粉末冶金实验
粉末冶金--熔体快淬法制非晶,纳米晶
熔体快淬法制备非晶，纳米晶一、实验目的1．实践粗晶材料如何制备成非晶、纳米晶材料；2．了解不同快淬速度对材料的组织的影响；3．了解材料从粗晶变成非晶或纳米晶对其性能的影响。
二、概述熔体快淬就是在真空状态下，将熔融的金属或合金在一定的压力下，注射到高速旋转的水冷铜辊上，使其在极大的过泠度下凝固，获得具有超细结构的非平衡组织，由于这种方法具有极高的冷速，可使金属及合金的晶粒尺寸达到纳米级或得到非晶组织。
使制备的金属或合金具有与一般非平衡冷却完全不同的力学和物理性能。
金属或合金的晶粒尺寸随过冷度的增加而减小。
熔体快淬的冷速极高，可以使多种金属及合金形成纳米晶或非晶态。
而且，由于冷却铜辊的转速及液态金属及合金的喷射压力是可调的，所以冷却速度可以严格控制，从而达到控制金属或合金的晶粒度的目的。
应用熔体快淬制备纳米晶、非晶态金属及合金的工艺易于控制，而且可以实现批量生产，易于产业化。
目前，熔体快淬已经在稀土永磁材料、贮氢合金、Ni2MnGa磁性形状记忆合金、耐高温非晶钛基及钛锆基钎焊料、高强度非晶态结构材料等领域得到广泛的应用。
熔体快淬方法的典型工艺如下所示，母合金冶炼→浇注成锭→铸锭在带喷嘴的试管中再熔化→熔化喷射→高速旋转的冷却辊→固化→薄带和辊分离→收集带子→晶化退火（可省略）→破碎制粉→SPS烧结。
熔体快淬分为单辊快淬法和双辊快淬法。
本实验室用的是单辊快淬法，其原理如图1 所示。
铸锭在试管内被感应线圈加热熔化，然后通入氩气，使试管内外产生0.3～0.7个大气压的压力差，使熔化合金从漏嘴喷出，到达快速旋转的辊面，迅速凝固，形成连续薄带，再借助离心力抛离辊面。
如此完成一次喷铸过程需要数秒到数十秒的时间。
图2为快淬的薄带。
如果淬速更高，得到的薄带将更碎且细小，其晶粒为纳米级（如图3）。
实验中，水冷铜辊的转速、液态金属的压力、液态金属的温度、石英管喷口的尺寸、形状以及喷口与铜辊的距离都是快淬工艺的关键因素。
实验一-粉末冶金材料组织观察与硬度测试
实验一粉末冶金材料组织观察与硬度测试实验学时4h 实验性质综合实验要求必做所属课程粉末冶金一、实验目的掌握Fe基粉末冶金烧结材料的相图，根据相图及显微形貌（组织特征）识别材料的组织，理解组织与成分之间的关系；能够根据有关定律及公式计算烧结铁基合金组织组成物的相对含量。
熟悉布氏、洛氏及维氏硬度计的结构原理及特点。
掌握布氏、洛氏、维氏硬度试验方法，能独立进行操作；了解粉末冶金材料的组织特点及硬度之间的关系二、烧结Fe基合金组织特征概述粉末冶金一种冶金方法。
把金属粉末压制成型后再烧结成制品。
粉末冶金适用于高熔点、高硬度的金属或含有不互溶成分的合金制品的制造。
烧结铁基合金是目前应用非常广泛的粉末冶金工程材料，其基本相图为铁碳合金的平衡组织，是研究铁碳合金的性能及相变机理的基础。
因此认识和分析铁碳合金的平衡组织有十分重要的意义。
此外，观察和分析铁碳合金的平衡组织有助于帮助我们进一步借助相图来分析问题。
所谓平衡组织，是指符合平衡相图的组织，即在一定温度，一定成分和一定压力下合金处于最稳定状态的组织，要获得这样的组织，必须使合金发生的相变在非常缓慢的条件下进行，通常将缓冷（退火）后的铁碳合金组织看作为平衡组织。
不同成分Fe基合金的平衡组织都是由铁素体、渗碳体、珠光体、石墨、孔隙、夹杂等组成，其区别仅在于分布形态和数量不同。
根据各组成物的形态、分布和数量可以判断和识别组织及含碳量。
1、铁素体：是碳在α-Fe中的固溶体。
碳的浓度是可变的，在727℃时达到最大溶解度（0.0218%）；常温下其碳浓度约为0.008%。
铁素体的硬度很低，塑性好，经4%硝酸酒精浸蚀后呈白亮色。
铁素体有两种形态和分布：一是呈游离状的不规则多边形。
二是与渗碳体呈层状相间排列，如珠光体中的铁素体。
2、渗碳体：是碳与铁的一种化合物，化学式为Fe3C，含碳量高达6.69%，坚硬而脆，抗浸蚀能力很强，经4%硝酸酒精浸蚀后成白亮色。
渗碳体的分布和形态有：①游离的直条状渗碳体，如过共晶生铁中的Fe3CⅠ；②作为基体，其中分布有孤立的珠光体，即莱氏体中的渗碳体；③沿奥氏体晶界呈网状分布，如过共析钢的Fe3CⅡ；④与铁素体呈片层状分布，即珠光体中的Fe3C；⑤沿铁素体晶界分布，即工业纯铁中的Fe3CⅢ。
粉末冶金作业
2.在气体雾化时，如果颗粒尺寸随融体粘度增加而增大，粒度对颗粒形状会有何种作用？高的过热温度会有利于形成球形颗粒吗？
3.分别用水雾化，气体雾化和还原方法制备Cμ粉（理论密度=8.9g/cm3），测试指数如下：
性能A,B,C
平均粒度(μm):48,25,40
松装密度(g/cm3):2.8,1.7,4.4
振实密度(g/cm3):3.3,2.4,4.7
流速(s/50g):32,50,21
BET表面积(m2/g):0.014,0.063,0.017
区分数据所对应的制备方法，且分析求证你的答案。
4.一分散性良好的粉末用光学显微镜观察，平均粒度为13μm，用沉降天平分析平均粒度为28μm，讨论造成如此差别的原因。
8.两实验小组采用同一样品进行筛分析，第一组是平均颗粒粒径为54μm，第二组为75μm，为什么会存在这种误差？请假设其原因。
9.
5.解释：当振实密度（Tapdensity）对松装密度的比值增加时，为什么会增加在Hall流速仪中测表面积和吸附法测量表面积的差异?
7.筛分析铁粉成-325目和-100/+200目一个部分，粗粉部分的松装密度是2.6 g/cm3，用20%的细粉混合之后，松装密度达到了2.8 g/cm3，为什么？
粉末冶金法制备铝基复合材料的研究
粉末冶金法制备铝基复合材料的研究粉末冶金法是一种制备金属基复合材料的有效方法，具有制备的复合材料成分均匀、性能优异、成本低廉等优点。
铝基复合材料作为一种高性能的金属基复合材料，在航空、汽车、机械等领域得到了广泛应用。
本文将围绕粉末冶金法制备铝基复合材料展开，探讨其制备工艺、性能评价、应用领域及未来发展趋势。
粉末冶金法制备铝基复合材料的工艺流程主要包括以下几个步骤：原材料准备：选用纯度较高的铝粉、增强相（如SiC、Al2O3等）及适量的粘结剂。
混合与压制：将原材料按照一定的比例混合，加入适量的润滑剂，然后压制成型。
烧结：将压制成型后的生坯在高温下进行烧结，使得铝粉与增强相充分融合。
热处理：对烧结后的材料进行热处理，以进一步优化材料的性能。
通过以上步骤，制备出具有特定形状和性能的铝基复合材料。
与传统的铸造方法相比，粉末冶金法具有更高的成分均匀性、更细的晶粒结构和更好的力学性能。
铝基复合材料因其具有优异的力学性能、耐腐蚀性和抗高温性能，在航空、汽车、机械等领域得到了广泛应用。
在航空领域，铝基复合材料主要用于制造飞机发动机零部件、机身结构件等。
其轻质高强的特点使得飞机能够减轻重量，提高飞行效率。
在汽车领域，铝基复合材料主要用于制造汽车零部件，如发动机缸体、活塞、齿轮等。
其高强度和抗疲劳性能能够提高汽车的安全性和使用寿命。
在机械领域，铝基复合材料可用于制造各种高强度、轻质的机械零件，如传动轴、支架、齿轮等。
其优良的耐腐蚀性和高温稳定性使得铝基复合材料成为理想的机械零件材料。
铝基复合材料的性能取决于其组成和制备工艺。
在力学方面，粉末冶金法制备的铝基复合材料具有高强度、高硬度、低塑性等特点，其力学性能优于传统铸造铝材。
耐腐蚀性方面，由于增强相的加入，铝基复合材料的耐腐蚀性能得到显著提高。
抗高温性能方面，通过选用合适的增强相和热处理工艺，可以使得铝基复合材料在高温下保持优良的性能。
随着科技的不断发展，粉末冶金法制备铝基复合材料在未来将面临新的挑战和机遇。
粉末冶金实验报告
一、实验目的通过本综合实验，使学生掌握粉末冶金的根本工艺，熟悉粉末成形和烧结过程研究方法及测试原理，培养学生进展粉末冶金研究的根本思路和初步能力，为今后从事粉末冶金相关研究与生产及粉末冶金分析测等工作打下根底。
二、实验原理2.1自蔓延高温合成自蔓延高温合成技术(Self-propagating High-temperature Synthesis简称SHS)是由俄罗斯科学家Merzhanov教授在60年代后期提出的一种材料合成新工艺。
其根本原理是利用化学反响放出的热量使燃烧反响自发的进展下去，以获得具有指定成分和构造的燃烧产物。
以简单的二元反响体系为例，其原理为：xA + yB ——AxBy + Q其中A为金属单质，B为非金属单质，AxBy为合成反响的产物，Q为合成反响放出的热量。
上图描述了燃烧过程中样品内部燃烧波的构造及产物相组成的变化规律。
首先在样品的一端给一个激发热源将此处的样品加热到上面的反响式可应进展时，断开激发源。
此时端面处由于化学反响生成了反响产物C或A/B，主要由反响机理而定；反响放出的热量和反响过程中的物质消耗导致样品中形成温度、组分元素浓度的梯度，有时还伴随着物质流动现象。
这种梯度的存在，会使热量向周围区域传递。
热量的传递使周围区域得到预热，得到初始的激发热量，引发上述燃烧反响的进展，这种周期性的过程使反响能自发地进展下去。
通常为了了便于讨论，将上述过程简化为一个一维的燃烧问题。
由傅立叶第一定理和能量守恒法那么，可得到如下方程组：为了得到指定构造的化学组成和产物相分布等，通常需要对反响过程进展控制。
对体系的控制主要是通过改变上述方程中的体系初始物性常数，如比热C，热传导系数K等。
读者有举兴趣，通过上述议程的数学分析，可以对燃烧过程中的动力学形为进展研究，将上述动力学行为与产物构造结合在一起，就形成了自蔓延过程常用的研究方法——构造宏观动力学。
SHS过程也可以是多元反响过程，其根本原理不变，只是反响过程更加复杂。
粉末冶金实验课实验报告总结
粉末冶金实验课实验报告总结学校：北京科技大学专业：材料科学与工程班级：材科2班姓名：吴亚洵学号：40730105日期：2010.1.14.实验1 可渗性烧结金属材料密度测定1、国家标准号：GB 5163-852、鉴定试样所需的详细说明：试样经过清洗除油干燥，在空气中称量。
防水处理（表面用凡士林覆盖），再次在空气中称量。
可由称重时候适量的减少求出其体积，密度可计算出来。
3、所需要公式及实验结果：'442m m m d -=ρD=试样密度M2=4.8655干燥不含油试样空气中称重的质量；gM4=4.9391浸油试样在空气中称重的总质量；gM4'=4.05052浸油试样在水中称重的总质量；gρ实验温度下水的密度实验结果表达：d=5.484、可能影响实验结果的影响因素环境温度，称量仪器的精度，读数的误差，尼龙绳的质量误差，油没有抹匀的精度误差 实验总结：试样小于0.5cm3时可以把数个试样集中起来测量，可以提高测量精度实验2球星铜粉松散烧结概述：粉末松散烧结，又称松装烧结。
是指金属粉末不经成型而松散或振实装在耐高温的模具内直接进行的粉末烧结，松装烧结主要用来制取透过性较大，精华精度要求不高的多孔材料。
比如用于过滤汽油，润滑油，化学溶液等等。
多孔材料的特征明显，颗粒多位球形颗粒。
松装烧结是由于粉末颗粒间相接触面积小，必须严格控制烧结温度和气氛，是少结成的制品具有足够的强度，又不至于收缩过大而降低孔隙度。
实验材料：100目球形铜粉、石墨模具，管式烧结炉，游标卡尺步骤：1、用游标卡尺测量石墨模具的内径尺寸。
2、将铜粉松装在石墨模具内3、将装有铜粉的模具于管式炉中850度烧结20min ，氮气保护。
4、冷却后把烧结好的铜粉配体从石墨模具内取出，测量尺寸5、计算烧结前后的尺寸收缩率计算结果整个过程分为制粉---成型---烧结，铜粉极易氧化，需要用惰性气体保护气实验3粉末松装比重的测定1、实验目的通过被实验了解粉末松装比重的测定方法，以及影响松装比重的因素。
研磨实验操作方法
研磨实验操作方法研磨实验操作方法是一种将材料进行研磨的实验方法，常用于粉末冶金、材料科学等领域的研究和制备。
下面我将详细介绍研磨实验的操作方法。
一、实验前准备1. 准备材料：根据实验的需要，选择适当的材料进行研磨。
通常使用的材料有金属、陶瓷、塑料等。
2. 准备研磨设备：研磨设备包括研磨机、研磨罐、研磨球等。
确保设备干净、完好，并进行必要的保养和调整。
二、研磨罐配料1. 清洗研磨罐：在进行实验前，先将研磨罐彻底清洗，确保干净无杂质。
2. 配料：根据实验的需要，将待研磨的材料称量并放入研磨罐中。
要注意控制好配料的质量，以免超出罐体的容纳能力。
三、添加研磨介质1. 选择研磨介质：研磨介质一般为研磨球，可以根据实验的要求选择合适的研磨球材料和规格。
2. 添加研磨球：根据实验所需，将适量的研磨球加入研磨罐中。
添加研磨球的数量一般是材料质量的1~10倍，可以根据需要进行调整。
四、封闭研磨罐1. 添加密封剂：在研磨罐的开口处涂抹一定量的密封剂，使研磨罐能够完全封闭。
常用的密封剂有蜡、胶带等。
2. 封闭研磨罐：将研磨罐的盖子盖紧，并用力旋紧螺母或卡扣，确保研磨罐完全密封。
五、开始研磨实验1. 设置研磨条件：根据实验的要求，设置合适的研磨时间、转速等参数。
研磨罐通常需要放在研磨机中固定，调整机械参数使研磨过程能够正常进行。
2. 启动研磨机：打开研磨机的电源，按照设定的条件启动研磨机。
研磨机通常会发出噪音和震动，这是正常现象，无需过于担心。
3. 研磨过程监测：在研磨过程中，可以根据需要对研磨进展情况进行监测。
可以通过研磨罐的透明或上方的观察孔观察研磨状态，也可以根据设备的监测功能，如转速、温度等参数的变化来判断研磨进展情况。
4. 结束研磨实验：根据实验设定的研磨时间，关闭研磨机，将研磨罐取出。
在取出研磨罐之前，需要先关闭研磨机的电源，并等待研磨罐停止旋转和冷却。
六、处理研磨样品1. 取出研磨罐：打开研磨罐的盖子，将研磨罐中的材料倒出。
粉末冶金实验报告
粉末冶金实验报告粉末冶金实验报告引言：粉末冶金是一种重要的材料制备技术，通过将金属或非金属材料制备成粉末，再进行成型和烧结等工艺，可以制备出具有特殊性能和结构的材料。
本次实验旨在通过粉末冶金技术制备出一种具有优异性能的金属材料，并对其进行性能测试和分析。
实验方法：1. 材料准备：选择适合的金属材料，如铁粉、铜粉等，并对其进行筛分和清洗，以确保粉末的纯净度和均匀性。
2. 粉末混合：将不同比例的金属粉末混合均匀，可以通过机械搅拌或球磨等方式进行。
3. 成型：将混合好的金属粉末放入模具中，施加适当的压力进行成型。
常用的成型方法有压制成型和注射成型等。
4. 烧结：将成型后的样品放入烧结炉中，进行高温烧结处理。
烧结温度和时间的选择对最终材料的性能有重要影响。
5. 性能测试：对烧结后的样品进行性能测试，包括密度测试、硬度测试、抗拉强度测试等。
实验结果与分析：通过以上实验方法，我们成功制备出了一种金属材料样品，并对其进行了性能测试。
以下是我们的实验结果和分析：1. 密度测试：经过烧结处理后，样品的密度明显提高。
这是由于高温下金属粉末颗粒之间的扩散和结合作用，使得材料的孔隙率降低，从而提高了密度。
2. 硬度测试：与传统的铸造材料相比，我们制备的金属材料样品具有更高的硬度。
这是由于粉末冶金技术制备出的材料具有更细小的晶粒尺寸和更均匀的组织结构，从而提高了材料的硬度。
3. 抗拉强度测试：经过烧结处理后，样品的抗拉强度明显提高。
这是由于烧结过程中，金属粉末颗粒之间发生了扩散和结合作用，形成了致密的结构，从而提高了材料的强度。
结论：通过本次实验，我们成功制备出了一种具有优异性能的金属材料样品。
粉末冶金技术的应用使得材料的密度、硬度和抗拉强度等性能得到了显著提高。
这种制备方法具有成本低、生产效率高和材料性能可控等优点，因此在工业生产中具有广泛的应用前景。
然而，我们也发现了一些问题和改进的空间。
例如，粉末冶金过程中可能会产生一些杂质，影响材料的纯净度和性能。
粉末冶金材料测试
冲击能 (IE)
冲击能 (IE)
IE 试样的断裂面
高 延伸性 低
韧性断裂以及穿晶开裂
好
沿晶界断裂
坏
断裂穿透
断裂
颗粒
颗粒
穿晶断裂
沿晶断裂 典型易碎材料的断裂面 例如陶瓷。
断裂韧度
如果一种材料具有很大断裂韧度值，那么 它很有可能是经过可延展性断裂。 脆性断裂是表示低断裂韧度值材料的特征。
疲劳
常规 应力-应变曲线
高碳
抗拉强度
低碳
应变
当含碳量增加时， 抗拉强度增加 延伸率降低。 当被热处理后, 抗拉强度增加 延伸率降低。
抗拉强度和0.2%弹性极限应力
密度: 7.05 g/cm3 烧结：1120C / 30min
延伸率
密度: 7.05 g/cm3 烧结：1120C / 30min
PM school fatigues human
硬度 vs 极限抗拉强度 (MPIF标准)
1600 1400 UTS (MPa) 1200 1000 800 600 400 200 0 15 25 35 45 Hardness (HRC)
Fe-(0.3-0.9)%C Fe-(1.5-3.9)%Cu-(0.3-0.9)%C Fe-(1-5.5)%Ni-(0-2.5)%Cu-(0.3-0.9)%C
Fe-C Fe-Cu-C Fe-Cu-Ni-C
显微硬度剖面抛光的影响
Too short polishing time Good polished
横向抗裂强度 (TRS)
这个测试很简单，适合于坚硬的材料。 由于夹具夹不住坚硬材料的试样并产生滑移，因此不 能用于做拉伸实验。
由于弯曲载荷，通常, TRS是 TS的1.5-2.0 倍。
C01.粉末冶金
C01.粉末冶金分会主席：刘文胜、庄志刚、钟景明、程继贵、肖志瑜、曾克里、马运柱C01-01粒径可控的3D打印金属粉末—制备、表征与特色平台聂祚仁，宋晓艳，贺定勇北京工业大学材料科学与工程学院随着目前国内金属材料3D打印技术的发展，对高端3D打印金属粉末的需求越来越紧迫。
获得高质量3D打印制品的特种粉末批量制备技术及其精细表征分析方法，是目前金属材料增材制造领域的关键科学技术问题。
本报告在概述现有的3D打印用金属粉末制备方法的基础上，重点介绍北京工业大学近年来在3D打印特种金属粉末材料方面的工作进展。
在北京市3D打印科技创新与产业计划的培育下，北京工业大学集中开发出细颗粒球形高活性纯金属、高流动性难熔金属及预合金、纳米微结构金属/陶瓷复合材料等多种3D打印用特种粉末的批量制备新技术，在保证高纯度的基础上，实现了单峰、双峰、小粒径、窄分布等特种粉末的粒度调控。
建立了激光吸收率与粉末颗粒表面特征参量及微观组织结构之间的关系模型，形成了系统的3D打印用金属粉末的量化表征分析方法。
对应减少表面球化、高致密、均匀晶粒组织等高性能打印制品的要求，提出了3D打印特种金属粉末材料的协同设计原则。
基于近年开展的研发工作，北京工业大学已建成3D打印纯金属、预合金、多元合金、金属/陶瓷复合材料等特种粉末批量制备与检测分析高端平台，包括国内首个快速换型的3D打印粉末气雾化制粉平台、高纯预合金棒材熔炼、纳米复合粉原位合成-团聚造粒集成系统、粉末特性全方位量化表征等多种特色设施装备。
前期研发成果已获得多项授权发明专利，研制的特种粉末在硬质合金异形制品、医疗植入等3D打印制造中得到应用，并可望为满足航空、医疗、能源、精密加工等高端领域需求，设计研发特色高质量的3D打印金属材料。
关键词：3D打印；特种金属粉末；粒径调控；气体雾化；原位合成；激光吸收率C01-02材料与装备白书欣国防科技大学C01-03钨铜梯度界面的第一性原理设计梁超平，龚浩然，刘文胜1.中南大学粉末冶金研究院2.轻质高强结构材料国家级重点实验室钨是所有金属元素中熔点最高、蒸汽压最低的元素，同时模量高、抗辐射、耐腐蚀，非常适用于高温、高压、高辐照等极端服役环境。
粉末冶金材料粉末的比表面及其测定
第章粉末的比表面及其测定比表面属于粉末体的一种综合性质是由单颗粒性质和粉末体性质共同决定的。
粉末比表面定义为quot质量的粉末所具有的总表面积用quot 或ampquot表示致密固体的比表面用amp’为单位称容积比表面。
粉末比表面是粉末的平均粒度、颗粒形状和颗粒密度的函数。
测定粉末比表面通常采用吸附法和透过法。
尺寸效应法是根据粉末粒度组成和形状因子计算表面积的一种方法。
如以为表面形状因子、为体积形状因子为颗粒有效密度则计算的比表面等于—quot—第篇粉末冶金材料及其制品生产新技术新工艺及质量检验绪论计quotamp’-式中-———体面积平均径。
因此按上式由均匀球形颗粒比表面计算的统计粒径就是体面积平均径。
但如果用透过法或氮气吸附法测定比表面再按上式计算平均粒径-则由于透过法比表面包括颗粒的全部外比表面而氮气吸附法测得的更接近全比表面即包括内比表面所以两者均比计大。
或者说透过法平均粒径和吸附法平均粒径比计算平均粒径要小特别是吸附法平均粒径更小。
由吸附法或透过法比表面计算平均粒径并不反映颗粒的实际大小。
因为计算中假定颗粒为均匀球形有相同的平均直径。
由上式和ampquot.可以直接得到下面两个计算式透过比表面平均径透quot.’透吸附比表面平均径吸quot.’吸第一节气体吸附法利用气体在固体表面的物理吸附测定物质比表面的原理是测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积再由气体分子的横截面积计算/物质的总表面积即得克比表面。
气体被吸附是由于固体表面存在有剩余力场根据这种力的大小和性质不同分为物理吸附和化学吸附。
前者是范德华力的作用气体以分子状态被吸附后者是化学键力起作用相当于化学反应气体以原子状态被吸附。
物理吸附常在低温下发生而且吸附量受气体压力的影响较显著。
建立在多分子层吸附理论上的012法是低温氮气吸附法属于物理吸附。
这种方法已广泛用于比表面测定。
描述吸附量与气体压力关系的有所谓“等温吸附线”图343。
粉末冶金国家重点实验室简介
粉末冶金国家重点实验室简介粉末冶金国家重点实验室于1989年经国家计委批准依托于中南大学进行建设，1995年通过国家验收并正式对外开放运行。
现任实验室主任为周科朝教授，学术委员会主任为李元元院士。
拥有“材料科学与工程”一级学科国家重点学科，“材料科学与工程”一级学科博士点和硕士点，建有材料科学与工程博士后科研流动站。
实验室立足于服务国家重大国防和经济建设对新材料的重大需求，开展粉末冶金特种材料、轻质难熔金属材料、粉末冶金新能源材料、高性能碳纤维复合材料等基础科学和创新技术研究，为我国重点战略武器提供了上百种特种粉末冶金材料。
研制的苏－27、苏－30飞机用粉末冶金刹车片打破了国外垄断；研制的高性能碳碳制动材料使我国成为第四个能够制造该类新型材料的国家，于2004年获得了连续6年空缺的国家技术发明一等奖，并成功应用于我国新一代军机和波音、空客等大型民用飞机，与美国Honeywell公司合作成为我国大型C919商用飞机机轮刹车系统的唯一供应商；研制的多功能摩擦材料副确保了天宫系列空间实验室与神州系列飞船的成功对接；研制的粉末冶金铜碳密封环成功应用于我国新一代液氧煤油发动机，保障了长征5号、6号和7号大型运载火箭的成功发射；解决了我国难冶白钨资源的高效清洁利用问题，使我国钨资源的使用寿命由5年延长至25年，并研制了新型结构硬质合金可转位刀片和钻齿等粉末冶金新产品，获得了2011年度国家科技进步一等奖。
实验室积极推动产学研一体协调发展，通过粉末冶金国家工程研究中心为“孵化器”进行高新技术的产业转化，先后发起组建多家学科性公司，包括上市公司——湖南博云新材料股份有限公司，以及与美国Honeywell公司组建的合资公司——霍尼韦尔博云航空系统(湖南)有限公司，与深圳万泽集团成立联合研究院，共同投资6000多万，为我国新一代航空发动机研制高温合金“两片一盘”。
实验室先后承担了国家863计划、973计划、国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家科技重大专项、国家自然科学基金和国防军工等国家级科研项目500余项，获国家级和省部级科技奖励60余项，其中国家技术发明(科技进步)一等奖3项，拥有发明专利300多项，是我国粉末冶金高层次科研、人才培养与合作交流的综合基地。
粉末冶金流程制备实验报告
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摘要:本实验以铁粉和铜粉为原料，采用粉末冶金工艺制备铁-铜合金样品。
粉末冶金陶瓷实验报告
粉末冶金陶瓷实验报告实验目的：本实验旨在通过粉末冶金的方法制备陶瓷材料，并对其性能进行测试和分析，以评估其在实际应用中的潜力。
实验原理：粉末冶金是一种制备块体材料的常见方法，该方法利用粉末颗粒之间的结合来形成固体。
在本实验中，我们使用了粉末冶金技术来制备陶瓷材料。
具体步骤如下：1. 准备所需陶瓷材料的粉末。
2. 将粉末填充到模具中，并施加压力以使粉末颗粒结合。
3. 将模具中的粉末样品进行烧结，以形成坚固的陶瓷材料。
实验步骤：1. 首先，准备所需的陶瓷粉末，并确保其具有所需的化学成分和颗粒尺寸分布。
2. 将粉末填充到模具中，可以使用手动或自动的方式，确保填充均匀。
3. 施加适当的压力来使粉末颗粒结合，可以使用压力机或其他适用的设备。
4. 可选步骤：如果需要更高的致密度，可以进行再压制步骤，并施加更高的压力。
5. 将填充好的模具置于炉中进行烧结。
烧结温度和时间根据具体材料来确定。
6. 完成烧结后，取出样品，进行冷却。
7. 对制备的陶瓷材料进行必要的性能测试和分析，例如密度、硬度、抗弯强度等。
实验结果：根据对制备的陶瓷材料进行的性能测试和分析，可以确定其物理和力学性能。
例如，根据密度测试，我们可以计算出材料的相对致密度。
使用硬度测试仪可以测量材料的硬度。
通过弯曲试验，可以测量材料的抗弯强度。
通过这些测试，可以评估材料的质量，并将其与其他陶瓷材料进行比较。
讨论与结论：通过粉末冶金的方法制备的陶瓷材料具有独特的特性和潜力。
根据实验结果，我们可以评估材料的性能，并与其他材料进行比较。
此外，当我们控制原料的选择、粒度分布、压力施加和烧结参数时，可以改变材料的性能。
通过进一步的实验研究，我们可以进一步优化制备步骤和工艺参数，以获得理想的陶瓷材料。
参考文献：[1] Ristic M. H., et al. (2013) Powder Metallurgy of Ceramics.[2] German R.M. (1998) Powder Metallurgy and Particulate Materials Processing.附录：实验数据表格附：图表附：实验记录。
粉末冶金实验
吸附气体选择通常选用氮为吸附气体， 当测量的比表面很小时， 常选用氩或氪作为吸附 气体。 针对本仪器， BET 方程变形为: St=(1-p/p0)*A/Ac*Vc*4.03 P/Po ： 被吸附气体的相对压力 (在本实验中，表示氮气的相对压力，为 0.3 ） A ： 脱附峰面积 AC ： 标准峰面积 VC ： 标定体积 St ： 总表面积 三、测量方法：流动法 把 30% 氮气 (被吸附物)和 70% 氦气 (载体) 的混合气体不断在样品上进行流动。 当样品冷却到液氮温度时，氮气被吸附，而氦气不被吸附。 吸附过程持续，直到氮气吸附量达到 30%浓度。这时，吸附量接近于单层表面覆盖的体 积。 四、仪器设备 美国 QUANTACHROME 公司生产的 QS-18 型气体吸附表面性质分析仪，气体吸附分析仪 由表面积测定部分和脱气预处理部分构成。 五、实验步骤 1.对样品进行脱气预处理 2.测量 3.记录脱附峰值，标定 4．得出的量结果 六、数据处理 根据 St=(1-p/p0)*A/Ac*Vc*4.03 本实验得出 A=1248，Ac=106， Vc=0.17 p/p0 代入上式得 St=（1-0.3）*1248/106*0.17*4.03=5.64626 m2 m= (12.5460-1/2(12.4730+12.4723))g=0.0734 g S=St/m= 5.64626m2/0.0734g=76.9245 m2/g 八、实验结论 经实验测定计算，样品比表面积为 76.9245 m2/g
简易 BET 装置示意图 l—u 形管压力计；2～5 一两通阀 6 样品管；7 一液氮浴 测量前应对样品进行真空脱气处理，当真空度达到要求时，充入已知体积的氮气，然后 把液氮浴套在样品管上，当吸附达到平衡时，进行吸附测量，最后移开液氮浴，测量完 毕。 计算公式吸附气体体系中的粉末样品，在低温下，物质表面将发生物理吸附，其各量之 间的关系服从 BET 方程，如下式： p/p0V(1-p/p0)=(C-1)/VmC*p/p0+1/VmC 式中声为吸附平衡时吸附气体的压力， Pa； p0。 为吸附温度下吸附气体的饱和蒸气压， Pa；Vm 为单分层吸附气体量；C 为与吸附热和冷凝热有关的常数。在相对压力 p/p0 为 O．05～O．35 范围内，BET 方程为线性关系。通过一系列相对压力和吸附气体量 的测定，由(p/p0/[V(1 一 p/p0)]对 p/p0。作图，便可得到一条直线，再由直线的斜率和 截距求出样品的单层吸附量，再由下式计算出粉末的比表面积。 S=Vmó N/V0*m 式中 S 为粉末质量比表面积，m /g；ó 为吸附气体分子横断面积，0.16nm2；N 阿佛加 德罗常数 6．022×1023；V0 为标准状态下 1mol 吸附气体的体积，22．414cm3；m 为 试验样品的质量，g。
铝锰合金方
铝锰合金方铝锰合金是由铝和锰两种金属构成的一种合金材料，具有优异的性能和应用价值。
铝锰合金方作为特定的研究领域中的一个实验方案，旨在探究铝锰合金的制备方法、力学性能、热处理及显微组织等基本特性。
本文将分别从以下几个方面进行介绍。
铝锰合金的制备方法主要有两种：熔铸法和粉末冶金法。
（一）熔铸法熔铸法是通过高温下将铝和锰的块材熔化后，造成两种金属均匀混合，再快速冷却得到铝锰合金。
这种方法技术简单，但生产成本高，不够经济。
（二）粉末冶金法粉末冶金法是将铝锰两种金属制成粉末后混合，压制成形，再进行热处理得到铝锰合金。
这种方法能够保证铝锰元素的均匀分布，且适用范围广，生产成本也相对较低。
二、铝锰合金力学性能铝锰合金的力学性能主要包括抗拉强度、屈服强度、延伸率等。
经相关实验表明，加入适量的锰元素后，铝锰合金的力学性能均能得到显著提高。
例如，在含锰量为1.5%时，屈服强度和抗拉强度分别可提高4倍和3倍以上，延伸率也得到一定的提高。
三、铝锰合金热处理热处理是能够改变铝锰合金显微组织和力学性能的一种方法，主要包括退火、时效等。
退火能够使合金材料的组织再结晶，消除应力，提高材料的塑性变形能力；时效能够增加合金材料的强度，提高其抗氧化能力。
四、铝锰合金显微组织铝锰合金的显微组织主要包括晶粒、相、相间结构等。
经相关实验表明，铝锰合金的显微组织受制于制备方法、加热温度和保温时间等因素，不同的制备方法和处理工艺会直接影响到显微组织和力学性能。
综上所述，铝锰合金具有广泛的应用前景和发展潜力，其制备方法、力学性能、热处理和显微组织等特性是掌握铝锰合金相关知识的重要组成部分。
期望本文的介绍对相关研究者和读者有所帮助。
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简易 BET 装置示意图 l—u 形管压力计；2～5 一两通阀 6 样品管；7 一液氮浴 测量前应对样品进行真空脱气处理，当真空度达到要求时，充入已知体积的氮气，然后 把液氮浴套在样品管上，当吸附达到平衡时，进行吸附测量，最后移开液氮浴，测量完 毕。 计算公式吸附气体体系中的粉末样品，在低温下，物质表面将发生物理吸附，其各量之 间的关系服从 BET 方程，如下式： p/p0V(1-p/p0)=(C-1)/VmC*p/p0+1/VmC 式中声为吸附平衡时吸附气体的压力， Pa； p0。 为吸附温度下吸附气体的饱和蒸气压， Pa；Vm 为单分层吸附气体量；C 为与吸附热和冷凝热有关的常数。在相对压力 p/p0 为 O．05～O．35 范围内，BET 方程为线性关系。通过一系列相对压力和吸附气体量 的测定，由(p/p0/[V(1 一 p/p0)]对 p/p0。作图，便可得到一条直线，再由直线的斜率和 截距求出样品的单层吸附量，再由下式计算出粉末的比表面积。 S=Vmó N/V0*m 式中 S 为粉末质量比表面积，m /g；ó 为吸附气体分子横断面积，0.16nm2；N 阿佛加 德罗常数 6．022×1023；V0 为标准状态下 1mol 吸附气体的体积，22．414cm3；m 为 试验样品的质量，g。
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吸附气体选择通常选用氮为吸附气体， 当测量的比表面很小时， 常选用氩或氪作为吸附 气体。 针对本仪器， BET 方程变形为: St=(1-p/p0)*A/Ac*Vc*4.03 P/Po ： 被吸附气体的相对压力 (在本实验中，表示氮气的相对压力，为 0.3 ） A ： 脱附峰面积 AC ： 标准峰面积 VC ： 标定体积 St ： 总表面积 三、测量方法：流动法 把 30% 氮气 (被吸附物)和 70% 氦气 (载体) 的混合气体不断在样品上进行流动。 当样品冷却到液氮温度时，氮气被吸附，而氦气不被吸附。 吸附过程持续，直到氮气吸附量达到 30%浓度。这时，吸附量接近于单层表面覆盖的体 积。 四、仪器设备 美国 QUANTACHROME 公司生产的 QS-18 型气体吸附表面性质分析仪，气体吸附分析仪 由表面积测定部分和脱气预处理部分构成。 五、实验步骤 1.对样品进行脱气预处理 2.测量 3.记录脱附峰值，标定 4．得出的量结果 六、数据处理 根据 St=(1-p/p0)*A/Ac*Vc*4.03 本实验得出 A=1248，Ac=106， Vc=0.17 p/p0 代入上式得 St=（1-0.3）*1248/106*0.17*4.03=5.64626 m2 m= (12.5460-1/2(12.4730+12.4723))g=0.0734 g S=St/m= 5.64626m2/0.0734g=76.9245 m2/g 八、实验结论 经实验测定计算，样品比表面积为 76.9245 m2/g
实验 3 粉末冶金实验 一、概述 制造粉末冶金零件的最普通方法是在自动压机中将粉末压制成形， 在压制过程中， 粉末 从装置粉靴流入模具型腔中将型腔充满。 在每一个压制循环中粉末充满型腔中， 粉末充 满型腔的一致性和重复性是非常重要的。为此，粉末必须能自由地流入型腔中，同时充 满型腔的粉末必须重量相同。这就要求必须同时控制粉末的松装密度和流动性。 松装密度是粉末试样在不受除重力以外的任何外力的情况下， 自然地填充到规定的容器 时，单位容积粉末的质量，单位是 g/cm3。 流动性是指 50g 粉末从标准流速计漏斗流出所需的时间，单位是 s/50g。 二、实验原料和装置 铜粉、Hall 流速计（量杯容量为 25cm3） 、天平、秒表、直尺。 三、实验步骤 1. 取足量的铜粉，倒入 Hall 流速计的漏斗中，使粉末从漏斗中自然流出填充量杯，当 量杯充满并溢出后，将漏斗移开，用直尺贴着量杯顶部，将多出的粉末刮平。 2. 用天平称出量杯中粉末的重量。 3. 称取 50g 铜粉。 4. 用一根手指将漏斗底部的孔堵住，然后将 50g，铜粉倒入漏斗中。 5. 将手指移开，同时启动秒表计时，当所有粉末从漏斗中流出时停止计时，记录时间 为 t。 四、结果的计算与表达 1. 松装密度：ρ=m/25 g/cm3 2. 流动性：t s/50g 五、注意事项 测量松装密度的过程中不能震动，晃动实验台，流速计和量杯，也不能用直尺压铜粉。 六、实验数据记录与处理
F浮 m 空g m 水 g m 空 - m 水 = = ， 水g 水g 水
密度即可计算出来。 三、实验原料和装置 不同形状试样分析天平（精确到 0.001g） ，去离子水，凡士林，铜丝，烧杯。 四、实验步骤 1. 用分析天平称出试样在空气中的质量 m； 2. 浸渍处理：用凡士林均匀覆盖试样表面； 3. 用分析天平称出浸渍后的试样在空气中重量 m1； 4. 用分析天平称出浸渍后的试样在水中的重量 m2。 五、结果的计算 测得 m=4.8635g , m1=4.9521g ,m2=4.5949g ρ=
固体的连接方面也已有了广泛的应用。 7、SPS 系统包括一个垂直单向加压装置和加压自动显示系统以及一个电脑自动控制系统， 一个特制的带水冷却的通电装置和支流脉冲烧结电源，一个水冷真空室和真空/空气/氢气/ 氧气/氢气气氛控制系统，各种内锁安全装置和所有这些装置的中央控制操作面板。 SPS 利用直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结方法，通过调节脉冲直流电的大小控制升 温速率和烧结温度。整个烧结过程可在真空环境下进行，也可在保护气氛中进行。烧结过程 中，脉冲电流直接通过上下压头和烧结粉体或石墨模具，因此加热系统的热容很小，升温和 传热速度快，从而使快速升温烧结成为可能。 8、烧结气氛 烧结气氛对样品烧结的影响很大 （真空烧结情况除外） ， 合适的气氛将有助于样品的致密化。 在氧气气氛下， 由于氧被烧结物表面吸附或发生化学反应作用， 使晶体表面形成正离子缺位 型的非化学计量化合物，正离子空位增加，同时使闭口气孔中的氧可直接进入晶格，并和氧 离子空位一样沿表面进行扩散，扩散和烧结加速。当烧结由正离子扩散控制时，氧化气氛或 氧分压较高并有利于正离子空位形成，促进烧结；由负离子扩散控制时，还原气氛或较低的 氧分压将导致氧离子空位产生并促进烧结。 在氢气气氛下烧结样品时，由于氢原子半径很小，易于扩散并有利于闭口气孔的消除，氧化 铝等类型的材料于氢气气氛下烧结可得到接近于理论密度的烧结体样品。 9、烧结温度是等离子快速烧结过程中一个关键的参数之一。烧结温度的确定要考虑烧结体 样品在高温下的相转变、晶粒的生长速率、样品的质量要求以及样品的密度要求。一般情况 下，随着烧结温度的升高，试样致密度整体呈上升趋势，这说明烧结温度对样品致密度程度 有明显的影响，烧结温度越高，烧结过程中物质传输速度越快，样品越容易密实。
1 1 （t1+t2+t3）= (49.19+49.75+49.56) s/50g=49.50 s/50g 3 3
七、实验结论 经过试验计算分析得到此次实验粉末松装密度为 2.045 g/cm3 流动性为 49.50 s/50g。
实验 2 放电等离子烧结（SPS） 1、纳米材料 传统的热压烧结、热等静压等方法制备纳米材料，很难保证晶粒的纳米尺寸，又达到完全致 密的要求。利用 SPS 技术，因其加热迅速，合成时间短，可明显抑制晶粒粗化。利用 SPS 技术，因其加热迅速，合成时间短，可明显抑制晶粒粗化。 利用 SPS 能快速降温这一特点来控制烧结过程的反应历程，避免一些不必要的反应发生， 这就可能使粉末中的缺陷和亚结构在烧结后的块体材料中得以保留，在更广泛的意义上说， 这一点有利于合成介稳材料，特别有利于制备纳米材料。 2、梯度功能材料(FGM)是一种组成在某个方向上梯度分布的复合材料，各层的烧结温度不 同， 利用传统的烧结方法难以一次烧成。 利用 CVD ,PVD 等方法制备梯度材料， 成本很高， 也很难实现工业化生产。通过 SPS 技术可以很好地克服这一难点。 SPS 可以制造陶瓷/金属、 聚合物/金属以及其他耐热梯度、 耐磨梯度、 硬度梯度、 导电梯度、 孔隙度梯度等材料。梯度层可到 10 多层，实现烧结温度的梯度分布。 3、电磁材料 采用 SPS 技术还可以制作 SiGe，PbTe，BiTe，FeSi，CoSb3 等体系的热电转化元件，以 及广泛用于电子领域的各种功能材料， 如超导材料、 磁性材料、 靶材、 介电材料、 贮氢材料、 形状记忆材料、固体电池材料、光学材料等。 4、金属间化合物 金属间化合物具有常温脆性和高熔点，因此制备或生产需要特殊的过程。利用熔化法（电火 花熔化、电阻熔化、感应熔化等）制备金属间化合物往往需要高能量、真空系统，而且需要 进行对其二次加工（锻造） 。利用 SPS 技术准备金属间化合物，因为有效利用了颗粒间的自 发热作用和表面活化作用，可实现低温、快速烧结，所以 SPS 技术为制备金属间化合物的 一种有效方法。目前，利用 SPS 技术已制备的金属间化合物体系有：Ti-Al 体系、Mo-Si 体 系、Ni-Al 体系等。 5、高致密度、细晶粒陶瓷和金属陶瓷 在 SPS 过程中，样品中每一个粉末颗粒及其相互间的空隙本身都可能是发热源。用通常方 法烧结时所必需的传热过程在 SPS 过程中可以忽略不计。因此烧结时间可以大为缩短，烧 结温度也明显降低。对于制备高密度、细晶粒陶瓷，SPS 是一种很有优势的烧结手段。 6、其他材料 此外，SPS 技术也已成功地应用于金属基复合材料（MMC） 、非晶合金、生物材料、超导 材料和多孔材料等各种新材料的制备，并获得了较为优异的性能。同时，SPS 在硬质合金 的烧结，多层金属粉末的同步连接（bonding） 、陶瓷粉末和金属粉末的连接以及固体-粉末-
表 1 粉末松装密度和流动性测定实验数据记录
第一次 粉末重量 m/g 时间 t/s 50.97 49.19
第二次 50.97 49.75
第三次 51.40 49.56
= (ρ1+ρ2+ρ3)=
1ห้องสมุดไป่ตู้3
1 (50.97+50.97+51.40) g/cm3=2.045 g/cm3 3 25
流动性t =
实验 4 粉末冶金材料密度测定
一、概述 在粉末冶金的科研生产中几乎都要了解和测定材料的密度， 因为密度的测定是控制烧结 制品质量的主要手段之一。 烧结金属材料由于空隙的存在， 其密度小于材料致密状态下 的密度，常称为“表观密度” 。当除去材料的开孔空隙而求得材料的密度时，即为“有 效密度” 。 对于产品形状比较规则的，可用直接测量法，即称量该物体的质量，用一定精度的卡尺 量出产品尺寸，再计算出体积，所得之商即为该烧结制品的表观密度。当产品孔隙度较 大， 尤其在产品形状较复杂， 体积不易计算的情况下， 可采用在液体介质中测量的方法， 此法的实质在于液体介质的浮力求得样品的准确体积。 所用的液体介质采用蒸馏水或无 水乙醇。 二、实验原理 利用阿基米德原理，试样经清洗除油干燥后，在空气中称重。然后进行防水处理，再次 于空气和水中称量。 可由试样在水中称重时质量的减少求出其体积， 因试样浸没在水中， F 浮=m 空 g-m 水 g，而 F 浮=V 排ρ水 g， 所以有 V 物=V 排=