第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺
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2）雾化法(Atomization Method) 雾化法生产金属和合金粉末就是利用高压气体（空 气、惰性气体）或高压液体（通常是水）通过喷嘴作 用于金属液流使其迅速地碎化成粉末。 3）电解法(Electrolysis Method) 电解法既可以在水溶液中进行，也可以在熔盐状态 下进行。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
三、 可塑泥团的成型原理
1. 可 塑 泥 团 的 流 变 特 性 (Rheological Behavior)
图7－5为粘土泥团的应力－应变曲线。 图7－6表示了粘土的含水量与其应力－应变 －曲线的关系。
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
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•第一节 粉体成型原理
1）真空注浆（Suction Casting） 2）离心注浆（Centrifugal Casting） 3）压力注浆（Pressure Casting）
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
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•第四节 陶瓷材料的成型工艺
2. 可塑成型
可塑成型是对具有一定可塑变形能力的泥料进行 加工成型的方法。 （1）滚压成型（Roller Forming）
3）气相法制备粉末 ① 蒸发－凝聚法 ② 气相化学反应法
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第三节 粉末冶金的成型工艺术
第三节 粉末冶金（Powder Metallurgy）的成型工艺
一、 压制成型
1. 物料准备
（1）粉末的分级 （2）配料混合
圆锥形混料器如图7-13所示。 （3）混合料湿磨
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2. 影响泥团可塑性的因素
（1）固相颗粒大小和形状 一般地说，泥团中固相颗粒愈粗，呈现最大
塑性时所需的水分愈少，最大可塑性愈低；颗 粒愈细则比表面愈大，每个颗粒表面形成水膜 所需的水分愈多，由细颗粒堆积而成的毛细管 半径越小，产生的毛细管力越大，可塑性也高 。不同形状颗粒的比表面是不同的，因而对可 塑性的影响也有差异。 （2）液相的数量和性质
粉料含水量为3-7%时为干压成型；粉料含水量为 8-15%时为半干压成型。
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•第四节 陶瓷材料的成型工艺
二、 高技术陶瓷的成型工艺
1. 注浆成型法
（1）注浆成型 （2）热压铸成型（Hot Injection Moulding）
热压铸成型法是利用石蜡的热流性特点，与坯料 配合，使用金属模具在压力下进行成型的，冷凝后坯 体能保持其形状。它的成型过程如下：
P=p×S 式中：P--总压力，kg；
p--单位压制压力，kg/m3； S--与压力方向垂直的压坯受压面积，m2。
（4）脱模 压力去掉以后，压坯要从压模内脱出，从整体
压模中脱出的方法有两种，即将压坯向上顶出或 向下推出。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第三节 粉末冶金的成型工艺术
二、 粉浆浇注成型
单一颗粒（即纯粗颗粒或细颗粒）堆积时的 空隙率约40%。若用二种粒度（如平均粒径比为 10:1）配合则其堆积密度增大；而采用三级粒度 的颗粒配合则可得到更大的堆积密度。
5. 粉料的流动性(Flowing Property)
粉料虽然由固体小颗粒组成，但由于其分散 度较高，具有一定的流动性。当堆积到一定高度 后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥体（图 7-2），其自然安息角（偏角）α保持不变。
图7－15为空心注浆示意图。 图7－16为实心注浆示意图。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第四节 陶瓷材料的成型工艺
（2）强化注浆方法 强化注浆方法是在注浆过程中人为地施加外力
，加速注浆过程的进行，使得吸浆速度和坯体强 度得到明显改善的方法。
根据所加外力的形式，强化注浆可以分为真空 注浆、离心注浆和压力注浆等。
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•第二节 粉体制备技术
（2）化合物粉末的合成方法 1）固相法(Solid Reaction Process)制备
粉末 固相法就是以固态物质为初始原料来制备粉
末的方法。 ① 化合反应法 ② 热分解反应法 ③ 氧化物还原法
2）液相法制备粉末 液相法分为溶液法和熔液法两大类。 ① 溶液法 <1>生成沉淀法(Precipitation Method) a. 直接沉淀法 b. 均匀沉淀法 c. 共沉淀法
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
2. 颗粒的形态与拱桥效应
人们一般用针状、多面体状、柱状、球状等来 描述颗粒的形态。
粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得 多，就是因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙 图表，以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交 错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种 现象称为拱桥效应（见图7-1）。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
2.注浆成型对泥浆的工艺性能的要求
制备出的泥浆应能够满足下列基本要求 ：流动性好，稳定性好，适当的触变性， 含水量少，滤过性好，坯体强度高，脱模 容易，不含气泡。
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第二节 粉体制备技术
第二节 粉体制备技术
1.粉浆的制备
2.模具材料
浇注用的模具是用石膏做成的。
3. 浇注方法
可以用手工浇注，即所谓倾倒浇注法。也 可以用压缩空气浇注，即用压缩气体将粉浆 压入模具内。
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第三节 粉末冶金的成型工艺术
三、 楔形压制
楔形压制又称循环压制。其方法是用一只 楔形的上模冲，将粉末分段压制而成制品。 如图7-14所示。这种方法可以用一组楔形压 制循环示意图表示。
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
3）电解质的作用 向泥浆中加入电解质是改善其流动性和稳
定性的有效方法。
4）泥浆的pH值 pH值影响其解离程度，又会引起胶粒ζ-
电位发生变化，导致改变胶粒表面的吸力与 斥力的平衡，最终使这类氧化物胶溶或絮凝 。
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水分是泥团出现可塑性的必要条件。泥团中 水分适当时才能呈现最大的可塑性，如图7-7所 示。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
3. 对可塑坯料的工wk.baidu.com性能要求
可塑性好，含水量适当，干燥强度高，收 缩率小，颗粒细度适当，空气含量低。
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
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•第二节 粉体制备技术
二、 合成法(Synthetic)
1. 原料合成的目的和作用 2. 合成方法
（1）金属粉末的合成方法 1）还原法(Reduction Method) 还原法的基本原理就是所使用的还原剂对氧的亲和
力比相应金属对氧的亲和力大，因而能够夺取金属氧 化物中的氧而使金属被还原出来。
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•第三节 粉末冶金的成型工艺术
2. 压制工艺
（1）称料 称料量通常称为压坯的单重（允许一定的误
差）。压坯的单重可按以下公式计算：
Q=V×d×K 式中：Q--单件压坯的称料量（单重），kg；
V--制品的体积（由制品图算出），m3； d--制品要求密度，kg/m3； K--重量损失系数。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
二、 压制成型原理
压制成型是基于较大的压力，将粉状坯料在 模型中压成块状坯体的。
1. 压制成型过程中坯体的变化
（1）密度的变化 （2）强度的变化 （3）坯体中压力的分布 图7-3为单面加压是坯体内部压力分布情况 。
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
成型时，盛放着泥料的石膏模型和滚压头分别绕 自己的轴线以一定的速度同方向旋转。滚压头在转动 的同时，逐渐靠近石膏模型，并对泥料进行滚压成型 （图7-17）。 （2）塑压成型（Plastic Pressing）
它是将可塑泥料放在模型内在常温下压制成坯的 方法。
塑压成型的成型步骤如下（图7-18）。
3. 压制成型
•第一节 粉体成型原理
2. 影响坯体密度(Density)的因素
（1）成型压力 压制过程中，施加于粉料上的压力主要消耗在以下二
方面： 1）克服粉料的阻力P1，称为净压力。 2）克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2，称为消
耗压力。 压制过程中的总压力P=P1+P2，即成型压力。
（2）加压方式 图7-4为加压方式和压力分布关系图。 （3）加压速度 （4）添加剂的选用
称料方法有两种：（1）重量法；（2）容量 法。
（2）装料 将所称量的粉末装入模具中时，要求粉末在
模腔内分布均匀、平整，以保证压坯各部分压缩 比一致。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
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•第三节 粉末冶金的成型工艺术
（3）压制 压制通常在液压机或机械压力机上进行。压制
的总压力按下式计算：
•第一节 粉体成型原理
四、 泥浆/粉浆的成型原理
1. 泥浆的流变特性
（1）泥浆的流动曲线 图7-8为一些陶瓷原料泥浆的流动曲线。
（2）影响泥浆流变性能的因素 1）泥浆的浓度 图7-9为不同浓度的可塑泥浆的流动曲线。 2）固相的颗粒大小 一定浓度的泥浆中，固相颗粒越细、颗粒间平
均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻 力增大，流动性减少。
1）蜡浆料的制备 此工序的目的是为了将准备好的坯料加入到以石 蜡为主的粘结剂中制成蜡板以备成型用。 2）热压铸 图7-19为热压铸机的结构示意图。 3）高温排蜡 （3）流延成型（Doctor-Blade Casting Process ） 又叫带式浇注法、刮刀法。如图7-2第0七所章粉示末冶。金与陶瓷材料的成型工
第七章粉末冶金与陶瓷 材料的成型工艺
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2020/12/6
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
第一节 粉体成型原理
一、 粉料的基本物理性能
1.粒度(Particle Size)和粒度分布(Particle Size Distribution)
粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒半径r 或直径d表示。粒度分布是指多分散体系中各种 不同大小颗粒所占的百分比。
（2）粉体颗粒的吸附与凝聚(Coagulation) 一个颗粒依附于其它物体表面上的现象称之为附 着。而凝聚则是指颗粒间在各种引力作用下的团聚 。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
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4. 粉 料 的 堆 积 （ 填 充 ） 特 性 (Packing Property)
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第四节 陶瓷材料的成型工艺
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第四节 陶瓷材料的成型工艺
一、 普通日用陶瓷的成型工艺
1. 注浆成型
（1）基本注浆方法 基本注浆法可分为空心注浆(Slush Casting)（
单面注浆）和实心注浆（solid casting-或叫双面 注浆）两种。
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
3. 对压制用粉料的工艺性能要求
由于压制成型时粉料颗粒必须能充满模 型的各个角落，因此要求粉料具有良好的 流动性。为了得到较高的素坯密度，粉料 中包含的气体越少越好，粉料的堆积密度 越高越好。
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
一 、 粉 碎 (Porphyrization) 与 机 械 合 金 化 (Mechanical Alloying)方法
粉碎的过程是由机械能转变为粉料表面能的能量转化 过程。机械粉碎法因其设备定型化，产量大，容易操作 等特点，被广泛地应用于粉末生产中。
在相同的工艺条件下，添加少量的助磨剂往往可使 粉碎效率成倍地提高（图7-10）。
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
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3. 粉体的表面特性
（1）粉体颗粒的表面能(surface energy)和表面 状态
粉体颗粒表面的“过剩能量”称为粉体颗粒的表 面能。
表7-1是当粒径发生变化时，一般物质颗粒其原 子数与表面原子数之间的比例变化。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
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•第二节 粉体制备技术
<2> 溶 剂 蒸 发 法 (Solvent Vaporization Process) a.冰冻干燥法 b.喷雾干燥法 c.喷雾热分解法 d.② 熔液法 <1>等离子体喷射法 典型的等离子喷管如图7-11所示 <2>激光法 图7-12为激光法制超微粉工艺原理图。
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•第一节 粉体成型原理
三、 可塑泥团的成型原理
1. 可 塑 泥 团 的 流 变 特 性 (Rheological Behavior)
图7－5为粘土泥团的应力－应变曲线。 图7－6表示了粘土的含水量与其应力－应变 －曲线的关系。
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•第一节 粉体成型原理
1）真空注浆（Suction Casting） 2）离心注浆（Centrifugal Casting） 3）压力注浆（Pressure Casting）
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•第四节 陶瓷材料的成型工艺
2. 可塑成型
可塑成型是对具有一定可塑变形能力的泥料进行 加工成型的方法。 （1）滚压成型（Roller Forming）
3）气相法制备粉末 ① 蒸发－凝聚法 ② 气相化学反应法
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•第三节 粉末冶金的成型工艺术
第三节 粉末冶金（Powder Metallurgy）的成型工艺
一、 压制成型
1. 物料准备
（1）粉末的分级 （2）配料混合
圆锥形混料器如图7-13所示。 （3）混合料湿磨
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2. 影响泥团可塑性的因素
（1）固相颗粒大小和形状 一般地说，泥团中固相颗粒愈粗，呈现最大
塑性时所需的水分愈少，最大可塑性愈低；颗 粒愈细则比表面愈大，每个颗粒表面形成水膜 所需的水分愈多，由细颗粒堆积而成的毛细管 半径越小，产生的毛细管力越大，可塑性也高 。不同形状颗粒的比表面是不同的，因而对可 塑性的影响也有差异。 （2）液相的数量和性质
粉料含水量为3-7%时为干压成型；粉料含水量为 8-15%时为半干压成型。
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二、 高技术陶瓷的成型工艺
1. 注浆成型法
（1）注浆成型 （2）热压铸成型（Hot Injection Moulding）
热压铸成型法是利用石蜡的热流性特点，与坯料 配合，使用金属模具在压力下进行成型的，冷凝后坯 体能保持其形状。它的成型过程如下：
P=p×S 式中：P--总压力，kg；
p--单位压制压力，kg/m3； S--与压力方向垂直的压坯受压面积，m2。
（4）脱模 压力去掉以后，压坯要从压模内脱出，从整体
压模中脱出的方法有两种，即将压坯向上顶出或 向下推出。
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•第三节 粉末冶金的成型工艺术
二、 粉浆浇注成型
单一颗粒（即纯粗颗粒或细颗粒）堆积时的 空隙率约40%。若用二种粒度（如平均粒径比为 10:1）配合则其堆积密度增大；而采用三级粒度 的颗粒配合则可得到更大的堆积密度。
5. 粉料的流动性(Flowing Property)
粉料虽然由固体小颗粒组成，但由于其分散 度较高，具有一定的流动性。当堆积到一定高度 后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥体（图 7-2），其自然安息角（偏角）α保持不变。
图7－15为空心注浆示意图。 图7－16为实心注浆示意图。
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•第四节 陶瓷材料的成型工艺
（2）强化注浆方法 强化注浆方法是在注浆过程中人为地施加外力
，加速注浆过程的进行，使得吸浆速度和坯体强 度得到明显改善的方法。
根据所加外力的形式，强化注浆可以分为真空 注浆、离心注浆和压力注浆等。
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（2）化合物粉末的合成方法 1）固相法(Solid Reaction Process)制备
粉末 固相法就是以固态物质为初始原料来制备粉
末的方法。 ① 化合反应法 ② 热分解反应法 ③ 氧化物还原法
2）液相法制备粉末 液相法分为溶液法和熔液法两大类。 ① 溶液法 <1>生成沉淀法(Precipitation Method) a. 直接沉淀法 b. 均匀沉淀法 c. 共沉淀法
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
2. 颗粒的形态与拱桥效应
人们一般用针状、多面体状、柱状、球状等来 描述颗粒的形态。
粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得 多，就是因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙 图表，以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交 错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种 现象称为拱桥效应（见图7-1）。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
2.注浆成型对泥浆的工艺性能的要求
制备出的泥浆应能够满足下列基本要求 ：流动性好，稳定性好，适当的触变性， 含水量少，滤过性好，坯体强度高，脱模 容易，不含气泡。
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•第二节 粉体制备技术
第二节 粉体制备技术
1.粉浆的制备
2.模具材料
浇注用的模具是用石膏做成的。
3. 浇注方法
可以用手工浇注，即所谓倾倒浇注法。也 可以用压缩空气浇注，即用压缩气体将粉浆 压入模具内。
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•第三节 粉末冶金的成型工艺术
三、 楔形压制
楔形压制又称循环压制。其方法是用一只 楔形的上模冲，将粉末分段压制而成制品。 如图7-14所示。这种方法可以用一组楔形压 制循环示意图表示。
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第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
3）电解质的作用 向泥浆中加入电解质是改善其流动性和稳
定性的有效方法。
4）泥浆的pH值 pH值影响其解离程度，又会引起胶粒ζ-
电位发生变化，导致改变胶粒表面的吸力与 斥力的平衡，最终使这类氧化物胶溶或絮凝 。
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水分是泥团出现可塑性的必要条件。泥团中 水分适当时才能呈现最大的可塑性，如图7-7所 示。
第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工 艺
•第一节 粉体成型原理
3. 对可塑坯料的工wk.baidu.com性能要求
可塑性好，含水量适当，干燥强度高，收 缩率小，颗粒细度适当，空气含量低。
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二、 合成法(Synthetic)
1. 原料合成的目的和作用 2. 合成方法
（1）金属粉末的合成方法 1）还原法(Reduction Method) 还原法的基本原理就是所使用的还原剂对氧的亲和
力比相应金属对氧的亲和力大，因而能够夺取金属氧 化物中的氧而使金属被还原出来。
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2. 压制工艺
（1）称料 称料量通常称为压坯的单重（允许一定的误
差）。压坯的单重可按以下公式计算：
Q=V×d×K 式中：Q--单件压坯的称料量（单重），kg；
V--制品的体积（由制品图算出），m3； d--制品要求密度，kg/m3； K--重量损失系数。
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二、 压制成型原理
压制成型是基于较大的压力，将粉状坯料在 模型中压成块状坯体的。
1. 压制成型过程中坯体的变化
（1）密度的变化 （2）强度的变化 （3）坯体中压力的分布 图7-3为单面加压是坯体内部压力分布情况 。
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成型时，盛放着泥料的石膏模型和滚压头分别绕 自己的轴线以一定的速度同方向旋转。滚压头在转动 的同时，逐渐靠近石膏模型，并对泥料进行滚压成型 （图7-17）。 （2）塑压成型（Plastic Pressing）
它是将可塑泥料放在模型内在常温下压制成坯的 方法。
塑压成型的成型步骤如下（图7-18）。
3. 压制成型
•第一节 粉体成型原理
2. 影响坯体密度(Density)的因素
（1）成型压力 压制过程中，施加于粉料上的压力主要消耗在以下二
方面： 1）克服粉料的阻力P1，称为净压力。 2）克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2，称为消
耗压力。 压制过程中的总压力P=P1+P2，即成型压力。
（2）加压方式 图7-4为加压方式和压力分布关系图。 （3）加压速度 （4）添加剂的选用
称料方法有两种：（1）重量法；（2）容量 法。
（2）装料 将所称量的粉末装入模具中时，要求粉末在
模腔内分布均匀、平整，以保证压坯各部分压缩 比一致。
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（3）压制 压制通常在液压机或机械压力机上进行。压制
的总压力按下式计算：
•第一节 粉体成型原理
四、 泥浆/粉浆的成型原理
1. 泥浆的流变特性
（1）泥浆的流动曲线 图7-8为一些陶瓷原料泥浆的流动曲线。
（2）影响泥浆流变性能的因素 1）泥浆的浓度 图7-9为不同浓度的可塑泥浆的流动曲线。 2）固相的颗粒大小 一定浓度的泥浆中，固相颗粒越细、颗粒间平
均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻 力增大，流动性减少。
1）蜡浆料的制备 此工序的目的是为了将准备好的坯料加入到以石 蜡为主的粘结剂中制成蜡板以备成型用。 2）热压铸 图7-19为热压铸机的结构示意图。 3）高温排蜡 （3）流延成型（Doctor-Blade Casting Process ） 又叫带式浇注法、刮刀法。如图7-2第0七所章粉示末冶。金与陶瓷材料的成型工
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第一节 粉体成型原理
一、 粉料的基本物理性能
1.粒度(Particle Size)和粒度分布(Particle Size Distribution)
粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒半径r 或直径d表示。粒度分布是指多分散体系中各种 不同大小颗粒所占的百分比。
（2）粉体颗粒的吸附与凝聚(Coagulation) 一个颗粒依附于其它物体表面上的现象称之为附 着。而凝聚则是指颗粒间在各种引力作用下的团聚 。
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4. 粉 料 的 堆 积 （ 填 充 ） 特 性 (Packing Property)
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第四节 陶瓷材料的成型工艺
一、 普通日用陶瓷的成型工艺
1. 注浆成型
（1）基本注浆方法 基本注浆法可分为空心注浆(Slush Casting)（
单面注浆）和实心注浆（solid casting-或叫双面 注浆）两种。
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•第一节 粉体成型原理
3. 对压制用粉料的工艺性能要求
由于压制成型时粉料颗粒必须能充满模 型的各个角落，因此要求粉料具有良好的 流动性。为了得到较高的素坯密度，粉料 中包含的气体越少越好，粉料的堆积密度 越高越好。
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一 、 粉 碎 (Porphyrization) 与 机 械 合 金 化 (Mechanical Alloying)方法
粉碎的过程是由机械能转变为粉料表面能的能量转化 过程。机械粉碎法因其设备定型化，产量大，容易操作 等特点，被广泛地应用于粉末生产中。
在相同的工艺条件下，添加少量的助磨剂往往可使 粉碎效率成倍地提高（图7-10）。
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•第一节 粉体成型原理
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3. 粉体的表面特性
（1）粉体颗粒的表面能(surface energy)和表面 状态
粉体颗粒表面的“过剩能量”称为粉体颗粒的表 面能。
表7-1是当粒径发生变化时，一般物质颗粒其原 子数与表面原子数之间的比例变化。
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•第二节 粉体制备技术
<2> 溶 剂 蒸 发 法 (Solvent Vaporization Process) a.冰冻干燥法 b.喷雾干燥法 c.喷雾热分解法 d.② 熔液法 <1>等离子体喷射法 典型的等离子喷管如图7-11所示 <2>激光法 图7-12为激光法制超微粉工艺原理图。