着重要影响。
最后,后处理是指对烧结后的金属制品进行表面处理、热处理和精加工等工艺。
表面处理可以提高金属制品的耐腐蚀性和美观度,热处理可以改善金属制品的硬度和强度,精加工则可以提高金属制品的精度和表面质量。
总之,粉末冶金原理是一个复杂而又精密的工艺体系,涉及到材料科学、机械工程、化学工程等多个领域的知识。
通过对粉末的制备、成型、烧结和后处理等环节的深入研究和探索,可以不断提高粉末冶金工艺的精度和效率,为制造业的发展和进步提供更加可靠的技术支持。
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。
↑↑↑工艺流程短和加工温度低加工工序少少切削、无切削.材料成分设计灵活、微观结构可控(由工艺特征决定):能制造普通熔练法不可能生产的材料,如W-Cu、SnO2-Ag、WC-Co、Cu-石墨、金属陶瓷(TiC-NiCr,Al2O3-Ni或Cu,TiB2-Cu等)、弥散强化材料(Al2O3-Cu Al2O3-Al,Y 2O3-Fe基合金)、粉末超合金(非相图成分)、难熔金属及其合金如钨钼、含油轴承、过滤材料等。
.高的性能:粉末高速钢、粉末超合金因无成分偏析和稳定的组织(细的晶粒)而性能优于熔炼法制备的合金;纳米材料,金属-陶瓷梯度复合材料(梯度硬质合金)。
主要不足之处:.由于受设备容量的限制,传统粉末冶金工艺制造的粉末冶金零部件的尺寸较其它加工方法(铸造,机加工等)小;.材料韧性不高;.零部件的形状复杂程度和综合力学性能有限等。
正被新型成形技术(如无模成形技术,温压成形,注射成形)逐步克服。
4粉末冶金材料及其零部件的应用由于粉末冶金材料及其零部件较其它加工方法制造的零部件的成本低,以及其性能能满足特种要求,因而粉末冶金零部件和材料在国民经济各部门的应用十分广泛。
如:.汽车制造业的各种粉末冶金零部件;.机加工工业中的切削用硬质合金和粉末高速钢刀具;.电子工业用粉末冶金磁性材料和电触头;.计算机的原器件用电子封装材料;.机械制造业的减磨零件和结构部零件;.航天航空业中的耐热材料及结构零部件;.家用电器中的微型轴承;.原子能材料;.武器系统和作战平台(高效、低成本);.建材工业用金刚石工具材料等。
.环保与化工用催化剂及过滤器件。
总之,粉末冶金材料与人们的生活密不可分,在国民经济和国防建设中发挥重大作用。
而且,随着粉末冶金新技术和新工艺的开发与应用,粉末冶金的技术上的优越性也更加显著,应用领域不断扩大。
如温压成形技术的出现使粉末冶金零部件在轿车上的应用水平由原来的13.2Kg/辆增加到22Kg/辆,大大扩大了粉末冶金零部件的应用范围。
5粉末冶金的未来发展. 大量高性能铁基粉末冶金结构零部件的开发与应用。
.组织均匀的全致密、高性能难加工材料的开发与应用。
.非平衡材料(amorphous,microcrystalline,metastable alloys)..特种新型材料的开发与应用(纳米复合材料,梯度复合材料). 新型成型与烧结技术的开发. 计算机仿真技术的应用6粉末冶金技术与其他材料加工技术间的关系粉末冶金作为一种加工方法,主要从成本和性能上弥补其他加工技术上的不足。
与其它加工技术一样同属材料科学与工程的范畴,为人类社会的文明和进步不断提供物质基础。
特别是,在新材料的研制和开发过程中,粉末冶金技术因其独特的工艺优势将继续发挥先导作用。
第二章粉末的性能与测试方法简介§1 粉末及粉末性能1粉末颗粒与粉末体的概念习惯上,人们按分散程度将自然界的固体分为三类,即致密体(>1mm)、粉末体(0.1μm―1mm)和胶粒(<0.1μm)。
然而随着纳米技术的发展,现在看来,这一分类方法存在严重不足之处。
也就是说,超细颗粒与纳米颗粒均同属于粉末体的范筹。
粉末颗粒指组成粉末体的最小单位或个体,简称颗粒。
粉末体则是由尺寸小于1mm的颗粒及颗粒间孔隙所组成的集合体。
可流动性:由于粉末颗粒之间的相互作用力远低于通常固体内原子间作用力压缩性:由于颗粒间存在相当数量的孔隙,也具有可压缩的特性。
单个粉末颗粒可能是单一晶粒,也可能是多晶粒。
主要取决于粉末制备方法和制取工艺条件、颗粒大小和颗粒的晶体学特性。
2 粉末颗粒的性质2.1颗粒的聚集状态由于粉末颗粒细小,具有发达的表面积,颗粒表面附近的原子活性很高,导致粉末颗粒发生某些聚集现象。
单颗粒:单个独立存在的颗粒被称为单颗粒(粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒)。
粗粉末通常以单颗粒形式存在。
一次颗粒(primary particle):最先形成的不可以独立存在的颗粒,它只有聚集成二次颗粒时才能独立存在。
二次颗粒(secondary particle):由两个以上的一次颗粒结合而又不易分离的能独立存在的聚集颗粒被称为二次颗粒。
若能被分离,就成为单颗粒。
细粉末由于表面发达而结合,通常以二次颗粒的形式存在。
一次颗粒往往不能单独存在而聚集在一起,聚集力主要是物理作用力,而非强化学健结合一次颗粒粒度测定:惰性气体表面吸附方法BET二次颗粒粒度测定:x-ray, optical microscope, TEM, SEM,light scattering团粒(agglomelate):由单颗粒或二次颗粒依靠范德华力粘结而成的聚集颗粒。
絮凝体(flocculate):在液体介质中由单颗粒或二次颗粒结合的更松软的聚集颗粒。
致密体:晶粒之间没有宏观的孔隙,靠原子间的键力联结粉末体:颗粒之间有许多小孔隙,而且联结面很小,面上的原子不可能形成强的键力2.2 颗粒表面形貌(surface morphology)粉末颗粒的表面形貌一般来说凹凸不平的,即使是采用机械破碎法制得的陶瓷粉末。
从理论上讲,粗大的颗粒在冲击载荷的作用下会发生沿一定晶面的解理断裂,形成平整的断裂面。
但由于受力状态的复杂性,解理面并非沿同一晶面进行,而发生惯穿多个晶面的断裂,从而导致颗粒表面的凹凸不平。
而对于通常的金属粉末的制备方法制取的粉末颗粒,由于出现优先成核与生长的客观条件,易形成凹凸不平的欠发育完整的表面。
2.3内部结构大部分的粉末颗粒系多晶结构,粉末颗粒内部存在许多缺陷,如空位、位错、晶格弯曲等,还存在孔隙、裂纹等。
另外还有夹杂(还原法制粉中更为突出)。
3粉末性能粉末性能包括物理性能(颗粒的密度、熔点和显微硬度等)、几何性能(颗粒形状,颗粒尺寸及其组成)、化学性质和工艺性能(松装密度,流动性,压缩性,成形性和烧结性能)。
特别是粉末的工艺性能受控于前三种粉末性能。
3.1 粉末的物理性能3.1.1颗粒密度材料的理论密度即无孔隙密度,一般不能代表颗粒密度。
这主要是因为大多数制粉方法所制备的粉末颗粒内含有孔隙(开孔或闭孔)和裂隙。
通常采用两种方法来表示颗粒的密度。
真密度(pore free density)即固体材料的理论密度。
除一些具有不同晶形的物质(碳、氧化锆、氧化铝、碳化硅等)以外,其它物质的粉末颗粒的真密度与其理论密度相同。
(颗粒质量用除去开孔和闭孔的颗粒体积除得的商值)有效密度(ffective particle density)系单位体积内粉末颗粒的质量。
颗粒中存在的闭孔体积计算在内。
很明显,它小于颗粒的真密度。
要精确测定粉末颗粒的有效密度几乎是不可能的。
一般采用比重瓶法测定其近似值,因而也称为比重瓶密度。
(即似密度D2)D2=(F2-F1)/[V-{(F3-F2)/D液}]F1: 比重瓶重量F2: 含粉末后的比重瓶重量F3: 比重瓶加粉末和充满液体之后的总重量V=(F3-F2)/D液粉末体积F3-F2 液体重量, F3-F2/D液液体体积D液(水)=1形状因子:是表示实际粉末偏离球形的程度的;表面形状因子、体积形状因子,及两者的比值-比形状因子;S=fD2 V=kD3f:表面形状因子k:体积形状因子,二者之比m=f/k 比形状因子,如规则的球形体: S=πD2, V=(1/6)πD3表面形状因子为π, 体积形状因子等于π/6, 比形状因子等于6. m=6;边长为a的规则正方体,表面积等于6a2,体积等于a3,f=6,k=1,m=6;形状愈复杂, 表面愈发达, 表面积愈大, 则比形状因子数值也愈大, 树枝状粉末的比形状因子m=12-18, 薄片状=80, 角状m=10其他任何形状的颗粒,F/K均大于6;而且形状越是规则,颗粒的表面积越发达,则比形状因子就越大。
3.1.2 显微硬度粉末颗粒的显微硬度主要取决于构成固体物质的原子间的结合力、加工硬化程度和纯度,左右着粉末的压缩性。
后二者主要受控于粉末制取方法。
如还原铁粉颗粒的显微硬度可采用适当的退火工艺来消除加工硬化、降低其中氧、碳含量,达到降低颗粒显微硬度的目的。
一般地, 粉末强度愈高,硬度愈高, 混合粉末的强度比合金粉末的硬度低,合金化可以使得金属强化, 硬度随之提高;不同方法生产同一种金属的粉末,显微硬度是不同。
粉末纯度越高,则硬度越低,粉末退火降低加工硬化、减少氧、碳等杂质含量后,硬度降低。
颗粒的显微硬度值,在很大程度上取决于粉末中各种杂质与合金组元的含量以及晶格缺陷的多少,因此代表了粉末的塑性。
3.3.3 粉末颗粒的熔点对于普通粉末冶金用金属粉末,粉末颗粒的熔点与固体的熔点几乎相同。
但当粉末颗粒的尺寸很小时,颗粒的熔点大幅度降低。
如尺寸为10nm的纳米银粉,其熔点仅为97℃。