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粉末冶金的原理
粉末冶金的原理粉末冶金是一种利用金属及其合金的可塑性和高活性的特点，通过粉末的制备、成型和烧结等工艺，制造出具有特定形状和性能的金属制品的方法。
粉末冶金的基本原理是将金属原料熔化后急速凝固形成细小的颗粒，再经过后续的粉末处理工艺，最终使颗粒状金属粉末具有特定的物理、化学和结构性能。
具体的工艺流程包括原料的选择和处理、粉末的制备、成型和烧结。
原料的选择和处理是粉末冶金的关键步骤之一。
适当选择合适的金属粉末原料是保证成品性能的关键。
通常，金属原料的选择要考虑其物理性质、化学性质及可塑性等因素。
为提高冶金反应的活性和金属粉末的可塑性，常常需要对原料进行预处理，如氧化还原处理、合金化处理等。
粉末的制备是将金属原料加工成颗粒状金属粉末的过程。
目前常用的粉末制备方法主要有气雾化法、溶剂法、机械研磨法等。
其中，气雾化法是一种常见的制备方法，它通过高压气流将金属熔化后迅速喷雾成粉末。
这样可以得到细小均匀的金属颗粒。
成型是将金属粉末按照所需形状装入一定模具中，并施加一定压力，使金属粉末紧密结合成形状固定的坯体。
常用的成型方法包括压制成型、注塑成型、挤压成型等。
通过成型，可以得到具有所需形状的零部件或半成品。
最后，经过成型的金属粉末坯体还需要进行烧结，即在一定温度下对金属粉末进行加热处理，使其颗粒之间发生结晶和扩散，相互融合并形成坚固的金属材料。
烧结可以通过自发热烧结、辅助烧结等方法来实现。
烧结过程中，金属粉末之间的氧化物和杂质也会在高温下被还原和挥发。
通过以上的处理工艺，粉末冶金可以制备出具有复杂形状、高强度、良好磨损性能和耐磨性能的金属制品。
由于粉末冶金具有成本低、能耗少、无需后加工等优势，因此在汽车、航空航天、工具等领域得到广泛应用。
粉末冶金知识点总结
粉末冶金知识点总结一、粉末冶金基础知识1. 粉末冶金的概念粉末冶金是一种利用金属或非金属粉末作为原料，通过压实和烧结等方式制备零部件的工艺。
它充分发挥了粉末的特性，即可压性、可成形性、可烧结性和可溶性等，使得粉末冶金工艺具有高效率、低成本、无废料和生产精度高等优点。
2. 粉末材料的选择在粉末冶金过程中，选择合适的粉末材料对于制备高质量的产品至关重要。
一般来说，粉末材料应具有以下特点：细小的颗粒大小、均匀的颗粒分布、高的纯度和良好的流动性。
3. 粉末冶金的工艺粉末冶金工艺通常包括原料的混合、成型、烧结和后处理等步骤。
在这个过程中，需要注意粉末的混合比例、成型方式、烧结温度和时间等参数的控制，以确保制备出符合要求的成品。
4. 粉末冶金的应用粉末冶金技术已广泛应用于汽车、航空航天、医疗器械、电子设备等领域，制备出的产品具有优异的性能和精密的形状，可以满足各种特殊需求。
二、粉末材料的制备方法1. 机械合金化机械合金化是一种通过机械设备将原料混合并形成均匀的粉末混合物的方法。
常见的机械合金化设备包括球磨机、混合机和搅拌机等。
这种方法对原料的颗粒大小和形状要求不高，适用于制备一些普通的粉末材料。
2. 化学还原法化学还原法是一种利用化学反应生成的气体来分解金属或合金化合物，产生金属粉末的方法。
这种方法可以制备出颗粒细小、形状均匀的金属粉末，适用于制备高质量的粉末材料。
3. 气相沉积法气相沉积法是一种通过将金属原子或分子从气体中沉积到基底上形成薄膜或粉末的方法。
这种方法可以制备出极细的金属粉末，适用于制备一些用于电子器件等特殊应用场合的粉末材料。
4. 电化学法电化学法是一种利用电化学反应来制备金属粉末的方法。
这种方法制备的金属粉末质量较高，但工艺复杂，适用于制备一些对粉末质量要求较高的粉末材料。
5. 液态金属雾化法液态金属雾化法是一种通过气流将液态金属喷雾成细小颗粒的方法。
这种方法可以制备出颗粒细小、形状均匀的金属粉末，适用于制备高质量的粉末材料。
中南大学粉末冶金基本原理1
• 制品公司：买进粉末，制备零部件： Companies to
fabricate final parts
粉末冶金技术的优越性与局限性 advantages and limitation
• 能够大量节约材料、low cast无切削、less cuting少切削，
普通铸造合金切削量在30-50%，粉末冶金产品可少于 5%。Less or absent cutting machining. “Net shaping”
粉末冶金的特点 particularly points
能生产用普通熔炼方法无法生产的具有特殊性 能的材料；ability to produce materials which can not be produced by other method.
① Porous materials and products, parts within lubricants ② Refractory metals such as tungsten, molybdenum, etc ③ Pesudo-alloys, such as, tungsten-copper alloys ④ Composite materials, such as 316 ss + bioceramic ⑤ Nano-crystalline, sub-micrometer crystalline grain metal ⑥ Special functional materials and products, such as
•Which method is suitable to sphere particles？
• How about the particle morphologies？ • How can we obtain the high purity？ • What takes place during the powder fabri.? • Which condition to control the particle size? • What can we do? related powder makings.
粉末冶金重点整理
粉末冶金重点整理名词解释：1，熔解析出：溶解和析出阶段。
如果固相在液相中可以溶解，那么在液相出现后，特别是细小的粉末和粗大的颗粒的凸起及棱角局部会在液相中溶解消失。
由于细小的粉末颗粒在液相中的溶解度要比粗颗粒大，因此在细小颗粒溶解的同时，也会在粗颗粒外表上有析出的颗粒。
2，蒸发凝聚：外表层原子向空间蒸发，借蒸汽压差通过气相向颈部空间扩散，沉积在颈部。
3，密度等高线：密度一样的区域连在一起形成的类似等高线的线分布4，比外表：粉末比外表定义为1g 质量的粉末所具有的总外表积，用m2/g 表示；致密固体的比外表用m2/cm3 为单位，称容积比外表。
粉末比外表是粉末的平均粒度、颗粒形状和颗粒密度的函数。
5，二流雾化：借助高压水流或气流的冲击来破碎液流，称为水雾化或气雾化．也称二流雾化。
6，临界转速:当转速达一定的速度时，球体受离心力的作用，一直紧贴在圆筒壁上，以致不能跌落，物料就不能被粉碎。
这种情况下的转速称为临界转速。
7,松装密度:松装密度是粉末试样自然地充满规定的容器时，单位容积的粉末质量。
8,标准筛:标准筛，采用SUS304〔0Cr18ni9〕不锈钢拉伸抛光而成,壁厚0.6毫米,外表光可鉴人，整体成型巩固耐用,没有磁性,筛网与筛框通过锡焊固定,不会松弛。
9,粒度分布:由于组成粉末的无数颗粒一般粒径不同，故又用具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量表示粉末的粒度组成，又称粒度分布.10,二次颗粒:单颗粒如果以某种形式聚集11,真密度:粉末质量与除去开孔和闭孔体积的粉末体积的比值，是材料的理论密度12,相对密度: 压坯密度与真密度的比。
13, 压坯密度:压坯密度是压坯单位体积实际质量的平均值，用g/cm3表示。
14,团粒:由单颗粒或二次颗粒依靠范德华的作用下结合而成的粉末颗粒，易于分散.15,粉末压制性: 压制性是压缩性和成形性的总称。
压缩性就是金属粉末在规定的压制条件下被压紧的能力。
成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力。
中南大学粉末冶金原理PPT(3)
非模压成形
冷、热等静压，注射成形，粉 末挤压，
粉末轧制，粉浆浇注，无模成 型，喷射成
形，爆炸成形等
第一章 粉末压制 Powder Pressing or Compaction
§1 压制前粉末料准备 1) 还原退火 reducing and
annealing 作用: 降低氧碳含量，提高纯度 消除加工硬化，改善粉末压制
外在因素：残余应力大小
压坯密度分布的均匀性 粉末的填充均匀性 粉末压坯的弹性后效 模具设计的合理性 过高的压制压力 表征方法 抗弯强度或转鼓试验的压
坯重量损失
§3 压坯密度与压制压力间的关系
1 压制过程力的分析
P施加在模腔中的粉末体 →粉末向周围膨胀 →侧压力Fn(Pn) 粉末与模壁之间出现相对
课程名称：
粉末冶金原理(二)
授课专业：粉体材料科学与工程
1 本课程的任务和意义
粉末冶金材料加工的两个 基本过程
金属粉末 小部分直接应用 隐形涂料 Fe,Ni粉末 食品医药 超细铁粉
涂料 汽车用Al粉, 变压器用超细铜粉 自发热材料(取暖和野外食品自热) 超
细Fe粉 固体火箭发动机燃料 超细Al, Mg粉
机械法混合
化学法混合
混合较前者更为均匀,可以实现原子 级混合
W-Cu-Ni包覆粉末的制造工艺 W粉+Ni(NO3)2溶液→混合→热解还
原（700-750℃） →W-Ni包覆粉 + CuCl2溶液→混合 →热解还原（400-450℃） →W-Cu-Ni包覆粉末
无偏聚（segregation-free）粉末 binder-treated mixture 消除元素粉末组元（特别是轻重组元）
粉末冶金重点整理
10. 制备超细合金加V、Cr为什么阻碍碳化物长大？？？ 原因：1、降低共晶温度 2、在ＷＣ和Ｃｒ界面析出阻碍长大（形核，长大） 具体：超细 WC&Co 合金晶粒长大的驱动力是来自于表面积的减少。它是由于具有较高 溶解度的细碳化物溶解于富钴相中而发生,继而再析出在较大碳化物上,从而引起 WC 晶粒 长大。在超细 WC&Co 合金中添加一定量的抑制剂就可以抑制这种 WC 晶粒的长大。 晶粒长大主要发生在 WC 的溶解沉淀过程中,WC 溶解在液相里并沉淀在较大的 WC 晶粒 上。WC 晶粒疯长现象也符合溶解沉淀机理。抑制剂改变了 WC&Co 的界面自由能,从而抑 制了溶解－沉淀过程，降低了溶解－沉淀速度。速度降低的原因是 WC&Co 不同界面间的 各向异性减少。抑制剂的渗透过程主要通过在粘结相里和在 WC&Co 界面上的扩散。有效
粉末冶金知识讲义
粉末冶金知识讲义简介粉末冶金是一种通过将金属或陶瓷的粉末加工成所需的产品的方法。
它在各种工业领域中都有广泛的应用，包括汽车制造、航空航天、电子设备等。
本篇讲义将介绍粉末冶金的基本原理、工艺流程以及应用领域。
希望通过本讲义的学习，读者能够对粉末冶金有更深入的了解。
粉末冶金的基本原理粉末冶金是利用金属或陶瓷的粉末制备材料的一种冶金方法。
它的基本原理是通过将粉末状的金属或陶瓷原料压制成形，在高温下进行烧结或热处理，使其形成致密的材料。
粉末冶金的主要原理包括：1.粉末制备：金属或陶瓷原料首先需要经过研磨和筛分等工艺步骤，制备成具有一定粒径和形状的粉末。
2.粉末成形：粉末通过压制工艺成形，常见的成形方法包括压制成型、注射成型和挤压成型等。
3.烧结或热处理：压制成形的粉末被置于高温下，经过烧结或热处理，使其形成致密的材料。
4.后续加工：经过烧结或热处理后的材料需要进行后续加工，例如机加工、表面处理等，以满足产品的具体要求。
粉末冶金的工艺流程粉末冶金的工艺流程包括粉末制备、成形、烧结或热处理以及后续加工等步骤。
具体工艺流程如下：粉末制备粉末制备是粉末冶金的第一步，它决定了最终材料的粒度和形状。
常见的粉末制备方法包括：•研磨：将金属块或陶瓷块通过研磨设备研磨成粉末状。
•气相沉积：通过将金属或陶瓷元素在高温下蒸发，然后在室温下与气体反应产生粉末。
•溶液法：通过将金属或陶瓷溶解在溶剂中，然后通过蒸发溶剂得到粉末。
成形成形是粉末冶金的第二步，它将粉末状的原料转化为所需的形状。
常见的成形方法包括：•压制成型：将粉末状原料放入模具中，通过压力将其固化成形。
•注射成型：将粉末与粘结剂混合后注射到模具中，通过固化将其成形。
•挤压成型：在高温下将粉末状原料通过挤压工艺转化为所需的形状。
烧结或热处理烧结或热处理是粉末冶金的关键步骤，它将成形后的粉末进行高温处理，使其结合成致密的材料。
常见的烧结或热处理方法包括：•烧结：将成形后的粉末置于高温下，使其颗粒之间发生结合，形成致密的材料。
粉末冶金知识点
1.粉末冶金定义：由粉末制备、粉末成形、高温烧结以及加工热处理等重要过程组成的材料制备和生产的工程技术。
2.工艺过程：粉末的制备、粉末的加工成形、粉末的烧结以及烧结后处理四个工序。
3.特点：能耗低、材料利用率高以及低成本等优点；与普通熔炼方法相比，有如下特点：1）粉末冶金能生产用普通熔炼无法生产的具有特殊性能的材料。
a.能控制制品的孔隙度b.能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产具有各种特殊性能的材料c.能生产各种复合材料2）粉末冶金生产的材料，与普通熔炼相比，性能优越。
a.高合金元素含量粉末冶金材料的性能比熔炼法生产的合金材料要好。
b.粉末冶金法还可用来生产难熔金属材料或制品。
c.在制造机械零件方面，粉末冶金法是一种少切削或无切削的新工艺，可以大大减少机加工量，节约金属材料，提高劳动生产率。
缺点：粉末冶金法成本高，制品的大小和形状受到一定的限制，烧结零件的韧性较差。
第二章．粉体制备的原理与技术1.粉体制备是粉末冶金的第一个重要步骤。
2.方法：1）在固态下制备粉末的方法：机械粉碎法和电化学腐蚀法、还原法、还原-化合法、高温反应合成法2）在液态下制备粉末的方法：雾化法、置换法、溶液氢还原法、水溶液电解法、熔盐电解法3）在气态下：蒸汽冷凝法、热离解法、气相氢还原法、化学气相沉积法3.机械粉碎是靠压碎、碰撞、击碎和磨削等作用，将粗颗粒金属或合金机械的粉碎成粉末的过程。
4.球磨的三种情况：1）球磨机转速慢时，球和物料沿筒体上升至坡度角，然后滚下，称为泻落。
此时物料粉碎主要靠球的磨擦作用2）球磨转速较高时，球在离心力作用下，随着筒体上升至比第一种情况更高的高度，然后在重力作用下掉下来，称为抛落。
这时物料不仅靠球与球之间的磨擦作用，主要靠球落下时的冲击作用被粉碎，其效果最好3）继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力时，紧靠球磨筒内衬板的球不脱离筒壁而与筒体一起回转，此时物料的粉碎作用停止。
这种转速称为临界转速。
2024年粉末冶金基础知识(三篇)
2024年粉末冶金基础知识（一）粉末的化学成分及性能尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体通常称为粉末，其计量单位一般是以微米（m）或纳米（nm）。
1.粉末的化学成分常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过1%～2%，否则会影响制品的质量。
2.粉末的物理性能⑴粒度及粒度分布粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。
实际的粉末往往是团聚了的颗粒，即二次颗粒。
实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布。
⑵颗粒形状即粉末颗粒的外观几何形状。
常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等，可以通过显微镜的观察确定。
⑶比表面积即单位质量粉末的总表面积，可通过实际测定。
比表面积大小影响着粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。
3.粉末的工艺性能粉末的工艺性能包括流动性、填充特性、压缩性及成形性等。
⑴填充特性指在没有外界条件下，粉末自由堆积时的松紧程度。
常以松装密度或堆积密度表示。
粉末的填充特性与颗粒的大小、形状及表面性质有关。
⑵流动性指粉末的流动能力，常用50克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。
流动性受颗粒粘附作用的影响。
⑶压缩性表示粉末在压制过程中被压紧的能力，用规定的单位压力下所达到的压坯密度表示，在标准模具中,规定的润滑条件下测定。
影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度，塑性金属粉末比硬、脆材料的压缩性好；颗粒的形状和结构也影响粉末的压缩性。
⑷成形性指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，用粉末能够成形的最小单位压制压力表示，或用压坯的强度来衡量。
成形性受颗粒形状和结构的影响。
（二）粉末冶金的机理1.压制的机理压制就是在外力作用下，将模具或其它容器中的粉末紧密压实成预定形状和尺寸压坯的工艺过程。
钢模冷压成形过程如图7.1.2所示。
粉末装入阴模,通过上下模冲对其施压。
在压缩过程中，随着粉末的移动和变形，较大的空隙被填充，颗粒表面的氧化膜破碎，颗粒间接触面积增大，使原子间产生吸引力且颗粒间的机械楔合作用增强，从而形成具有一定密度和强度的压坯。
粉末冶金原理P2第一二章
粉末冶金原理P2第一二章
n 烧结颈部与附近区域（线度为ρ）空位浓度的空位 浓度梯度
n ▽Cv= CvoγΩ/（kTρ2） n 可以发现 n ↑γ（活化） n ↓ρ（细粉） n 均有利于提高浓度梯度
粉末冶金原理P2第一二章
3 蒸发-凝聚气相迁移动力—蒸汽压差 driving force for mass transportation by
n 细粉末与粒度组成与较高的压制压力
n 3）提高γ（活化）
粉末冶金原理P2第一二章
2 烧结扩散驱动力(driving force for atom
diffusion)空位浓度梯度
n 处于平衡状态时，平衡空位浓度 Cvo=exp(Sf/k).exp(-Efo/kT) n exp(Sf/k)—振动熵项，Sf为生成一个空位造成系
n 在烧结过程中存在液相的烧结过程 n 有液相出现的多元系烧结过程
粉末冶金原理P2第一二章
n 烧结操作的重要性
n 1 粉末冶金工艺两个基本加工步骤之一
n 磁粉芯，粘结磁性材料，W/Cu粉末药型罩例外
n 2 决定了P/M制品的性能 工艺决定结构 结构决定性能 n 3 烧结废品很难补救
n 如铁基部件的脱渗碳和严重的烧结变形，硬质合金烧结废品
曲面平直化趋势
烧结驱动力逐步减小
粉末冶金原理P2第一二章
n 2） 烧结中期
n 孔隙网络形成，烧结颈继续长大 n 有效烧结应力Ps为 n Ps =Pv-γ/ρ n Pv为烧结气氛的压力 n 若在真空中， Pv =0
粉末冶金原理P2第一二章
n 3） 烧结后期 n 孔隙网络坍塌，形成孤立孔隙 n 封闭的孔隙中的气氛压力随孔径收缩而增大 n 由气态方程Pv.Vp=nRT
粉末冶金原理知识要点
粉末冶金原理知识要点(总11页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除1粉末冶金的特点：粉末冶金在技术上和经济上具有一系列的特点。
从制取材料方面来看，粉末冶金方法能生产具有特殊性能的结构材料、功能材料和复合材料。
(1)粉末冶金方法能生产普通熔炼法无法生产的具有特殊性能的材料：1)能控制制品的孔隙度；2)能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材料；3)能生产各种复合材料；(2)粉末冶金方法生产的某些材料，与普通熔炼法相比，性能优越：1)高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法生产的好；2)生产难熔金属材料和制品，一般要依靠粉末冶金法；从制造机械零件方面来看，粉末冶金法制造的机械零件时一种少切削、无切削的新工艺，可以大量减少机加工量，节约金属材料，提高劳动生产率。
总之，粉末冶金法既是一种能生产具有特殊性能材料的技术，又是一种制造廉价优质机械零件的工艺。
2粉末冶金的工艺过程（1）生产粉末。
粉末的生产过程包括粉末的制取、粉料的混合等步骤。
为改善粉末的成型性和可塑性通常加入汽油、橡胶或石蜡等增塑剂。
（2）压制成型。
粉末在500~600MPa压力下，压成所需形状。
（3）烧结。
在保护气氛的高温炉或真空炉中进行。
烧结不同于金属熔化，烧结时至少有一种元素仍处于固态。
烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。
（4）后处理。
一般情况下，烧结好的制件可直接使用。
但对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧结后处理。
后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。
现代粉末冶金的主要工艺过程生产粉末制坯烧结3、粉末冶金发展中的三个重要标志：第一是克服了难熔金属（如钨、钼等）熔铸过程中产生的困难第二是本世纪30年代用粉末冶金方法制取多孔含油轴承取得成功第三是向更高级的新材料新工艺发展。
冶金原理中南大学
第一篇冶金熔体第一章冶金熔体概述1.0 概念∙许多高温冶金过程都是在熔融的反应介质中进行的——如炼钢、铝电解、粗铜的火法精炼等∙在很多冶炼过程中，产物或中间产品为熔融状态物质——如高炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧结块的鼓风炉熔炼等∙冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物∙冶金熔体的分类——根据组成熔体的主要成分的不同→金属熔体→熔渣→熔盐非金属熔体→熔锍1.1 金属熔体∙金属熔体——液态的金属和合金如铁水、钢水、粗铜、铝液等∙金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品，而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加者。
例如，炼钢中的许多物理过程和化学反应都是在钢液与熔渣之间进行的。
∙金属熔体的物理化学性质对冶炼过程的热力学和动力学都有很重要的影响。
1.2 熔渣一、什么是熔渣？主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生成的氧化物组成的熔体。
∙熔渣是一种非常复杂的多组分体系如CaO、FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3∙除氧化物外，炉渣还可能含有少量其它类型的化合物甚至金属如氟化物（如CaF2）、氯化物（如NaCl）、硫化物（如CaS、MnS）、硫酸盐等二、常见冶金炉渣的组成结论：∙冶金炉渣通常由五、六种或更多的氧化物组成。
∙炉渣常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。
∙炉渣中含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量可达80%以上。
∙大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是：FeO、CaO、SiO2∙高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为：CaO、Al2O3、SiO2三、熔渣组分的来源∙矿石或精矿中的脉石如高炉冶炼：Al2O3、CaO、SiO2等∙为满足冶炼过程需要而加入的熔剂如CaO、SiO2、CaF2等——改善熔渣的物理化学性能∙冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物如炼钢：FeO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5等造锍熔炼：FeO、Fe3O4等。
∙被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料如碱性炉渣炼钢时，MgO主要来自镁砂炉衬∙高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为：CaO、Al2O3、SiO2四、熔渣的主要作用与分类——不同的熔渣所起的作用是不一样的——根据熔渣在冶炼过程中的作用，可将其分成四类：1、冶炼渣（熔炼渣）∙是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中生成的∙主要作用——汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的全部脉石成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物（金属、熔锍等）分离。
粉末冶金重点总结
C. 行星式球磨:增加球撞击次数，自转+公转，纳米非晶粉末 4.氧化还原制粉方法 1) 定义:用还原气体(固体)或活泼金属将氧化物还原制备粉末的过程. 2) 制取铁粉高于或者低于 570 度的情况，反应特点 碳还原法制取铁粉 P38
气体还原法制取铁粉 P40 3) 氢还原法制取钨粉： W 粉及氧化钨的形态： WO3（α相）黄色，WO2.90（β相）兰色，WO2.72 紫色 ， WO2 金属 W 粉的基本用途：硬质合金工业、tools、W alloys、电工合金及 defiance 高比重
且有可能制取高纯度的材料而不给材料带来污染。 3. 粉末成本较高，制品的大小形状受一定限制，烧结件韧性较差。 1.粉末制备方法的几点知识： ① 从过程的实质来看，大体上可以归纳为两大类，即物理机械法和物理化学法 ② 从工业规模而言，应用最广泛的是还原法、雾化法和电解法，而气相沉淀法和液相沉淀法在特殊应用时亦很重要。 ③ 从材质范围来看，不仅使用金属粉末、 也使用合金粉末、金属化合物粉末； ④ 从粉末外形来看，要求使用各种形状的粉末，如生产过滤器时，就要求球形粉末； ⑤ 从粉末粒度来看，要求各种粒度的粉末，从粒度为 500~1000um 的粗粉末到粒度小于 0.1um 的超细粉末。 2.制粉方法： ① 固态下制取粉末的方法包括：（1）从固态金属与合金制取金属与合金粉末的 有机械粉碎法和电化腐蚀法（2）从 固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的有还原法；从金属和非金属粉末、金属氧化物和非金属粉末制取金属化合物 粉末的有还原-化合法。. ② 在气态制备粉末的方法包括：（1）从金属蒸气冷凝制取金属粉末的蒸气（2）从气态金属羟基物离解制取金属、合 金以及包覆粉末的羟基物热离解法; 冷凝法； ③ 在液态下制备粉末的方法包括：（1）从液态金属与合金制备金属与合金粉末的雾化法；（2）从金属盐溶液置换和 还原金属、合金以及包覆粉末的置换法、溶液氢还原法；（3）从金属盐溶液电解制金属与合金粉末的水溶液电解法；从金 属熔盐电解制金属和金属化合物粉末的熔盐电解法。 3.球磨法制粉：P10 ① 概念：机械研磨是利用机械力将金属或其它材料破碎制取粉末的方法 ② 四种力：冲击、磨耗、剪切、压缩。Ｐ９ ③ 球在滚筒中的状态：（1）转速慢，泻落状态，摩擦效果，球体不滚动（2）转速快,抛落状态，球体滚动，摩擦效 果和撞击效果（3）转速快，抛落状态，冲击作用 ④ 应力公式：
粉末冶金原理第二章
(2)多相反应的特点
1)多相反应的速度方程式。 ① 界面上的化学反应速度比反应剂扩散到界面的速度快得 多，于是ci=0。这种反应是由扩散环节控制的，其速度=(D/δ) A(c-ci)=k1Ac0。 ② 化学反应比扩散过程的速度要慢得多，这种反应是由化 学环节控制的，其速度=，n是反应级数。
1.金属氧化物还原的热力学
3)位于图中最下面的几条关系线所代表的金属如钙、镁等与 氧的亲和力最大，所以，钛、锆、钴、铀等氧化物可以用钙、 镁作还原剂，即所谓的金属热还原。
1.金属氧化物还原的热力学
图2-10 金属氧化物Δ -T
例CO2还-2原就时ApCl2OO/是3生多成少反？应，求在1620℃下，Al2O3被
(2)多相反应的特点
③ 若扩散过程与化学反应的速度相近，这种反应是由中间 环节控制的。这种反应较普遍，在扩散层中具有浓度差，但 ci≠0。其速度=k1A(c-ci)=k2Acn，设n=1，则k1A(c-ci)=，所以c i=k1c/(k1+k2)，将ci值代入k1A(c-ci)得:速度=k1k2Ac/(k1+k2)=kA c。如果k2<<k1，则k=k2，即化学反应速度常数比扩散系数小 得多，扩散进行得快，在浓度差较小的条件下能够有足够的 反应剂输送到反应区，整个反应速度取决于化学反应速度， 过程受化学环节控制。如果k1<<k2，则k=k1=D/δ，即化学反 应速度常数比扩散系数大得多，扩散进行得慢，整个反应速 度取决于反应剂通过厚度为δ的扩散层的扩散速度,过程受扩 散环节控制。当过程为扩散环节控制时，化学动力学的结论 很难反映化学反应的机理。 2)多相反应的机理。
图2-11 氧化物的Δ -T图附加的专用坐标解说图
粉末冶金第一章(1)
（3）粉末冶金结构材料。又称烧结结构材料。能承受拉伸 、压缩、扭曲等载荷，并能在摩擦磨损条件下工作。
工程。
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三个重要历史阶段
我们把1909～1910年用粉末冶金工艺制得白炽 灯钨丝作为现代粉末冶金技术发展的标志。现 代粉末冶金技术发展经历了三个重要历史阶段 。
第一阶段：采用粉末冶金技术，能够生产出用 熔铸方法等其他技术无法制得的各类材料和制 品。在20世纪20年代，这一独特的工艺技术成 功地制造了硬质合金。
（6）粉末冶金高温材料。包括粉末冶金高温合金、难熔金 属和合金、 金属陶瓷 、弥散强化和纤维强化材料等。用 于高温下使用的涡轮盘、喷嘴、叶片及其他耐高温零部件 。
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5.粉末冶金未来
1）铁基结构合金的高精度﹑高质量﹑大数量产品。 2）致密高性能材料，主要是理想的密度和牢固性。 3）难加工材料的制造。 4）特殊合金，主要为包含有多相的组分，通过增强密度
粉末冶金第一章(1)
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课程地位及要求
“粉末冶金原理与工艺”是主要介绍粉末成形与烧结致密化 过程的相关原理和技术，是材料科学与工程专业的一门主 要技术基础课之一。 要求学生通过本课程的学习，在掌握粉末基本特性的基础 上，全面掌握粉末体的成形与烧结原理，具备利用粉末制 造各种粉末冶金材料及其零部件的相关理论、技术基础和 新材料的开发设计能力。
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1.粉末冶金工艺
原料粉末
粉末冶金原理重点
装球量：球磨筒内磨球的数量。
球料比：磨球与磨料的质量比电流效率：一定电量电解出的产物的实际质量与通过同样电量理论上应电解出的产物质量之比，用公式表示为ηi=M/（qIt)×100%粒度分布：指不同粒径的的颗粒在粉末总质量中所占的百分数，可以用某种统计分布曲线或统计分布函数描述。
松装密度：粉末在规定条件下自然填充容器时，单位体积内粉末的质量，单位为g/cm3。
振实密度：在规定条件下，粉末受敲打或振动填充规定容器时单位体积的粉末质量。
单颗粒：晶粒或多晶粒聚集，粉末中能分开并独立存在的最小实体。
一次颗粒：最先形成的不可以独立存在的颗粒，它只有聚集成二次颗粒时才能独立存在。
二次颗粒：由两个以上的一次颗粒结合而又不易分离的能独立存在的聚集颗粒称为二次颗粒。
压缩性: 粉末被压紧的能力成形性: 粉末压制后，压坯保持既定形状的能力净压力：单元系烧结：纯金属、固定化学成分的化合物和均匀固溶体的粉末烧结体系，是一种简单形式的固相烧结。
多元系固相烧结：由两种以上组元（元素、化合物、合金、固溶体）在固相线以下烧结的过程。
气氛的碳势：某一含碳量的材料在某种气氛烧结时既不渗碳也不脱碳，以材料中碳含量表示气氛中的碳势。
活化烧结：系指能降低烧结活化能，是体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行，烧结体性能得以提高的烧结方法。
氢损值：金属粉末的试样在纯氢气中煅烧足够长时间，粉末中的氧被还原成了水蒸气，某些元素与氢气生成挥发性的化合物，与挥发性金属一同排除，测的试样粉末的相对质量损失，称为氢损。
液相烧结：烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系烧结过程，即烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结。
机械合金化是指金属或合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨球之间长时间激烈地冲击、碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂，导致粉末颗粒中原子扩散，从而获得合金化粉末的一种粉末制备技术。
热等静压：把粉末压坯或把装入特制容器内的粉末体在等静高压容器内同时施以高温和高压，使粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程冷等静压：室温下，利用高压流体静压力直接作用在弹性模套内的粉末体的压制方法1、粉末制备的方法有哪些，各自的特点是什么？1 物理化学法1还原法：碳还原法（铁粉）气体（氢和一氧化碳）还原法（W,Mo,Fe,Ni,Cu,Co及其合金粉末）金属热还原法（Ta,Nb,Ti,Zr,Th,U）→SHS自蔓延高温合成。
粉末冶金原理第八章
8.3 物理性能与孔隙的关系
8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.3.4 8.3.5
传导性 磁性能 热膨胀性 导电性 表面性能
8.3.1 传导性
图8-12 烧结铁和烧结铜的 电导率λ与孔隙度θ的关系 1—按(8-29)式计算得到的曲线 2—在1150~1000℃烧结的多孔铁 3—在700~1000℃烧结的多孔铜
8.3.4 导电性
图8-15 烧结铁热导率与 孔隙度之间的关系
8.3.4 导电性
图8-16 烧结钢电导率与孔隙度的关系
8.3.4 导电性
表8-3 粉末冶金铜制品的物理及力学性能
8.3.5 表面性能
1.表面活性 2.耐蚀性 3.毛细吸附性
1.表面活性
大量孔隙的存在使多孔材料具有很大 的比表面，而比表面的大小又是决定 其使用性能的重要指标。测定开孔隙 比表面的方法很多，可以用类似于测 量粉末比表面的方法来测定。
5—铜 6—θ=35%的烧结铁
8.2.3 弹性模量与孔隙的关系
图8-8 各种铁基粉末冶金材料的 弹性模量E与孔隙度θ的关系
8.2.4 强度与孔隙的关系
图8-9 几种金属粉末烧结强度对 烧结密度的依赖关系
8.2.4 强度与孔隙的关系
图8-10 烧结强度对颗粒尺寸和 孔隙的依赖关系
8.2.5 韧性与孔隙的关系
8.3.2 磁性能
图8-13 环形产品磁性能测量
8.3.2 磁性能
图8-14 影响烧结铁磁性能的因素：气氛、密度、 冷却速度和烧结温度等
8.3.3 热膨胀性
多孔材料的热膨胀性低于对应成分的 致密材料。热膨胀产生于原子之间的 键合和原子振动。孔隙存在减少了总 的质量，但并不改变内在的原子结合 力。
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课程名称：粉末冶金学Powder Metallurgy Science第一早导论1 粉末冶金技术的发展史History of powder metallurgy粉末冶金是采用金属粉末（或非金属粉末混合物）为原料，经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。
粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。
.早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形，古埃及人用此法制造铁器件；.1700年前，印度人采用类似方法制造了重达6.5T的“ DELI柱”（含硅Fe合金，耐蚀性好）。
.19世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚）的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂，成为现代粉末冶金技术的基础。
.20世纪初，现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。
钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。
.1923年硬质合金的出现导致机加工的革命。
.20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。
随后，铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。
.20世纪40年代，二战期间，促使人们开发研制高级的新材料（高温材料），如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。
.战后，迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件（热锻）。
大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。
.粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。
2粉末冶金工艺粉末冶金技术的大致工艺过程如下：成形（模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等）烧结（加压烧结、热压、HIP等）粉末冶金材料或粉末冶金零部件—后续处理Fig.1-1 Typical Process ing flowchart for Powder Metallurgy Tech nique 3粉末冶金技术的特点.低的生产成本：能耗小，生产率高, 材料利用率高，设备投资少。
.材料成分设计灵活、微观结构可控（由工艺特征决定）：能制造普通熔练法不可能生产的材料，如 W-Cu SnO-Ag 、WC-Co Cu-石墨、金 属陶瓷（TiC-NiCr,AI 2Q-Ni 或 Cu,TiB 2-Cu 等）、弥散强化材料（AI 2Q-CU AI2Q-AI ，Y 2Q -Fe 基合金）、粉末超合金（非相图成分）、难熔金属及其合金如钨钼、含油 轴承、过滤材料等。
.高的性能：粉末高速钢、粉末超合金因无成分偏析和稳定的组织 （细的晶粒）而性能优于熔 炼法制备的合金；纳米材料，金属-陶瓷梯度复合材料（梯度硬质合金） 。
主要不足之处：.由于受设备容量的限制，传统粉末冶金工艺制造的粉末冶金零部件的尺寸较其 它加工方法（铸造，机加工等）小；.材料韧性不高；.零部件的形状复杂程度和综合力学性能有限等。
正被新型成形技术（如无模成形技术，温压成形，注射成形）逐步克服。
4粉末冶金材料及其零部件的应用由于粉末冶金材料及其零部件较其它加工方法制造的零部件的成本低， 以及其性能能满足特种要求，因而粉末冶金零部件和材料在国民经济各部门的应用十 分广泛。
如：.汽车制造业的各种粉末冶金零部件；.机加工工业中的切削用硬质合金和粉末高速钢刀具；.电子工业用粉末冶金磁性材料和电触头；.计算机的原器件用电子封装材料；.机械制造业的减磨零件和结构部零件；.航天航空业中的耐热材料及结构零部件；.家用电器中的微型轴承；.原子能材料；.武器系统和作战平台（高效、低成本）；.建材工业用金刚石工具材料等。
.环保与化工用催化剂及过滤器件。
总之，粉末冶金材料与人们的生活密不可分， 在国民经济和国防建设中发挥重大 作用。
而且，随着粉末冶金新技术和新工艺的开发与应用，粉末冶金的技术上的 优越性也更加显著，应用领域不断扩大。
如温压成形技术的出现使粉末冶金零部 件在轿车上的应用水平由原来的 13.2Kg/辆增加到22Kg/辆，大大扩大了粉末冶 金零部件的应用范围。
5粉末冶金的未来发展.大量高性能铁基粉末冶金结构零部件的开发与应用。
.组织均匀的全致密、高性能难加工材料的开发与应用。
.非平衡材料（amorphous,microcrystalline,metastable alloyS ..特种新型材料的开发与应用（纳米复合材料，梯度复合材料）.新型成型与烧结技术的开发T工艺流程短和加工温度低T 加工工序少 T 少切削、无切削.计算机仿真技术的应用6粉末冶金技术与其他材料加工技术间的关系粉末冶金作为一种加工方法，主要从成本和性能上弥补其他加工技术上的不足。
与其它加工技术一样同属材料科学与工程的范畴，为人类社会的文明和进步不断提供物质基础。
特别是，在新材料的研制和开发过程中，粉末冶金技术因其独特的工艺优势将继续发挥先导作用。
第二章粉末的性能与测试方法简介§粉末及粉末性能1粉末颗粒与粉末体的概念习惯上，人们按分散程度将自然界的固体分为三类，即致密体（＞1mm、粉末体（0.1卩m— 1mr、i和胶粒（＜0.1卩m、。
然而随着纳米技术的发展，现在看来，这一分类方法存在严重不足之处。
也就是说，超细颗粒与纳米颗粒均同属于粉末体的范筹。
粉末颗粒指组成粉末体的最小单位或个体，简称颗粒。
粉末体则是由尺寸小于1mm的颗粒及颗粒间孔隙所组成的集合体。
可流动性：由于粉末颗粒之间的相互作用力远低于通常固体内原子间作用力压缩性：由于颗粒间存在相当数量的孔隙，也具有可压缩的特性。
单个粉末颗粒可能是单一晶粒，也可能是多晶粒。
主要取决于粉末制备方法和制取工艺条件、颗粒大小和颗粒的晶体学特性。
2粉末颗粒的性质2.1颗粒的聚集状态由于粉末颗粒细小，具有发达的表面积，颗粒表面附近的原子活性很高，导致粉末颗粒发生某些聚集现象。
单颗粒：单个独立存在的颗粒被称为单颗粒（粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒）。
粗粉末通常以单颗粒形式存在。
一次颗粒（primary particle）:最先形成的不可以独立存在的颗粒，它只有聚集成二次颗粒时才能独立存在。
二次颗粒（secondary particle :由两个以上的一次颗粒结合而又不易分离的能独立存在的聚集颗粒被称为二次颗粒。
若能被分离，就成为单颗粒。
细粉末由于表面发达而结合，通常以二次颗粒的形式存在。
一次颗粒往往不能单独存在而聚集在一起，聚集力主要是物理作用力，而非强化学健结合一次颗粒粒度测定：惰性气体表面吸附方法BET 二次颗粒粒度测定：x-ray, optical microscope, TEM, SEM,light scatteri ng 团粒（agglomelate :由单颗粒或二次颗粒依靠范德华力粘结而成的聚集颗粒。
絮凝体（flocculate :在液体介质中由单颗粒或二次颗粒结合的更松软的聚集颗粒。
致密体：晶粒之间没有宏观的孔隙，靠原子间的键力联结粉末体：颗粒之间有许多小孔隙，而且联结面很小，面上的原子不可能形成强的键力2.2 颗粒表面形貌（surface morphology）粉末颗粒的表面形貌一般来说凹凸不平的，即使是采用机械破碎法制得的陶瓷粉末。
从理论上讲，粗大的颗粒在冲击载荷的作用下会发生沿一定晶面的解理断裂，形成平整的断裂面。
但由于受力状态的复杂性，解理面并非沿同一晶面进行，而发生惯穿多个晶面的断裂，从而导致颗粒表面的凹凸不平。
而对于通常的金属粉末的制备方法制取的粉末颗粒，由于出现优先成核与生长的客观条件，易形成凹凸不平的欠发育完整的表面。
2.3内部结构大部分的粉末颗粒系多晶结构，粉末颗粒内部存在许多缺陷，如空位、位错、晶格弯曲等，还存在孔隙、裂纹等。
另外还有夹杂（还原法制粉中更为突出）。
3粉末性能粉末性能包括物理性能（颗粒的密度、熔点和显微硬度等）、几何性能（颗粒形状，颗粒尺寸及其组成）、化学性质和工艺性能（松装密度，流动性，压缩性，成形性和烧结性能）。
特别是粉末的工艺性能受控于前三种粉末性能。
3. 1粉末的物理性能3. 1. 1颗粒密度材料的理论密度即无孔隙密度，一般不能代表颗粒密度。
这主要是因为大多数制粉方法所制备的粉末颗粒内含有孔隙（开孔或闭孔）和裂隙。
通常采用两种方法来表示颗粒的密度。
真密度（pore free density 即固体材料的理论密度。
除一些具有不同晶形的物质（碳、氧化锆、氧化铝、碳化硅等）以外，其它物质的粉末颗粒的真密度与其理论密度相同。
（颗粒质量用除去开孔和闭孔的颗粒体积除得的商值）有效密度（ffective particle density）系单位体积内粉末颗粒的质量。
颗粒中存在的闭孔体积计算在内。
很明显，它小于颗粒的真密度。
要精确测定粉末颗粒的有效密度几乎是不可能的。
一般采用比重瓶法测定其近似值，因而也称为比重瓶密度。
（即似密度D2）D2=（F2-F1）/[V-｛（F3-F2）/D 液｝]F1:比重瓶重量F2:含粉末后的比重瓶重量F3:比重瓶加粉末和充满液体之后的总重量V=（F3-F2）/D液粉末体积F3-F2 液体重量,F3-F2/D液液体体积D 液（水）=1形状因子：是表示实际粉末偏离球形的程度的；表面形状因子、体积形状因子，及两者的比值一比形状因子；S=fD2 V=kD3f:表面形状因子k:体积形状因子，二者之比m=f/k 比形状因子,如规则的球形体：S= n D2, V=（1/6）n D3表面形状因子为n ,体积形状因子等于n /6,比形状因子等于6. m=6; 边长为a的规则正方体，表面积等于6a2，体积等于a3，f=6，k=1，m=6;形状愈复杂，表面愈发达，表面积愈大，则比形状因子数值也愈大，树枝状粉末的比形状因子m=12-18,薄片状=80,角状m=10其他任何形状的颗粒，F/K均大于6;而且形状越是规则，颗粒的表面积越发达，则比形状因子就越大。
3. 1. 2显微硬度粉末颗粒的显微硬度主要取决于构成固体物质的原子间的结合力、加工硬化程度和纯度，左右着粉末的压缩性。
后二者主要受控于粉末制取方法。
如还原铁粉颗粒的显微硬度可采用适当的退火工艺来消除加工硬化、降低其中氧、碳含量，达到降低颗粒显微硬度的目的。
一般地，粉末强度愈高，硬度愈高，混合粉末的强度比合金粉末的硬度低，合金化可以使得金属强化，硬度随之提高；不同方法生产同一种金属的粉末，显微硬度是不同。
粉末纯度越高，则硬度越低，粉末退火降低加工硬化、减少氧、碳等杂质含量后，硬度降低。
颗粒的显微硬度值，在很大程度上取决于粉末中各种杂质与合金组元的含量以及晶格缺陷的多少，因此代表了粉末的塑性。
3. 3. 3粉末颗粒的熔点对于普通粉末冶金用金属粉末，粉末颗粒的熔点与固体的熔点几乎相同。
但当粉末颗粒的尺寸很小时，颗粒的熔点大幅度降低。