第四章 粉末工艺
材料工程复习思考题部分答案
材料工程基础》复习思考题第一章绪论1、材料科学与材料工程研究的对象有何异同？答：材料科学侧重于发现和揭示组成与结构，性能，使用效能，合成与加工等四要素之间的关系，提出新概念，新理论。
而材料工程指研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题，侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想并使之投入使用，两者相辅相成。
6、进行材料设计时应考虑哪些因素？答：. 材料设计的最终目标是根据最终需求，设计出合理成分，制订最佳生产流程，而后生产出符合要求的材料。
材料设计十分复杂，如模型的建立往往是基于平衡态，而实际材料多处于非平衡态，如凝固过程的偏析和相变等。
材料的力学性质往往对结构十分敏感，因此，结构的任何细小变化，性能都会发生明显变化。
相图也是材料设计不可或缺的组成部分。
7、在材料选择和应用时，应考虑哪些因素？答：一，材料的规格要符合使用的需求：选择材料最基本的考虑，就在满足产品的特性及要求，例如：抗拉强度、切削性、耐蚀性等；二，材料的价格要合理；三，材料的品质要一致。
8、简述金属、陶瓷和高分子材料的主要加工方法。
答：金属：铸造（砂型铸造、特种铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、连续铸造、消失模铸造）、塑性加工（锻造、板料冲压、轧制和挤压、拉拨）、热处理、焊接（熔化焊、压力焊、钎焊）；橡胶：塑炼、混炼、压延、压出、硫化五部分；高分子：挤制成型、干压成型、热压铸成型、注浆成型、轧膜成型、等静压成型、热压成型和流延成型。
10、如何区分传统材料与先进材料？答：传统材料指已经成熟且已经在工业批量生产的材料，如水泥、钢铁，这些材料量大、产值高、涉及面广，是很多支柱产业的基础。
先进材料是正在发展，具有优异性能和应用前景的一类材料。
二者没有明显界限，传统材料采用新技术，提高技术含量、性能，大幅增加附加值成为先进材料；先进材料长期生产应用后成为传统材料，传统材料是发展先进材料和高技术基础，先进材料推到传统材料进一步发展。
粉末冶金原理第四章
4.2 粉末退火
粉末的退火可使氧化物还原，降低碳 和其他杂质的含量，提高粉末的纯度， 同时还能消除粉末的加工硬化，稳定 粉末的晶体结构。用还原法、机械研 磨法、电解法、喷雾法以及羰基离解 法所制得的粉末通常都要退火处理。
4.3 团聚粉末的分散
图4-1 颗粒接触处液体 作用产生粉末团聚
4.3 团聚粉末的分散
4.5 粉末的充填
4.5.1 粉末充填的意义 4.5.2 改善粉末充填的技术
4.5.1 粉末充填的意义
图4-7 粉末的松装密度与颗粒形状的关系
4.5.2 改善粉末充填的技术
图4-9 由大小颗粒组成的混合粉的 成分与粉末松装密度的关系
4.5.2 改善粉末充填的技术
图4-10 颗粒粒径比对混合 粉末松装密度的影响
4.4.5 干燥粉末的混合
图4-4 粉末在螺旋混合器中的对流混合和叶片式混合机的剪切混合
4.4.5 干燥粉末的混合
图4-5 混料器 a)圆筒 b)立方体 c)双锥筒 d)V形筒
4.4.5 干燥粉末的混合
图4-6 工艺条件对混合速度的影响
4.4.6 混合粉末的密度计算
混合后的粉末应当注意以下几点：避 免振动已经干燥的粉末；装料时不要 让干燥的粉末自由落下，因为这样易 发生粒度偏析；对粉末-黏结剂的混合 物来说，尽量减少粉末间不必要的剪 切。
图4-2 粉末颗粒研磨后发生明显的解团聚，形状发生改变
4.4 粉末混合
4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.4.6
粉末混合的意义 粉末形状、粒度和纯度调整 混合物的均匀性 粉末混合方法 干燥粉末的混合 混合粉末的密度计算
4.4.1 粉末混合的意义
如前所述，混合和合批是压制前两个 常用的预处理步骤，它们的共同点是 将粉末混合均匀。不同点是合批是指 将成分相同而粒度不同的粉末或不同 生产批次的粉末进行均匀混合，保持 产品的同一性；而混合是指将成分不 同的粉末均匀混合，得到新成分的材 料。通过合批可以达到控制粉末粒度 分布的目的。
第四章-粉体流变学
第四章-粉体流变学
粉体流变学研究的是粉体在外加应力下的变形和流动行为。
粉体是指细小颗粒的固体物质，如粉末、颗粒、颗粒团等。
粉体流变学的研究对于很多工业过程和产品设计都非常重要，特别是涉及到粉末冶金、陶瓷制备、药物制剂、食品加工等领域。
粉体流变学主要研究粉体在外加应力作用下的变形和流动行为。
其流变性质可以通过测量粉体的应力-应变关系来描述。
粉体的流变行为受到多种因素的影响，包括粉体的颗粒形状、颗粒尺寸分布、颗粒间的相互作用力等。
常见的粉体流变行为包括流动、变形和黏弹性行为。
在粉体流变学研究中，常用的实验方法包括剪切流变实验、振动流变实验和压缩流变实验等。
剪切流变实验是通过施加剪切应力来研究粉体的流动行为；振动流变实验是通过施加振动应力来研究粉体
1
的流动特性；压缩流变实验则是通过施加压缩应力来研究粉体的变
形行为。
粉体流变学的研究有助于了解粉体的流动性能和变形特性，为工程
应用提供理论基础和实验依据。
同时，粉体流变学的研究结果也对
设备设计和工艺控制具有指导意义，能够提高工艺效率和产品质量。
2。
第四章 散剂、颗粒剂、胶囊剂、丸剂
四、倍散
倍散是在小剂量的毒剧药物中添加一定量的填 充剂制成的稀释散，以利于下一步的配制。稀释倍 数由剂量而定：剂量0.1‾0.01g可配成10倍散（即9 份稀释剂与1份药物均匀混合的散剂）， 0.01‾0.001g配成100倍散， 0.001g以下应配成 1000倍散。配制1000倍散时应采用逐级稀释法。 常用的稀释剂有乳糖、糖粉、淀粉、糊精、沉降碳 酸钙、磷酸钙、白陶土等惰性物质，一般采用配研 法制备，称量时应正确选用天平。为便于观察混合 是否均匀，可加入少量色素。
二、盐酸四环素胶囊
处方： 10万粒 盐酸四环素 25.6kg 硬脂酸镁 0.4kg 制法： ① 配料：按处方量称取主药与硬脂酸镁，先将少量盐酸四环素与硬 脂酸镁以1：1拌和，过20～30目筛一次，用等量递升法将其余原 料拌和均匀，过20～30目筛二次，再混匀，贮于双层塑料袋的 铁桶内密闭备用。 ② 填充：填充室内应有空调装置，一般为RH60％～70％，温度 20～24℃，自动填充机填充开始后1min内即称取胶囊的装量， 调节装量为260mg，每2h检查一次，剔除不合格品，防止空胶囊 混入成品中。 ③ 拭粉及检查：填充后胶囊外残粉用纱布拭去，剔除有破裂、皱 皮、畸形、不完整或有黑点、异物等质量缺陷的胶囊，抽样检 验。 ④ 包装：将检验合格的胶囊再拭一次，然后根据不同要求装入玻璃 容器或双层塑料袋的铁听或水泡眼铝塑包装即为成品。
制法： ① 药液配制：将烟酸与部分亚油酸乙酯混匀，经胶体磨研细后过 100目筛；另将一部分亚油酸乙酯与维生素C、肌醇、橙皮甙、 维生素B6 、维生素E混匀，经胶体磨研细后过100目筛；将上述 物料充分混匀，检验合格后备用。
② 溶胶：先将尼泊金乙酯溶于95％乙醇中，加Fe2O3至6倍量 的蒸馏水中，用球磨机研磨约24h备用。称取明胶、甘油、 蒸馏水置不锈钢夹层锅内密闭，在真空下搅拌，待混匀后， 用75℃左右热水循环加热，使锅内明胶熔化。缓缓放去锅内 真空，在连续搅拌下加入Fe2O3浆液、尼泊金乙酯醇液与回 收胶，待熔化均匀后减压浓缩至规定水分。关闭真空泵，放 出胶液用纱布袋滤过，置保温桶中，取样测定水分及粘度， 检验合格后待用。 ③ 制丸：本法采用旋转压模法生产。胶液经涂胶机箱、冷却鼓 轮制成胶带，在接触模子的一面涂上润滑油，然后输送至转 动模子，药液由楔形注入器定量注入二层胶带之间，同时模 孔凸缘使胶带包裹药液轧压成胶丸，用剥丸棒将胶丸剥落， 分离，收集胶丸，用石油醚洗去胶丸外油质后，置转动干燥 器内干燥4h，再在30℃、相对湿度40％的烘房内干燥，剔 除不合格品，抽样检验合格后，移置打光机中，喷入巧克力 香精（每10kg胶丸加香精10ml）转动10min后包装。 注：压丸及包装均应控制在20～25℃，相对湿度40％～50％ 的条件下进行。
第四章中药制粉技术.
含义： 系粉碎后的药 料粉末通过网孔性 的工具使粗粉与细 粉分离的操作。
过筛目的： ①供制备各种剂型 的需要； ②混合作用，从而 保证组成的均一性 ③避免过度粉碎， 提高粉碎效率。
（二）筛的种类与规格
1．筛的种类 （1）按筛的应用分，可将筛分为标准筛和工业筛两种
药筛:标准筛，以筛孔的平均内径表示筛号，共9种筛号。
对混合的影响 对分剂量的影响 对可压性的影响 对片剂崩解的影响
微粉理化特性对制剂疗效的影响。
点滴积累
微粉的性质包括粒度、比表 面积、密度、孔隙率、流动 性、吸湿性、润湿性等。这 些微粉的特性对制剂工艺和 制剂的疗效都会产生影响。 在制剂生产中可根据物料的 临界相对湿度来选择合适 的辅料和工艺参数。
湿量急剧增加，此时的相对湿度即为临界相对湿度。为防止药物吸湿，
应将生产及贮藏环境的相对湿度控制在药物的CRH值以下。
7．微粉的润湿性
系指液滴在固体表面的黏附现象。常用接触角（θ）评价粉体的润湿性
，接触角小，粉体润湿性好。接触角θ＜90°则易润湿，θ﹥90°则不 易润湿。
微粉学在药剂中的应用
微粉的理化特性对制剂工艺的影响。
一般用休止角、流速作为评价粉体流动性的指标。
增加微粉流动性的方法：①制成颗粒；②加入一定量的粗粉；③适当干燥； ④加入助流剂、润滑剂；⑤改善粒子的形态。
6．微粉的吸湿性 (1)含义：系指微粉置于相对湿度较大的空气中，吸附水分，出现流动性
降低或结块、变色等现象。
(2)临界相对湿度（CRH）：当相对湿度提高到某一定值时，粉体的吸
（四）过筛原则
1．过筛时需要不断地振动 2．药筛应合适 3．粉末应干燥
4．粉层厚度应适中
粉末冶金成形
粉末冶金是采用成形和烧结等工序将金属粉末，或金属与非金属粉末的混合 物，制成金属制品的工艺技术。由于粉末冶金的生产工艺与陶瓷的生产工艺在形 式上类似，此工艺方法又被称为金属陶瓷法。
粉末冶金工艺的基本工序是： （1）原料粉末的制取和准备。粉末可以是纯金属或它的合金、非金属、金属 与非金属的化合物以及其它各种化合物等； （2）将金属粉末及各种添加剂均匀混合后制成所需形状的坯块； （3）将坯块在物料主要组元熔点以下的温度进行烧结，使制品具有最终的物 理、化学和力学性能。
1．机械粉碎法 机械粉碎是靠压碎、击碎和磨削等作用，将块状金属、合 金或化合物机械地粉碎成粉末。依据物料粉碎的最终程度，可以分为粗碎和细碎 两类。以压碎为主要作用的有碾碎、辊轧以及鄂式破碎等；以击碎为主的有锤磨； 属于击碎和磨削等多方面作用的机械粉碎有球磨、棒磨等。实践表明，机械研磨 比较适用于脆性材料，塑性金属或合金制取粉末多采用涡旋研磨、冷气流粉碎等 方法。
冷却了的颗粒粉碎。气流压力愈大，制得的粉末粒度愈细。冷气流冲击方法适用 于粉碎硬质的、以及比较昂贵的材料，可迅速将 6 目或更小的颗粒原料变成微米 级的颗粒。该方法工艺简单、生产费用低、作业温度低（可防止氧化和自燃）、 能保持高纯度以及控制被粉碎材料的粒度。
2．雾化法 各种雾化高质量粉末与新的致密技术相结合，出现了许多粉末 冶金新产品，其性能往往优于相应的铸锻产品。
（1）机械研磨法 包括减小粉末粒度；合金化；固态混料；改善、转变或 改变材料的性能等。研磨后的金属粉末会有加工硬化、形状不规则、出现流动性 变坏和团块等特征。
（2）机械合金化 是一种高能球磨法。用这种方法可制造具有可控细显微 组织的复合金属粉末。它是在高速搅拌球磨的条件下，利用金属粉末混合物的重 复冷焊和断裂，进行机械合金化的。也可以在金属粉末中加入非金属粉末来实现 机械合金化。用机械合金化制造的材料，其内部的均一性与原材料粉末的粒度无 关。因此，用较粗的原材料粉末（50~100μm）可制成超细弥散体（颗粒间距小 于 1μm）。制造机械合金化弥散强化高温合金的原材料，是工业上广泛采用的 纯金属粉末，粒度约为 1~200μm。
第4章 粉末材料选择性激光烧结增材制造系统
粉（成形后常需进行再烧结和渗铜处理）、覆裹热
凝树脂的细沙、覆蜡陶瓷粉和覆蜡金属粉等，近年 来更多的采用复合粉末。 粉末粒度一般在50-125 μm
复合粉末的两种混合形式：
粘接剂粉末与金属（陶瓷）粉末按一定比例机械混合。
金属（陶瓷）粉末放到粘接剂稀释液中，制备具有粘结 剂包覆的金属或陶瓷粉末。
高温烧结后处理后，由于制件内部空隙减少会导致体积收缩 ，影响制件的尺寸精度。炉内温度梯度不均匀会造成制件各个 方向收缩不一致而发生翘曲变形。
2. 热等静压
金属和陶瓷坯体均可采用热等静压进行后处理。 热等静压后处理工艺是通过流体介质将高温和高压同时均匀 地作用于坯体表面，消除其内部气孔，提高密度和强度，并改 善其它性能。使用温度范围为0.5Tm～0.7Tm ( Tm为金属或陶
激光扫描系统
将激光能量传递到待加工粉末上 粉末材料发生熔化、粘接，完成层面加工
目前，SLS增材制造主要采用XY直线导轨和振镜扫描。激光烧结成形过程中，为保证较好的烧结表
面质量和烧结精度，一般要求扫描速度在6m/min以上。扫描参数直接影响烧结件质量。烧结件的
强度主要取决于面内强度和层与层之间的粘结强度，面内强度和层间的粘结又取决于光斑直径的大 小及光点间的距离。此外，内应力的大小也与扫描间距有关。扫描方式的不同则会影响加工强度， 内应力及变形，扫描速度对成形速度和强度也有一定影响。
粘接剂包覆的粉末比机械混合的效果要好。
4.4 SLS增材制造的优缺点
优点：
1. 材料范围广，开发前景广阔
从理论上讲，任何受热粘结的粉末都有被用作SLS增材制
造成形材料的可能。通过材料或各类粘结剂涂层的颗粒制造 出适应不同需要的任何造型，控制下可以方便迅速地制造出传统加工方法难 以实现的复杂形状的零件。
粉末冶金工艺流程
变速器零件
粉末冶金可用于生产变速器中的齿 轮、齿圈等高强度、高耐磨性的零 件，提高变速器的可靠性和寿命。
汽车底盘零件
粉末冶金可用于制造汽车底盘中的 刹车盘、离合器片、减震器等关键 部件，提高汽车的安全性和舒适性。
粉末冶金在航空航天领域的应用
发动机零件
粉末冶金可用于制造航空发动机 中的涡轮盘、叶片等高温、高强 度零件，提高发动机的可靠性和
同工艺要求。
粉末流动性
保证粉末具有良好的流 动性，以便于混合和压
制。
02 粉末成型
成型方法
01
02
03
04
压制成形
利用压力将粉末颗粒压实成所 需形状的制品。
注射成形
将粉末与粘结剂混合后，注射 入模具中，冷却固化后脱模得
到制品。
压制+烧结
先通过压制获得接近成品形状 的压坯，再进行烧结致密化得
到最终制品。
04 后处理
热处理
热处理
热处理分类
热处理是粉末冶金工艺中的重要环节，通 过加热和冷却过程，调整材料的内部结构 ，提高其物理和机械性能。
根据处理目的和材料的不同，粉末冶金热 处理可分为固溶处理、时效处理、烧结后 热处理等。
热处理设备
热处理工艺参数
热处理设备包括电炉、油炉、盐浴炉等， 根据不同的处理要求选择合适的设备。
烧结气氛
指烧结过程中所使用的气 体环境，如真空、氢气、 氮气等，对材料的性能和 表面质量有一定影响。
烧结质量控制
密度检测
通过测量材料的质量和体 积计算密度，以评估材料 的致密化程度。
硬度测试
通过硬度计测量材料的硬 度，以评估材料的力学性 能。
粉末冶金原理第四章
第四章特殊成形理论根据：帕斯卡原理关于液体传递压强的规将所需压制的物料（粉末状）装入弹性模具内（如橡胶、塑料等做成的模具），将模具口封闭，置于高压容器内，然后将高压容器入口封闭，用超高压泵打入加压介质，容器内压力可升高到100-600MPa，高压容等静压制法比一般的钢模压制法有下列优点：1）能够压制具有凹形、空心等复杂形状的压件；2）压制时，粉末体与弹性模具的相对移动很小，所1）对压坯尺寸精度的控制和压坯表面的光洁度都高压泵把介质压入耐高压的钢质密封容器1.压力分布和摩擦力对压坯密度分布粉末压制时，粉末颗粒之间、粉末与压模模壁或压模之间发生了相对运动，产生了滑动摩擦压坯的密度分布沿纵断面是均匀的；压坯的密度分布沿横断面从外往内逐渐2.压制压力与压块密度的关系粉末体在等静压力压制时，压力与压坯密度的变化关系可用黄培云的压制双对1.冷等静压力机的结构及类型冷等静压制按粉料装模及其受压形式可分干袋模•（1）湿袋模具压制•把无须外力支持也能保持一定形状的薄壁软模6装入粉末料8，用橡皮塞5塞紧密封袋口，然后套装入穿孔金属套7一起放入高压容器9中，使模袋泡浸在液体压力介质中经受高压泵注入的高压液体压制。
2012/3/13湿袋模具压制的优点和缺点能在同一压力容器内同时压制各种形状的压件，适合于小批量、多品种、大型及复干式等静压成形优点和缺点成形过程中操作人员不直接和液体介质接触，工序相对简单，生产率高，易于实现1）应有一定的强度和弹性，装粉时能保持原来的几何形粉末的工艺性能直接影响压制过程和压坯的质料袋内粉末装入的均匀程度直接影响压块的质量。
三个阶段。
卸压也不宜过快，过快会使残留在坯体中的受压缩气在高温高压密封容器中，以高压氩气为介质，对其中的粉末或待压实的烧结坯料(或零件)施粉末体在等静压高压容器内同一时间经受高温和高压的联合作用，强化了压制与烧结过程，降低了制品的烧结温度，改善了制品的晶粒结构，消除了材热等静压技术已经成为提高粉末冶金制品性能及压制大型复杂形状零件的先进技术。
粉末的工艺
粉末的工艺
粉末工艺是一种制备粉末和加工粉末材料的工艺方法。
它通常包括以下几个步骤：
1. 材料准备：选取适当的原料，并进行研磨、筛分等处理，以获得所需的细粉末。
2. 混合和配方：根据需要将不同粉末和其他添加剂进行混合和配方，以调整粉末的特性。
3. 压制：将混合好的粉末放置在模具中，通过压制使其形成所需形状，如块状、片状、棒状等。
4. 烧结：将压制好的粉末在高温下进行烧结，使其颗粒间相互结合成坚固的块体。
烧结过程中可以进一步调整粉末的密度和形状。
5. 后处理：根据需要进行表面处理、热处理、加工等步骤，以进一步改善粉末的性能和形态。
粉末工艺通常适用于制备各种金属、陶瓷、复合材料等材料，其具有材料成分可控、制备形状多样、耐高温和化学稳定性好等优点。
此外，粉末工艺还能够实现材料的再利用和废料的回收，对于环境保护和资源节约也具有一定的意义。
粉末生产工艺
粉末生产工艺粉末生产工艺是将原料通过特定的加工工艺制成粉末的过程。
随着现代工业的发展，不同的行业对粉末材料的需求日益增加，粉末生产工艺也得到了广泛应用。
下面将介绍一种常见的粉末生产工艺——粉末冶金。
粉末冶金工艺主要分为原料混合、压制、烧结和后处理四个步骤。
首先是原料混合。
原料的选择对最终产品的质量和性能具有重要影响。
一般情况下，原料需要通过制粒和筛分等手段进行处理，确保颗粒的均匀性和合适的粒径分布。
然后，按照配比要求将不同种类的原料进行混合，并加入适量的助剂，如脱脂剂和润滑剂等，以提高粉末的流动性和成型性。
接下来是压制。
原料混合好后，需要将其进行压制，使之成型。
常用的压制方法包括冷压、热压和注射成型等。
其中，冷压是最常见的方法，通过对原料施加一定的压力，使其在模具中形成所需的形状。
压制后的粉末成型体称为绿体。
然后是烧结。
压制后的绿体需要进行烧结，即将其加热至高温下，使其顶点熔合，颗粒间发生扩散和结合。
烧结过程中，温度、时间和气氛的控制对烧结效果有重要影响。
在烧结过程中，绿体会逐渐缩小体积、增加密度，并形成所需的终产品。
最后是后处理。
烧结完成后，还需要对产品进行后处理，以提高其性能和质量。
后处理的过程包括热处理、表面处理和机械加工等。
热处理可以提高产品的硬度和强度，表面处理可以增加其耐腐蚀性和耐磨性，机械加工可以实现产品的最终形状和尺寸要求。
需要注意的是，每个行业和产品的生产工艺可能会有所不同。
粉末生产工艺的选择要根据产品的特性和工艺要求进行合理的设计和调整。
随着科技的进步，新的工艺和设备也在不断涌现，为粉末生产提供了更多的选择和可能性。
粉末的工艺流程
粉末的工艺流程
《粉末的工艺流程》
粉末工艺是一种制备金属、陶瓷和塑料等材料的方法，它可以制成各种形状和大小的产品。
在粉末工艺中，首先需要将原料粉末化，然后利用压制、烧结等工艺步骤将其制成成品。
首先是粉末化的过程。
这一步骤通常使用机械研磨、化学还原、化学沉淀等方法将原料颗粒研磨成微米甚至纳米级的粉末。
粉末的形状和大小对最终产品的性能有很大的影响，因此粉末化过程尤为重要。
接下来是压制工艺。
将粉末放入模具中，然后施加高压使粉末变形成所需形状的坯体。
这一步骤可以采用冷压成型或热压成型的方法，以及不同的压力和温度条件。
最后是烧结工艺。
烧结是将压制成型的坯体在高温下进行热处理，使其颗粒之间发生交联、扩散和变形，最终形成具有一定强度、致密度和成型精度的成品。
烧结的温度、时间和气氛条件都对产品的质量有重要影响。
除了上述主要的工艺步骤外，还有一些辅助的工艺技术，如浸渍、涂覆、热处理等，用以增加产品的特殊性能。
总的来说，粉末工艺是一种制备高性能材料的重要方法，它具有高效、低成本、高精度等优点，被广泛应用于汽车、机械、
航天航空、电子、医疗器械等领域。
随着科学技术的不断发展，粉末工艺将会有更加广阔的应用前景。
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2013-7-4 材料工程基础——粉末工艺
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材料科学与工程学院
技术应用
1909年可锻钨的山现，标志着现代粉末冶金 技术的诞生，其用于电灯丝，为人类带来了 光明。 20世纪20~30年代粉末冶金硬质合金的出现， 标志着刀具工业的一次飞跃，直至今日，硬 质合金刀具仍主宰着刀具市场。 制品：齿轮、凸轴、轴衬套管、切削工具、 活塞环、汽车气门导管以及飞行器零件等。
粉体形状
纤 维 状 片 状 粒 状 球 状 不规则状 12
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材料工程基础——粉末工艺
材料科学与工程学院
粉末颗粒的形状
(a)球形；(b)近球形；(c)多角形；(d)片状；(e)树枝状； (f)不规则形；(8)多孔海绵状；(h)碟状
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材料工程基础——粉末工艺
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材料科学与工程学院
颗粒形状与粉末生产方法的关系
颗粒形状
球 形 近球形 片 状 多角形
粉末生产方法
气相沉积，液相沉淀 气体雾化，置换(溶液) 塑性金属机械研磨 机械粉碎
颗粒形状
粉末生产方法
树枝状 水溶液电解 多孔海绵状 金属氧化物还原 碟状 金属旋涡研磨 不规则形 水雾化，机械粉碎， 化学沉淀
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材料工程基础——粉末工艺
球磨法
四个基本要素
球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质
基本原理
在球磨过程中，球磨筒将机械能传递到筒内的球磨物 料及介质上，相互间产生正向冲击力、侧向挤压力、 摩擦力等，当这些复杂的外力作用到脆件粉末颗粒上 时，细化过程实质上就是大颗粒的不断解理过程；如 果粉末的塑性较强，则颗粒的细化过积较为复杂，存 在着磨削、变形、加工硬化、断裂和冷焊等行为。
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一、粉体的机械制备方法
机械制粉方法的实质就是利用动能来破坏材料的 内结合力，使材料分裂产生新的界面。
根据提供动能的方法，分为研磨、锤捣、辊轧 等，后几种主要用于物料破碎及粗粉制备。 机械研磨（球磨）
研磨
气流研磨
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材料科学与工程学院
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材料工程基础——粉末工艺
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材料科学与工程学院
材料的熔点降低
熔点降低意味着坯体可以在更低的烧结温度下致密化， 能有效控制晶粒长大的倾向。例如，5m的氧化锆粉 体的烧结温度为1800℃，而粒径降到0.05 m时，其 烧结温度仅为1200 ℃。 蒸汽压上升
有利于控制烧结过程中的组分含量。
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材料科学与工程学院
提高球磨效率的基本原则
（1）动能准则：提高球磨的动能。 （2）碰撞几率准则：提高球磨的有效碰撞几率。
球磨方式分类
滚筒式球磨 振动球磨
搅拌球磨 不同球磨方式的运动特征
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材料Hale Waihona Puke 学与工程学院2013-7-4
金属粉末和粉末冶金材料、制品应用举例 硬质合金，金刚石——金属组合材料 硬质合金，陶瓷刀具，粉末高速钢 机械零件，摩擦材料，多孔含油轴承，过滤器 机械零件，多孔含油轴承 机械零件，多孔含油轴承 多孔含油轴承，机械零件 多孔含油轴承 摩擦材料，油漆用铝粉 多孔含油轴承，机械零件 多孔含油轴承，铜——石墨电刷 仪表零件，软磁材料，硬磁材料 电触头材料，电真空电极材料 磁性材料 记忆元件 锁零件、缝纫机零件、打字机零件 各种医疗器械 过滤器，防腐零件，催化剂 过滤器 穿甲弹头，炮弹箍，军械零件 摩擦片，过滤器，防冻用多孔材料，粉末超合金 发汗材料，难熔金属及合金，纤维强化材料 核燃料元件，反应堆结构材料，控制材料
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粉 末 冶 金 生 产 工 艺 举 例
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§4.1.2 粉末的物理性能
粉末的分类
颗 粒（＞100m） 体 （1~100 m ） 粉
粉 末
超细粉体 （0.1~1 m ）
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(3)转速增加到某一值时：磨球的离心力大于重力，这 时磨球、粉料与磨筒处于相对静止状态，此时研磨作 用停止。这个转速被称为临界转速V临2 。 滚筒球磨的转速限定条件： V临1<V实际<V临2 这与“提高球磨效率的一个基本准则就是提高磨球的动 能” 这一动能准则相悖，因此滚筒球磨的球磨效率是 很有限的。
纳米粉体 （＜ 0.1 m ）
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粉体的物理性能
所谓粉体是指大量固体颗粒的集合体。它与物质存 在的三种基本形态固体、液体、气体有一定的区别。 它由微粒固相和气相组成， 角 状 实际上也是物质存在的一 针 状 种状态。 树 枝 状
粉体形状：
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有些材料采用粉末冶金制备，其性能较熔铸产 品优越：
①制取成分偏折小的合金，如高速钢、高温合金等。 ②制取细晶粒、组织均匀和加工性能好的稀有金属坯锭。
粉末冶金制品表面光洁度高，尺寸精确，是一 种少切削、无切削的新工艺，可节约大量的人 力和物力。
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粉体的粒度（particle size）
由于细颗粒的团聚作用，粉体一般是大量颗粒的聚合 体。习惯上也把聚合体称为颗粒。团聚了的颗粒称为 二次粒子。 按ISO3252定
义，晶粒（A）、
颗粒（B）、聚合
体（C）的区别如
右图所示。
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3 粉体的粒度分布（particle diameter distribution）
当粉体的粒度差别较小或近似相同时，就称为单分散体 系；当粉体的粒度差别较大时则称为多分散体系。对于 多分散体系就要对粉体的粒度分布范围进行描述。常用 的方法有频度分布和累积分布两种。 粒度分布通常用简单的图表或函数形式来表示。 1）频度分布（微分型）：用横坐标表示粒径，纵坐标表 示各粒径对应的颗粒百分含量。 2）累积分布（积分型）：用横坐标表示粒径，纵坐标表 示小于(或大于)某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量。
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光学性质的变化
当金属颗粒减小到几十nm以下时，其反射率迅速降 低，粉体颜色变黑，是极好的吸光树料。
稳定性降低，表面活性增加，表面吸附能力提高，除 物理吸附外还出现了化学吸附 电阻率上升
纳米Ag粉末的绝缘性极好。
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工艺过程
主要包括粉末的制备、粉末的成形、烧结以 及烧结后的处理几个步骤
工艺流程
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粉末准备
化学成分；物理 性能；工艺性能
加工
成形；烧结等
性能测试
密度、强度、延 性、硬度、显微 组织等
粉末冶金的主要工序示意
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§4.1 粉末冶金
§4.1.1 概述
粉末冶金(Powder Metallurgy)就是通过粉末的制 取、粉末的成形及烧结而制备金属和金属基 复合材料及其制品的一种工艺过程。 现代粉末冶金技术只有近百年的历史，然而，与 传统的占主导地位的熔铸法相比，由于它具 有一系列技术上和经济上的特点，因而得到 了迅猛的发展和日益广泛的应用。
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振动球磨
工作原理（ 动画 动画）：装有粉料及磨球的磨筒固定于工 作台上，整个工作台置于弹簧支撑上，工作台偏心激 振装置使磨筒产生高频振动，然后将振动的能量传递 到筒内的磨球。
通过振动方式输入能量，运动系统不存在滚筒球磨的 上下临界转速的限制，所以可采用较高的能量进行研 磨，是一种高能、高效的研磨方法。
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§4.1.3 粉体的制备方法
粉末制备是粉末工艺最重要的环节，它直接影响
到原料粉的品质和烧成材料的品质。
传统粉末制取技术有机械粉碎法、还原法、雾化
法、电解法和沉积法等。
从制备方法的原理可以分为三大类：机械制备、
物理制备和化学制备。
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工业部门 采 矿 机械加工 汽车制造 拖拉机制造 机床制造 纺织机械 机车制造 造 船 冶金矿山机械 电机制造 精密仪器 电气和电子工业 无线电和电视 计算机工业 五金和办公用具 医疗器械 化学工业 石油工业 军 工 航 空 航天和火箭 原子能工程
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累计分布曲线
频度分布曲线
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4 粉体的粒子学特性
粉体的粒子学特性包括粉体粒径、粒径分布、粒子形 状、密度、流动性、堆积密度等。