上海交通大学：《材料制备新技术（专业硕士课程）》教学资源_研究生-粉末冶金课件_第二章 粉末制取（制粉）及粉末性能

Making Powder-Metallurgy Parts Pressing Precipitation from a liquid Isostatic pressing Atomization Rolling Reduction Extrusion Atmosphere Electrolytic deposition Injection molding Vacuum Chemical decomposition Comminution Mechanical alloying Cold compaction Sintering Metal Blending Secondary and powders finishing operations Hot Additives: compaction lubricants Coining Forging Isostatic pressing Machining Heat treating Impregnation Infiltration Plating

Precipitation from a liquid Chemical decomposition

第二章粉末制取及粉末性能 >粉末的形成：依靠能量传递到材料而制造新表面的过程。 机械粉碎法（特例HDDR法） 机械法 雾化法 粉末生 电解法 产方法 还原法 (还原、还原化合、 物理化学法 气相还原) 气相沉淀法（化学气相沉淀、 气相冷凝或离解) 液相沉淀法

第二章 粉末制取及粉末性能 Ø 粉末的形成：依靠能量传递到材料而制造新表面的过程。 粉末生 产方法 机械法 物理化学法 机械粉碎法（特例HDDR法） 雾化法 还原法 (还原、还原化合、 气相还原) 电解法 气相沉淀法 (化学气相沉淀、 气相冷凝或离解) 液相沉淀法   

粉末定义： 大量颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。 单颗粒：粉末中能够分开并独立存在的实体。 “纳米银粉未 颗粒 二次颗粒：单颗粒以某种形式聚集而成。 物理性能： 颗粒形状、粒度及粒度组成、比表面积、颗 粒密度、显微硬度、显微组织、加工硬化性、 塑性变形能力、光电磁性能等。 粉末性能 化学性能： 化学成分（包括主要金属或合金组元的含量 及杂质的含量)。 工艺性能：松装密度、振实密度、流动性和压制性等

粉末定义： 大量颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。 颗粒 单颗粒：粉末中能够分开并独立存在的实体。 二次颗粒：单颗粒以某种形式聚集而成。 粉末性能 物理性能： 化学性能： 工艺性能： 颗粒形状、粒度及粒度组成、比表面积、颗 粒密度、显微硬度、显微组织、加工硬化性、 塑性变形能力、光电磁性能等 。 化学成分（包括主要金属或合金组元的含量 及杂质的含量 ）。 松装密度、振实密度、流动性和压制性等 。  

1.化学检验 a.氧含量测定 红外测氧仪（测全氧含量） 氢损法 原理：粉末试样在H2中煅烧，氧被H还原成水蒸气，C、S与H,生 成挥发性气体，与挥发金属(Zn、Cd、Pb)一同排出，测粉末重 量损失。 A-B 氢损值 ×100% A-C 其中A一煅烧前粉末试样、烧舟总重，B一煅烧后粉末试样、烧舟总重，C一烧舟重 不被氢还原氧化物(A1203、Si02),所测氢损值低于氧含量。 误差： 脱C、S等反应及金属挥发，所测氢损值高于氧含量

1. 化学检验 a.氧含量测定 Ø 氢损法 Ø 红外测氧仪 （测全氧含量） 粉末试样在H2中煅烧，氧被H2还原成水蒸气，C、S与H2生 成挥发性气体，与挥发金属（Zn、Cd、Pb）一同排出，测粉末重 量损失。 氢损值 100 %    A C A B ： 不被氢还原氧化物（Al2O3、SiO2），所测氢损值低于氧含量。 其中A—煅烧前粉末试样、烧舟总重，B—煅烧后粉末试样、烧舟总重，C—烧舟重 脱C、S等反应及金属挥发，所测氢损值高于氧含量。 

b.酸不溶物测定 原理：粉末样品用无机盐溶液溶解，不溶物过滤、称重。 A 铁粉中盐酸不溶物 ×100% B 其中：A一不溶物克数，B一粉末试样克数 A-B 铜粉中硝酸不溶物 ×100% C 其中：A一不溶物克数，B一锡氧化物克数，C一粉末试样克数 >锡氧化物直接不溶于硝酸；但其中加入NH加热后，可溶于硝酸

b.酸不溶物测定 原理：粉末样品用无机盐溶液溶解，不溶物过滤、称重。 铁粉中盐酸不溶物  100 % B A 铜粉中硝酸不溶物 100 %   C A B 其中：A—不溶物克数，B—粉末试样克数 其中：A—不溶物克数，B—锡氧化物克数， C—粉末试样克数 Ø 锡氧化物直接不溶于硝酸；但其中加入NH4I加热后，可溶于硝酸

2.物理性能 (1)颗粒形状 >颗粒形状是决定粉末工艺性能的主要因素。对粉末的压制成形 和烧结都会带来影响。 表2-1颗粒形状与粉末生产方法的关系 球形 近球形 多角 片状 树枝 不规则 多孔海 碟状 形 状 绵状 形状 粉末 气相 气体雾 机械 塑性金 水溶 水雾化、 金属氧 旋涡研 沉积 化、溶 粉碎 属球磨 液电 机械粉 物还 磨 液置换 研磨 解 碎、化 原 反应 学沉淀 >定义颗粒投影面相当的圆直径 其表面积 S=a。,体积 V=kda。f 为表面形状因子，k为体积形状因子，为比形状因子。比形状因子越大，结 构越复杂

2.物理性能 （1）颗粒形状 Ø颗粒形状是决定粉末工艺性能的主要因素。对粉末的压制成形 和烧结都会带来影响。 表2-1 颗粒形状与粉末生产方法的关系 粉末 颗粒 形状 球形 近球形 多角 形 片状 树 枝 状 不规则 状 多孔海 绵状 碟状 粉末 生产 方法 气相 沉积 气体雾 化、溶 液置换 反应 机械 粉碎 塑性金 属球磨 研磨 水溶 液电 解 水雾化、 机械粉 碎、化 学沉淀 金属氧 化物还 原 旋涡研 磨 Ø定义颗粒投影面相当的圆直径 ,其表面积 ，体积 。f 为表面形状因子，k 为体积形状因子, f/k 为比形状因子。比形状因子越大，结 构越复杂。 a d 2 a S  fd 3 a V  kd

(2)粒度及粒度分布 >对粉末体而言，粒度是指颗粒的平均大小。工业上制造的粉末，粒 度范围一般为0.1~400μm。 >粒度大小通常用目数（一英寸长度筛网上的网孔数）表示。 几何学粒径d2(用显微镜投影几何学原理测量) 当量粒径d。(用沉降法、离心法或水力学方法测量) 四种粒度基准 比表面粒径dsp (用吸附法、透过法或润湿法测量粉 末比表面积，然后换算成相同比表面 积球形颗粒的直径) 行射粒径d。(利用粒度接近光和电磁波波长时，发生 衍射现象，测量粉末粒径)

（2）粒度及粒度分布 Ø对粉末体而言，粒度是指颗粒的平均大小。工业上制造的粉末，粒 度范围一般为0.1~400μm。 Ø粒度大小通常用目数（一英寸长度筛网上的网孔数)表示。 四种粒度基准 比表面粒径dsp（用吸附法、透过法或润湿法测量粉 末比表面积，然后换算成相同比表面 积球形颗粒的直径） 当量粒径de（用沉降法、离心法或水力学方法测量） 衍射粒径dsc（利用粒度接近光和电磁波波长时，发生 衍射现象，测量粉末粒径） 几何学粒径dg（用显微镜投影几何学原理测量） 

长度基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总长度占全 部颗粒长度总和∑nD多少来表示) 个数基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总个数占 四种粒度 全部颗粒个数总和∑n多少来表示， 分布基准 也称频度分布) 面积基准分布 (以某一粒径间隔内的颗粒总面积占全 部颗粒面积总和ΣnD多少来表示) 重量基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总重量占全 部颗粒重量总和∑nD多少来表示) 粉末算术平均粒径计算： da =fid +f2d2+d3+...+dn

四种粒度 分布基准 面积基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总面积占全 部颗粒面积总和 nD2多少来表示） 个数基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总个数占 全部颗粒个数总和 n多少来表示， 也称频度分布） 重量基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总重量占全 部颗粒重量总和 nD3多少来表示） 长度基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总长度占全 部颗粒长度总和 nD多少来表示）  粉末算术平均粒径计算： a ndn d  f d  f d  f d   f 1 1 2 2 3 3

筛分法（最常用、最简单的分析法） 显微镜法（适用单颗粒测量） 粒度分布测定 沉降法 (颗粒在静止的液体或气体介质中，依靠重力克服 方法 介质阻力和浮力自然沉降，测量沉降质量的变化。 因受表面形状影响，所测粒径小于几何学粒径) 淘析法（颗粒在流动的液体或气体介质中，发生非自然沉 降，利用该原理使颗粒分级。适用极细、超细粉 的分级) 气体吸附法 测量吸附在固体表面上气体单分子层质量 粒度比表面积 或体积，再由气体分子横截面积计算1g固体 测定方法 物质的总表面积) 透过法（测定气体透过粉层的透过率来计算）

粒度分布测定 方法 沉降法 （颗粒在静止的液体或气体介质中，依靠重力克服 介质阻力和浮力自然沉降，测量沉降质量的变化。 因受表面形状影响，所测粒径小于几何学粒径） 显微镜法（适用单颗粒测量） 淘析法（颗粒在流动的液体或气体介质中，发生非自然沉 降，利用该原理使颗粒分级。适用极细、超细粉 的分级） 筛分法（最常用、最简单的分析法）  粒度比表面积 测定方法 气体吸附法（测量吸附在固体表面上气体单分子层质量 或体积，再由气体分子横截面积计算1g固体 物质的总表面积） 透过法（测定气体透过粉层的透过率来计算）

(3) 颗粒密度 真密度（理论密度）：颗粒质量用除去开孔、闭孔的 颗粒体积去除。 似密度（有效密度）：颗粒质量用包含闭孔的颗粒体 积去除。 表观密度：颗粒质量用包含开孔、 闭孔的颗粒体积去除。 (有效密度测定方法：比重瓶法、阿基米德法) (4)显微硬度 >粉末颗粒进行退火处理、提高纯度，可降低粉末颗粒硬度。 (测定方法：显微硬度计)

（3）颗粒密度 （4）显微硬度 Ø粉末颗粒进行退火处理、提高纯度，可降低粉末颗粒硬度。 （测定方法：显微硬度计） （有效密度测定方法：比重瓶法、阿基米德法） 真密度（理论密度）：颗粒质量 用 除去开孔、闭孔的 颗粒体积去除。 似密度（有效密度）：颗粒质量 用包含闭孔的颗粒体 积去除。 表观密度：颗粒质量 用包含开孔、闭孔的颗粒体积去除