第3章 粉末的性能和检验

粉末密度与流动性的测定
§3.5 粉末的工艺特性
一、压制性与成形性
• 压制性与成形性，对于金属粉末，可以看作同义 词。压制性一般表示为粉末经压制并脱出后压坯 的密度。粉末是在规定尺寸的封闭压模中，在规 定压力和规定条件下进行压制的。压制性是金属 粉末固有的材料特性的一个量度并广泛用于金属 粉末的质量控制检验。
粒度级别的划分
级 别 粗粉 中粉 细粉 平均粒径范 围，µm 150～500 ～ 40～150 ～ 10～40 ～ 级 别 极细粉 超细粉 平均粒径范围， 平均粒径范围， µm 0.5～10 ～ ＜0.1
粉末的粒度和粒度组成直接影响其工艺性能， 粉末的粒度和粒度组成直接影响其工艺性能， 从而对粉末的压制过程以及最终产品的性能产 生很大影响。 生很大影响。
§ 粉末的几何特性
一、粉末颗粒的形状
• • • • • • • • • 针状 角状 树枝状 纤维状 片状 粒状 不规则状 瘤状 球状
粉末形状与生产方法的关系
颗粒 形状 球形 近球形 多角形 片状 粉末生产方法 气相沉积， 气相沉积，液相 沉积 气体雾化，置换 气体雾化， 溶液） （溶液） 机械粉碎 塑性金属机械研 磨 颗粒 形状 树枝状 不规则 形 多孔海 绵状 碟形 粉末生产方法 水溶液电解 水雾化，机械粉 水雾化， 碎，化学沉积 金属氧化物还原 金属漩涡研磨
y1σ 0 600θ + σ= 100 ρ
W1 Wm W2 + + ... + 1.2 xm 1.2 x1 1.2 x2
测定金属粉末比表面的方法
• 以渗透性为基础的费氏(Fisher)粒度测定仪 以渗透性为基础的费氏(Fisher) (Fisher)粒度测定仪 • 气体吸附法(BET) 气体吸附法(BET)
• 二、酸不溶物含量
测定酸不溶物含量试验中，在规定条件下， 测定酸不溶物含量试验中，在规定条件下，铁粉样品 用盐酸溶解，铜粉样品用硝酸溶解。 用盐酸溶解，铜粉样品用硝酸溶解。不溶物质可以 过滤出来，在炉中燃烧和称重。 过滤出来，在炉中燃烧和称重。
§3.7 粉末的其他特性
• 易燃易爆性
• 毒害性
二、粉末的流动性
粉末的流动性是指50g粉末从标准流速 粉末的流动性是指50g粉末从标准流速 是指50g 漏斗流出所需的时间，单位为s/50g s/50g。 漏斗流出所需的时间，单位为s/50g。 粉末的湿度对流动性影响也很大， 粉末的湿度对流动性影响也很大，粉 末湿度大，流动性差。因此， 末湿度大，流动性差。因此，吸潮的粉末 应烘干。 应烘干。
§3.6 粉末的化学特性与检测
• 一、“氢损” 氢损”
在氢损试验中，将粉末样品在氢气流中， 在氢损试验中，将粉末样品在氢气流中，在一定的温 度下，加热一定的时间，然后测定重量的损失。 度下，加热一定的时间，然后测定重量的损失。所 损失的重量即是粉末中含氧量的大致数量。 损失的重量即是粉末中含氧量的大致数量。
• 在沉降和重力分析法中，粒度的测定是以斯达克斯 在沉降和重力分析法中， (stokes)定律为基础的 斯达克斯(stokes) 定律为基础的。 (stokes)定律给 (stokes)定律为基础的。斯达克斯(stokes)定律给 出了直径为x 密度为ρ的球形颗粒，在密度为ρ 出了直径为x、密度为ρ的球形颗粒，在密度为ρF、 粘度为η的液体介质中，其沉降速度v如下： 粘度为η的液体介质中，其沉降速度v如下：
粉末颗粒形状对铜粉末密度的影响
颗粒形状 球形 不规则形状 片状 松装密度 /(g/cm3) 4.5 2.3 0.4 振实密度 /(g/cm3) 5.3 3.1 0.7 松装时孔隙 度(％) 49.4 74.2 95.5
二、粒度及其分布
• 粒度Particle size ：以mm或μm的表示的颗粒的 粒度Particle 大小称颗粒直径，简称粒径或粒度。
§3.3 粉末的组织结构 组织结构
§3.4 粉末的物理特性
一、粉末的密度
• 松装密度 apparent density：粉末在自然 density： 充填容器时， 充填容器时，单位体积内自由松装粉末体 的质量。 的质量。
• 振实密度 tapping packing density：粉 density： 末装于容器内，在规定条件下， 末装于容器内，在规定条件下，经过振动 敲打后测得的粉末密度。 敲打后测得的粉末密度。
孔径（ 孔径（µm） 0.495 0.246 0.175 0.147 0.104 目数 200 250 320 400 500 孔径（ 孔径（µm） 0.074 0.061 0.043 0.038 ?
目数 32 60 80 100 150
目前,一般到400目, 即用筛分析法最小颗粒粒径为38微米
斯达克斯(stokes)定律法 斯达克斯(stokes)定律法 (stokes)
粒度的测量方法与测量范围
粒径基准 几何学粒径 方法名称 筛分析 光学显微镜 电子显微镜 重力沉降 离心沉降 气体吸附 气体透过 光衍射 X光衍射 测量范围， μm
＞40 500～0.2 ～ 10～0.01 ～
粒度分布基准 质量分布 个数分布 同上 质量分布 同上 比表面积平均径 同上 体积分布 体积分布
• 粒度分布 Particle size distribution：具有不 distribution： 同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量称粉末的粒度 组成，又称粒度分布 size distribution。
• 粒度对单颗粒而言，而粒度分布则指整个粉末体。 粒度对单颗粒而言，而粒度分布则指整个粉末体。
g (ρ − ρF ) 2 v= x 18η
三、比表面
粉末的比表面即单位质量粉末的总表面积。 粉末的比表面即单位质量粉末的总表面积。 即单位质量粉末的总表面积 如果已知粉末的粒度分布x 颗粒密度ρ 如果已知粉末的粒度分布 i与Wi、颗粒密度ρ、 不规则形状颗粒的形状因素θ 则其比表面为： 不规则形状颗粒的形状因素θ，则其比表面为：
School of Materials Science and Engineering
三、测定粉末粒度和粒度分布的方法
• • • • •
筛分 显微测量 以斯达克斯(stokes) (stokes)定律为基础的方法 以斯达克斯(stokes)定律为基础的方法 库尔特(coulter) (coulter)计数和光度沉降粒度分析仪 库尔特(coulter)计数和光度沉降粒度分析仪 激光散射和Microtrac Microtrac粒度分析仪 激光散射和Microtrac粒度分析仪
第三章
• • • • • •
粉末的性能和检测
性能概述 形状、粒度及其分布、 形状、粒度及其分布、比表面 化学成分 组织结构 密度与流动性 压制性
§3.1 粉末的性能概述
颗粒形状、粒度、粒度分布及比表面。 • （1）几何特性 颗粒形状、粒度、粒度分布及比表面。 • （2）物理性能 颗粒密度、颗粒内空隙、松装密度、 颗粒密度、颗粒内空隙、松装密度、 振实密度、表面状态及表面张力等。 振实密度、表面状态及表面张力等。 • （3）化学性能 纯度及氢中失重等。 纯度及氢中失重等。 • （4）机械性能 硬度、加工硬化性、塑性变形能、显 硬度、加工硬化性、塑性变形能、 微组织、流动性、压制性及成形性等。 微组织、流动性、压制性及成形性等。 • （5）特殊性能 电磁性能、摩擦特性、导热性、耐热 电磁性能、摩擦特性、导热性、 抗氧化性及耐腐蚀性等。 性、抗氧化性及耐腐蚀性等。
二、压缩比和粉末坯压制强度
• 压缩比定义为松散粉末体积与由这些粉末 压缩比定义为松散粉末体积与由这些粉末 压戊的压坯体积之比。 压戊的压坯体积之比。 • 压坯在生坯的情况下，必须具有足够的强 压坯在生坯的情况下， 度，以保证在从压机搬运到烧结炉的过程 中不会发生磨损和破裂。 中不会发生磨损和破裂。
当量粒径
50～1.0 ～ 10～0.05 ～ 20～0.001 ～ 50～0.2 ～ 10～0.001 ～ 0.05～0.0001 ～
比表面粒径
光衍射粒径
筛分法
• 标准筛Standard Sieve, 在一英寸距离上有的网目数: m=25.4/(a+d) a—金属网丝直径 d —网孔直径
•
常用标准筛目数与孔径