第一章粉末的制取雾化法

▪ 喷嘴设计要满足以下要求：
(1)能使雾化介质获得尽可能大的出口速度和所需要的能 量；
(2)能保证雾化介质与金属液流之间形成最合理的喷射角 度；
(3)使金属液流产生最大的紊流； (4)工作稳定性要好，喷嘴不被堵塞； (5)加工制造简单。
自由降落式喷嘴
金属液流可以在从容器(漏包)出口到 与雾化介质相遇点之间无约束地自由 降落。
所有水雾化的喷嘴和 多数气体雾化的喷嘴 都采用这形式
侧限式喷嘴
金属液流在喷嘴出口处被 破碎。
这种形式的喷嘴传递气体 到金属的能量最大，主要 用于铝、锌等低熔点金属 的雾化。
其他喷嘴
▪ 为了增大金属液流与雾化介质相交的接触面，使 金属液流不易偏离雾化焦点，还可以采用下述喷 嘴。
（3）气雾化
熔化温度：14000C 雾化介质：氩气 气体压力：2MPa 气体速度：100m/s 过 热 度：1500C 夹 角：400 金属液流速：20kg/min 平均粒度：120µm
（3）气雾化
（3）气雾化
来自百度文库4）水雾化
水雾化和气雾化的比较
（5）影响二流雾化性能的因素
▪ 雾化粉末三个重要的性能
– 粒度：平均粒度、粒度分布及可用粉末收得率等 – 颗粒形状及与其有关的性能如松装密度、流动性、压
坯密度及比表面等 – 粒度的纯度和结构
（5）影响二流雾化性能的因素
(1)雾化介质 A. 雾化介质类别:
(3)互成角度的喷射
气流或水流与金属液流成以下几种形式
（2）金属液流雾化过程
(I)负压紊流区： 在高速气流的抽吸作用下，在喷 嘴中心孔下方形成负压紊流层。 金属液流受到气流波的振动，以 不稳定的波浪状向下流，分散成 许多细纤维束，并在表面张力作 用下有自动收缩成液滴的趋势。
形成纤维束的地方离出口的距 离取决于金属液流的速度，金 属液流速度愈大，离形成纤维 束的距离就愈短
不同的雾化介质对 雾化份末的化学成 分、颗粒形状，结 构有很大影响
▪ 气体 －空气 和惰性气体（N2，Ar) ▪ 液体－主要用水。
B. 雾化介质的选择
空气作雾化化介质： 在雾化过程中氧化不严 重或雾化后经还原处理可脱氧的金属如铜、铁 和碳钢等
采用惰性气体雾化： 可以减少金属液的 氧化和气体溶解，防止粉末氧化。用于喷 制铬粉以及含元素的合金钢粉或镍基、钴 基超合金 Cr 、Mn、Si、V、Ti、Zr等活 性金属。
(1) 金属液流的粘度随温度升高而减小； (2) 金属液强烈氧化时，粘度大大提高，金属中含有 硅、铝等元素也使粘度增加； (3) 合金熔体的粘度随成分变化的规律是：
▪ (II)原始液滴形成区：在气流的 冲刷下，从金属液流柱或纤维束 的表面不断分裂出许多液滴。
▪ (III)有效雾化区：由于气流能 量集中于焦点，对原始液滴产生 强烈击碎作用，使其分散成细的 液滴颗粒。
▪ (IV)冷却凝固区：形成的液滴 颗粒分散开，并最终凝结成粉末 颗粒。
喷嘴的结构
喷嘴是雾化浆置中使雾化介质获 得高能量、高速度的部件，也是 对雾化效率和雾化过程稳定性起 重要作用的关键性部件。
粗略而形象地说,上述这些数据相当于太阳的表 面温度,大洋底部的压力,闪电的时间。当气泡破 裂时,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个 金属原子,而后聚集为原子簇。这些原子簇含有几 百个原子,直径约为2～3nm。
1、二流雾化法
机械粉碎法是借机械 作用破坏固体金属原 子间的结合。
▪ （1）雾化过程原理
▪ 二流雾化法是用高速气流或高压水击碎金属液流。
▪ 雾化法只要克服液体金属原于间的键合力就能使之 分散成粉末，雾化过程所需消耗的外力比机械粉碎 法小得多。
▪ 从能量消耗这一点来说，雾化法是一种简便、经济 的粉末生产方法。
二流雾化图
1.平行喷 射 气流与
金属液流 平行
2.垂直喷射 气流或水流 与金属液流互成垂直方向， 这样喷制的粉末较粗，常 用来制锌、铝粉
水雾化法不适于活性很大的金属与合金、超合金等
D. 气体或水的压力的影响
实践证明：气体压力或水的压力愈高， 所得粉末愈细。
（5）影响二流雾化性能的因素
（2）金属液流
A. 金属液的表面张力和粘度的影响 金属液的表面张力大、粘度高，粉末成球形的多， 粉末粒度也较粗 金属液的表面张力小、粘度低时，液滴易变形，所得 粉末多呈不规则形状，粒度也减小。
三、雾化法
▪ 雾化法是将液体金属或合金直接破碎，形成直径小于150μm 的细小液滴，冷凝而成为粉末。该法可以用来制取多种金属粉 末和各种合金粉末。实际上，任何能形成液体的材料都可以通 过雾化来制取粉末 。
▪ 应用较广泛，生产规模仅次于还原法。 ▪ 可以制取铅、锡、铝、锌、铜、镍、铁等金属粉末，也可制取
C.用水作雾化介质的特点
(1)水的热容比气体大得多，对金属液滴的冷却能力强。 因此，用水作雾化介质时，粉末多为不规则形状，同时， 随着雾化压力的提高，不规则形状的颗粒愈多，颗粒的 晶粒结构愈细。
气体雾化易得球形粉，水雾化得无规则粉 (2)内于金属液滴冷却速度快，粉末表面氧化大大减少。 所以，铁、低碳钢、合金钢多用水雾化。
– 真空雾化：在真空中的雾化。 – 超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。
声化学制取纳米金属粉
美国科学家采用声化学 技术制取纳米金属粉。 声化学是研究液体中高 强度超声波产生的小气 泡的形成、长大与内向 破裂等现象的学科。
这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在 冷液中形成“热点”,瞬时温度约为5000℃,压力约 1GPa,持续时间约10亿分之一秒。
从热力学观点看，液滴成球形是最容易的， 因为表面目由能最小，故表面张力愈小， 颗粒形状偏离球形的可能性愈大
温度和化学成分对液体金属的表面张力的影响
(1)所有金属，除铜、镉外，其表面张力都随温度 升高（降低）而降低（增大）。 (2)氧、氮、碳、硫、磷等活性元素大大降低液金 属的表面张力。
温度和化学成分对液体金属粘度的影响
黄铜、青铜、合金钢、高速钢、不锈钢等预合金粉末。制造过 滤器用青铜、不锈钢、镍的球形粉末目前几乎全是采用雾化法 生产。
三、雾化法
▪ 雾化法包括
– 二流雾化法，分气体雾化和水雾化。借助高压水流或 高压气流的冲击来破碎液流。
– 离心雾化：分旋转圆盘雾化、旋转 电极雾化、旋转坩 埚雾化等。借助于离心力破碎液流。