北京交通大学：《材料成型技术基础》课程教学课件（PPT讲稿）第4章 粉末冶金和非金属材料成型、材料先进成型技术及自动控制、毛坯选择

第4章粉末冶金和非金属材料成型·陶瓷材料及粉末冶金·高分子材料成型·复合材料成型2025/11/8

第4章 粉末冶金和非金属材料成型 • 陶瓷材料及粉末冶金 • 高分子材料成型 • 复合材料成型 2025/11/8 1

4.1陶瓷材料及粉未冶金

4.1 陶瓷材料及粉末冶金

4.1.1陶瓷及粉末材料概述·陶瓷发展拉动了粉末材料的发展一8000年前我国已经能够生产陶器一陶瓷的三次飞跃都与粉末技术相关·陶器（泥土为原料）向传统瓷器（使用了铝含量较高的高岭土矿物粉）的转变·传统瓷器向先进陶瓷的转变（20世纪），以高纯的合成物粉料代替天然矿物粉料。。纳米陶瓷的出现（20世纪90年代），原料是纳米颗粒，陶瓷晶粒也是纳米尺度

4.1.1陶瓷及粉末材料概述 • 陶瓷发展拉动了粉末材料的发展 – 8000年前我国已经能够生产陶器 – 陶瓷的三次飞跃都与粉末技术相关 • 陶器（泥土为原料）向传统瓷器（使用了铝含量较 高的高岭土矿物粉）的转变 • 传统瓷器向先进陶瓷的转变（20世纪），以高纯的 合成物粉料代替天然矿物粉料。 • 纳米陶瓷的出现（20世纪90年代），原料是纳米颗 粒，陶瓷晶粒也是纳米尺度

陶器高铝质粘土和瓷土的应用瓷器高温技术的发展（传统陶瓷）釉的发明显微结构原料纯化分析的进步性能研究的深入先进陶瓷海瓷工业（微米极）的发展无损评估的成就相邻学科的推动陶瓷理论的发展纳米陶瓷人，容内陷博特国图2-1陶瓷材料的三次飞跃

一、粉末材料概述·粉末的类别一单个颗粒（也叫一次颗粒）：没有孔隙的致密材料，单晶、多晶、非晶一颗粒集聚体：单个颗粒以弱结合力构成的所谓二次颗粒，包括了一次颗粒和孔隙。，颗粒大小的习惯分类一粗颗粒：150-500um一中颗粒：44-150lum一细颗粒：10-44lum一极细颗粒：0.5-10um一纳米颗粒：<0.1um

一、粉末材料概述 • 粉末的类别 – 单个颗粒（也叫一次颗粒）：没有孔隙的致密材料， 单晶、多晶、非晶 – 颗粒集聚体：单个颗粒以弱结合力构成的所谓二次颗 粒，包括了一次颗粒和孔隙。 • 颗粒大小的习惯分类 – 粗颗粒：150-500 – 中颗粒：44-150 – 细颗粒：10-44 – 极细颗粒：0.5-10 – 纳米颗粒：〈0.1 m m m m m m

粉末单颗粒大小的测量·高度h，颗粒最低势能态时正视投影图的高度·宽度b：颗粒俯视图的最小平行线夹距·长度：颗粒的俯视图中与宽度方向垂直的平行线夹距

粉末单颗粒大小的测量 • 高度 h，颗粒最低势能态时正视投影图的高度。 • 宽度b：颗粒俯视图的最小平行线夹距 • 长度l：颗粒的俯视图中与宽度方向垂直的平行线夹 距

单颗粒大小的表征定向径：沿一定方向的颗粒的一维尺度。定义粒径名称定方向径沿一定方向测得颗粒投影的两平行线的距离。定方向等分径沿一定方向将颗粒投影像面积等分的线段长度。定向最大径沿一定方向测定颗粒投影像所得最大宽度的线段长度。·小结：颗粒粒径无绝对的数值，描述其大小必须同时说明依据的规则和测量方法

单颗粒大小的表征 • 定向径：沿一定方向的颗粒的一维尺度。 • 小结：颗粒粒径无绝对的数值，描述其大 小必须同时说明依据的规则和测量方法。 粒径名称 定义 定方向径 沿一定方向测得颗粒投影的两平行线的距离。 定方向等分径 沿一定方向将颗粒投影像面积等分的线段长度。 定向最大径 沿一定方向测定颗粒投影像所得最大宽度的线段长 度

粉体的粒径·粉体的平均粒径：一算术平均径da=End/En一长度平均径d, =End/Ed一面积平均径d,=/nd?/n一体积平均径dy=/nd/n一体面积平均径dys =End' /End一质量平均径dw=End* /End

粉体的粒径 • 粉体的平均粒径： – 算术平均径 – 长度平均径 – 面积平均径 – 体积平均径 – 体面积平均径 – 质量平均径 da =nd /n dl =nd /d 2 ds = nd /n 2 3 3 dV = nd /n 2 3 dVS =nd /nd 3 4 dw =nd /nd

粉末材料粒度测量·粒度测定方法一筛分析法：目数定义为筛网上1英寸（25.4mm）长度内的网孔数，计算公式：25.4m=a+da：筛网网丝的直径，mmd:网孔尺寸，mm一激光衍射法：光照射到颗粒时，云广生例射现家。颗粒越大，衍射角越小。一沉降法：颗粒大小不同，在粉末悬浊液中的自由沉降速度不同。颗粒大，沉降快

粉末材料粒度测量 • 粒度测定方法 – 筛分析法：目数定义为筛网上1英寸（25.4mm）长度内 的网孔数，计算公式： – 激光衍射法：光照射到颗粒时，会产生衍射现象。颗 粒越大，衍射角越小。 – 沉降法：颗粒大小不同，在粉末悬浊液中的自由沉降 速度不同。颗粒大，沉降快。 d mm a mm a d m ：网孔尺寸， ：筛网网丝的直径， + = 25.4

纳米粉末材料颗粒大小与性能的关系一细化的结果是总表面积、棱角和顶角数目增加一颗粒内部结构与表面结构不同，性能也不同。一颗粒越小，表层结构对性能的影响越大：纳米粉的四个效应和特性一四个效应：小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观隧道效应一四个特性:·熔点低：金块1337K，2nm的金粉为600K·在很宽的频谱范围内呈现物理学上的黑体现象：即对可见光、电磁波完全吸收。·单磁畴结构，具有很高的矫顽力。磁化率提高几十倍。·有的具有超导性，且超导临界转变温度低

纳米粉末材料 • 颗粒大小与性能的关系 – 细化的结果是总表面积、棱角和顶角数目增加。 – 颗粒内部结构与表面结构不同，性能也不同。 – 颗粒越小，表层结构对性能的影响越大。 • 纳米粉的四个效应和特性 – 四个效应：小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸 效应、宏观隧道效应。 – 四个特性： • 熔点低：金块1337K，2nm的金粉为600K。 • 在很宽的频谱范围内呈现物理学上的黑体现象：即对可见光、 电磁波完全吸收。 • 单磁畴结构，具有很高的矫顽力。磁化率提高几十倍。 • 有的具有超导性，且超导临界转变温度低