粉末冶金材料课程-第八章PPT课件
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粉末冶金ppt课件
22
（1）雾化法
粉
末 冶
• 特点：
金
– 生产效率高，成本低，易于制造高纯度
成
粉末；
型
– 合金粉末易产生成分偏析以及难以制得
小于300目的细粉。
• 应用
– 制造Fe 、Pb、Sn、Zn、Al、青铜、 黄铜等低熔点金属与合金粉末；
– 18-8不锈钢、低合金钢、镍合金等 粉末。
23
(2) 机械粉碎法 是靠压碎、击碎和磨削等作用，将
– 用回弹率表示，即线性 相对伸长的百分率，其 大小与模具尺寸计算有 直接关系。
33
• 称粉 就是
称量成型一 个压坯所需 的粉末的重 量或容量。
近两吨重大型坯料（用热等静压法）
18
粉末冶金成型
粉
§2 粉末冶金成型工艺简介
末
冶
金 成
粉料制备
压制成型
烧结
型
粉末冶金成品
烧结后的处理
19
§2 粉末冶金成型工艺简介
粉
一．粉料制备（粉末冶金原料）
末
冶 金
粉末冶金原材料（粉末）
成
型
纯金属
纯金属
种类
非金属 化合物
合金 化合物 复合金属粉末
制取方法选择：
• 特点：
从固态金属氧
– 该法简单，费用低 化 物 或 金 属 化 合 物
• 应用
中还原制取金属粉
– 目前铁粉大部分 由还原法生产。
末，是最常用的生 产方法之一。
26
（4）电解法
从金属盐水溶液中电
粉 末
解沉积金属粉末。
冶
• 特点：
金 成
– 电解末高纯度，高密度，高压缩性；
型
（1）雾化法
粉
末 冶
• 特点：
金
– 生产效率高，成本低，易于制造高纯度
成
粉末；
型
– 合金粉末易产生成分偏析以及难以制得
小于300目的细粉。
• 应用
– 制造Fe 、Pb、Sn、Zn、Al、青铜、 黄铜等低熔点金属与合金粉末；
– 18-8不锈钢、低合金钢、镍合金等 粉末。
23
(2) 机械粉碎法 是靠压碎、击碎和磨削等作用，将
– 用回弹率表示，即线性 相对伸长的百分率，其 大小与模具尺寸计算有 直接关系。
33
• 称粉 就是
称量成型一 个压坯所需 的粉末的重 量或容量。
近两吨重大型坯料（用热等静压法）
18
粉末冶金成型
粉
§2 粉末冶金成型工艺简介
末
冶
金 成
粉料制备
压制成型
烧结
型
粉末冶金成品
烧结后的处理
19
§2 粉末冶金成型工艺简介
粉
一．粉料制备（粉末冶金原料）
末
冶 金
粉末冶金原材料（粉末）
成
型
纯金属
纯金属
种类
非金属 化合物
合金 化合物 复合金属粉末
制取方法选择：
• 特点：
从固态金属氧
– 该法简单，费用低 化 物 或 金 属 化 合 物
• 应用
中还原制取金属粉
– 目前铁粉大部分 由还原法生产。
末，是最常用的生 产方法之一。
26
（4）电解法
从金属盐水溶液中电
粉 末
解沉积金属粉末。
冶
• 特点：
金 成
– 电解末高纯度，高密度，高压缩性；
型
粉末冶金知识PPT幻灯片课件
蒸汽处理
出货 精整
机加工
油浸
油浸
洗净
洗净
出货
出货
油浸
油浸
出货
出货
3
1.2 后处理的选用依据
• 后处理的选用：①根据客户图面要求；②根据产品的使用 要求。
• 1. 提高产品强度： • 1.1 热处理：适用于综合机械性能要求较高的产品，硬度
一般可以达到HRC25以上（Hv0.2 450以上）。产品一般是 承受较大载荷的齿轮及一些耐磨性较高的产品。 • 1.2 蒸汽处理：适用于综合机械性能要求中等的产品，硬 度一般可达到HRB70以上。此工艺在产品表面形成致密的 氧化膜保护层，耐磨性能较好。产品一般是压缩机的阀板 及电动工具类的压板。 2. 提高产品尺寸精度： 2.1 精整：适用于一些齿形精度较高或尺寸精度较高但
长，段长）；密度等。
29
30
31
• 成形机台吨位越大，所 能成形的产品也越大。
32
成形模具
下冲 芯棒 上冲
中模
33
上冲
中模
模具组立 下冲
芯棒
34
其他一些模具形式
35
成形三步曲（动作状态）
• 1.充填 • 2.压制 • 3.脱模
36
将粉末充填在模腔中
成形三步曲之：充填状态
37
上冲进入中模将粉末压制成生胚 成形三步曲之：压制状态
24
• 2.22对于轴套，隔套等定位零件，SMF40和SMF50系列 （对应MPIF FC和FN系列）均可，视其功能及工作要 求选用
• 对于荷重齿轮，链轮，凸轮和棘轮，推荐选用SMF50 系列其中的镍和钼均可起到提高强度和淬透性的作用
• 对于要求耐磨和高强度的产品，可以采用温压成形工 艺，并可采用高温烧结来提高密度与强度
粉末冶金材料概述
• 粉末冶金新工艺、新材料的发展； 如：粉末注射成形、金属陶瓷
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粉末冶金材料概述
现代粉末冶金技术与发展
• 技术特征： • 技术多样性;
粉末制备、成形、烧结技术多选择
• 工艺复杂性; • 手段先进性；
压机、烧结炉等设备与最新科技结合
• 性能优异性； • 零件复杂性； • 规模扩大性； • 成本低廉性。
530人，年销售额6210万 美元，人均年销售额97.25 万元人民币。
宁波粉末冶金厂
400人，年销售额1.2亿元，人 均年销售额30万元； 扬州保来得公司
300人，年销售额1.8亿元，人 均年销售额60万元； 国内一般粉末冶金厂
人均年销售2万元。
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粉末冶金材料概述
• 发展趋势
• 辐射领域越来越广
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粉末冶金材料概述
• PM Production of notch segment for truck transmission
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粉末冶金材料概述
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粉末冶金材料概述
• 采用PM技术制备材料/产品的缺点：
• 原料粉末价格较贵； • 模具成本高，靠产量规模降低费用； • 烧结制品残余孔隙影响性能； • 氧和杂质含量较高； • 制备高纯活性金属困难；
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粉末冶金材料概述
St*
*1st=0.9078
**Reflects P/M grade powders only includes stainless steels after 1996
Sourse:MPIF,JPMA,EPMA
International iron and steel powder Metal powder in
Return
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粉末冶金材料概述
现代粉末冶金技术与发展
• 技术特征： • 技术多样性;
粉末制备、成形、烧结技术多选择
• 工艺复杂性; • 手段先进性；
压机、烧结炉等设备与最新科技结合
• 性能优异性； • 零件复杂性； • 规模扩大性； • 成本低廉性。
530人，年销售额6210万 美元，人均年销售额97.25 万元人民币。
宁波粉末冶金厂
400人，年销售额1.2亿元，人 均年销售额30万元； 扬州保来得公司
300人，年销售额1.8亿元，人 均年销售额60万元； 国内一般粉末冶金厂
人均年销售2万元。
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粉末冶金材料概述
• 发展趋势
• 辐射领域越来越广
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粉末冶金材料概述
• PM Production of notch segment for truck transmission
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粉末冶金材料概述
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粉末冶金材料概述
• 采用PM技术制备材料/产品的缺点：
• 原料粉末价格较贵； • 模具成本高，靠产量规模降低费用； • 烧结制品残余孔隙影响性能； • 氧和杂质含量较高； • 制备高纯活性金属困难；
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粉末冶金材料概述
St*
*1st=0.9078
**Reflects P/M grade powders only includes stainless steels after 1996
Sourse:MPIF,JPMA,EPMA
International iron and steel powder Metal powder in
粉末冶金PPT课件
• 颗粒表面状态 ： 内表面、外表面、 全表面full surface ， 内 表 面 远 比 外 表 面 复 杂 complicated、丰富。
第8页/共149页
Part 2：粉末性能表征
2、化学性能 ChemistryFeatures
• 原材料成分elements与组成 compositions，纯度标准，粉末国家及部 级标准GB and BB
第15页/共149页
Part 2：粉末性能表征
Particle shape and the suggested qualitative descr第i1p6页t/o共1r4s9页
Part 2：粉末性能表征
• The equivalent spherical diameter can be determined from surface area, volume project area or settling rate measurements.
第21页/共149页
Part 2：粉末性能表征
• 球形度sphere ability ：与颗粒相同体积same volume的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积real surface area之比称为球形度。它不仅表征express 了颗粒的symmetry对称性，而且与颗粒的表面粗糙 程度有关。一般情况下，球形度均远小于1。
• Usually，coarse particle 颗粒以single 单 颗 粒 存 在 ， fine particles 由 于 表 面 big surface发达而结合binding together，以二 次颗粒形式存在。 第6页/共149页
Part 2：粉末性能表征
• 颗粒的内部结构：与颗粒的外部结构比较， compared with out surface structure, 颗 粒 的 very complicated structures in particles,内部结构非常复杂
第8页/共149页
Part 2：粉末性能表征
2、化学性能 ChemistryFeatures
• 原材料成分elements与组成 compositions，纯度标准，粉末国家及部 级标准GB and BB
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Part 2：粉末性能表征
Particle shape and the suggested qualitative descr第i1p6页t/o共1r4s9页
Part 2：粉末性能表征
• The equivalent spherical diameter can be determined from surface area, volume project area or settling rate measurements.
第21页/共149页
Part 2：粉末性能表征
• 球形度sphere ability ：与颗粒相同体积same volume的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积real surface area之比称为球形度。它不仅表征express 了颗粒的symmetry对称性，而且与颗粒的表面粗糙 程度有关。一般情况下，球形度均远小于1。
• Usually，coarse particle 颗粒以single 单 颗 粒 存 在 ， fine particles 由 于 表 面 big surface发达而结合binding together，以二 次颗粒形式存在。 第6页/共149页
Part 2：粉末性能表征
• 颗粒的内部结构：与颗粒的外部结构比较， compared with out surface structure, 颗 粒 的 very complicated structures in particles,内部结构非常复杂
粉末冶金原理简介课件
化学共沉淀法
总结词
通过化学反应使金属离子共沉淀形成均匀的金属氧化物或硫化物粉末。
详细描述
化学共沉淀法是一种制备金属粉末的方法，通过化学反应使金属离子共沉淀形成 均匀的金属氧化物或硫化物粉末。在沉淀过程中，控制溶液的pH值和浓度等条 件，使不同金属离子同时沉淀，形成成分均匀的混合物粉末。
喷雾干燥法
定义
粉末烧结是一种通过加热使粉末颗粒 间发生粘结，从而将它们转化为致由烧结和压制烧结。
烧结原理与过程
原理
烧结过程中，粉末颗粒通过表面扩散、粘性流动和塑性变形等机制相互粘结， 形成连续的固体结构。
过程
烧结过程通常包括加热、保温和冷却三个阶段，其中保温阶段是粉末颗粒粘结 的主要阶段。
能源领域
粉末冶金多孔材料可用于制造 燃料电池电极、核反应堆控制 棒等能源相关领域。
医疗器械
粉末冶金材料具有生物相容性 和耐腐蚀性，适用于医疗器械 制造，如人工关节、牙科植入
物等。
粉末冶金的发展历程
01
02
03
早期发展
粉末冶金起源于古代金属 加工技术，如青铜器时代 的铜合金制造。
20世纪发展
随着科技的发展，粉末冶 金在20世纪得到了广泛研 究和应用，涉及领域不断 扩大。
05
粉末冶金材料性能
力学性能
高强度和硬度
粉末冶金材料通过细晶强 化等手段，表现出较高的 硬度和强度，能够满足各 种复杂工况的需求。
良好的耐磨性
由于粉末冶金材料的晶粒 细小且均匀，其耐磨性优 于传统铸造和锻造材料。
抗疲劳性能
由于材料的内部结构均匀 ，可以有效抵抗疲劳裂纹 的扩展，提高零件的寿命 。
特点
粉末冶金具有能够制备传统熔炼 方法难以制备的合金、材料纯度 高、材料性能可调范围广、节能 环保等优点。
粉末冶金简介ppt课件
21
1、应满足装粉均匀性要求： 制件上不能有薄壁、窄键、尖端等，这些地方难以填充粉末，使压坯密度很不 均匀，容易掉边、掉角或变形开裂，还会因受力不均，造成模冲断裂：最小壁 厚不能小于1mm，齿厚需要在1mm以上，齿根及顶部要有R0.3以上的过渡圆弧， 这样才能是粉末易于流动和均匀充填。
22
如下图的零件，在压制时，尖角处往往不能成型，应将尖角处设计有R0.3的圆 角。图C所示的带台阶零件，为了便于粉末流动和充填，避免尖角处应力集中和 开裂，台阶处应设R0.25以上的圆角
48
2、不等高压坯密度均匀设计 a）多台阶类零件： 工作中主要承受载荷的工作段要求有较高强度，所以可以适当提高工作段的密 度。如下图所示的带边衬套类零件及带边带轮，它们的台阶边主要起安装限位 作用，所以可以用高度限位保证其台阶厚度即可，密度偏差并不影响其使用。
49
多台阶压坯的各台阶的厚薄差别很大，且台阶形状的复杂程度不同，这会影响 各台阶粉末充填量，从而引起各台阶密度不同。如图所示的变速凸轮，其宽窄 两处的密度差较大，产生的原因主要有两个方面：一是由于形状复杂，引起装 粉不均匀，二是在压形时，台阶处的粉料横向移动，使得宽窄两处装粉比发生 了变化，产生了密度差。反映到压坯上就是大端面上色质明显灰、亮度不同， 甚至造成大台阶厚薄不均，严重时，制品翘曲、端面各部硬度差较大
14
3、Ⅲ型压坯 指上、下端面都有两个台面的一类压坯。 通常由：阴模、两个上模冲、两个下模冲及芯棒所组成的模具成型，如下图所 示。
15
4、Ⅳ型压坯 指下端面都有三个台面的一类压坯，包括两个外台阶面类和凹槽类。 通常由：阴模、一个上模冲、三个下模冲及芯棒所组成的模具成型，如下图所 示。
16
5、Ⅴ型压坯 指上部有两个台面，下部有三个台面的一类压坯。 通常由：阴模、两个上模冲、三个下模冲及芯棒所组成的模具成型；“上三下 四”压坯，是目前粉末冶金成型机可压制成型的、形状最复杂的压坯，如下图 所示。
1、应满足装粉均匀性要求： 制件上不能有薄壁、窄键、尖端等，这些地方难以填充粉末，使压坯密度很不 均匀，容易掉边、掉角或变形开裂，还会因受力不均，造成模冲断裂：最小壁 厚不能小于1mm，齿厚需要在1mm以上，齿根及顶部要有R0.3以上的过渡圆弧， 这样才能是粉末易于流动和均匀充填。
22
如下图的零件，在压制时，尖角处往往不能成型，应将尖角处设计有R0.3的圆 角。图C所示的带台阶零件，为了便于粉末流动和充填，避免尖角处应力集中和 开裂，台阶处应设R0.25以上的圆角
48
2、不等高压坯密度均匀设计 a）多台阶类零件： 工作中主要承受载荷的工作段要求有较高强度，所以可以适当提高工作段的密 度。如下图所示的带边衬套类零件及带边带轮，它们的台阶边主要起安装限位 作用，所以可以用高度限位保证其台阶厚度即可，密度偏差并不影响其使用。
49
多台阶压坯的各台阶的厚薄差别很大，且台阶形状的复杂程度不同，这会影响 各台阶粉末充填量，从而引起各台阶密度不同。如图所示的变速凸轮，其宽窄 两处的密度差较大，产生的原因主要有两个方面：一是由于形状复杂，引起装 粉不均匀，二是在压形时，台阶处的粉料横向移动，使得宽窄两处装粉比发生 了变化，产生了密度差。反映到压坯上就是大端面上色质明显灰、亮度不同， 甚至造成大台阶厚薄不均，严重时，制品翘曲、端面各部硬度差较大
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3、Ⅲ型压坯 指上、下端面都有两个台面的一类压坯。 通常由：阴模、两个上模冲、两个下模冲及芯棒所组成的模具成型，如下图所 示。
15
4、Ⅳ型压坯 指下端面都有三个台面的一类压坯，包括两个外台阶面类和凹槽类。 通常由：阴模、一个上模冲、三个下模冲及芯棒所组成的模具成型，如下图所 示。
16
5、Ⅴ型压坯 指上部有两个台面，下部有三个台面的一类压坯。 通常由：阴模、两个上模冲、三个下模冲及芯棒所组成的模具成型；“上三下 四”压坯，是目前粉末冶金成型机可压制成型的、形状最复杂的压坯，如下图 所示。
粉末冶金原理简介PPT课件
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11
一、粉末制备技术
1. 在不同状态下制备粉末的方法 1.1 在固态下制备粉末的方法 1.2 在液态下制备粉末的方法 1.3 在气态下制备粉末的方法 2.常用的粉末制备方法 2.1 机械粉碎法 2.2 雾化法 2.3 还原法 2.4 气相沉积法 2.5 液相沉淀法 2.6 电解法 3. 本章小结
3.现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志： 1）克服了难熔金属（如钨、钼等）熔铸过程中产生的困难。1909 年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬质 合金的出现被誉为机械加工中的工业革命。
.
4
绪论
2）20世纪三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶 金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金制品少切削 甚至无切削的优点。
从金属熔盐电解制取金属和金属化合物粉末的
有熔盐电解法。
.
14
一、粉末制备技术
1.3 在气态下制备粉末的方法 （1）从金属蒸气中冷凝制取金属粉末的有蒸
气冷凝法；
（2) 从气态金属羰基物中离解制取金属、合 金粉末以及包覆粉末的有羰基物热离解法；
（3）从气态金属卤化物中气相还原制取金属、 合金粉末以及金属、合金涂层的有气相氢还原法；
杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕
氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯
度的材料。
4、粉末冶金能保证材料成分配比的正确性和
均匀性。Βιβλιοθήκη 5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的
产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶
金法制造能大大降低生产成本。
.
10
绪论
➢ 粉末冶金材料和制品的发展方向
.
13
一、粉末制备技术
粉末冶金材料PPT课件
16.5
600
7.1
245
21.0
800
7.3
260
25.5
7
浸铜烧结铁-石墨材料的性能
化学成分 （%） Fe Cu C
密度 抗拉强 度
（g/cm3）
（MPa）
延伸 率
（%）
硬度
（HB）
孔隙 度
（%）
0
8.02
468
8
74
0.25 7.94
593
5
78
余 15 0.5 7.89
644
4
87 2~3
• 铝基粉末冶金结构零件也在大批量生产。铝粉如此之软，以 致压制成形时，铝粉压坏强烈趋向于黏附在阴模。为克服这 种趋向，必须在铝粉中加人大量润滑剂。使用较粗的铝粉颗 粒，也能减小这种黏附倾向。铝基台金结构零件压坯是由元 素铝粉、铜粉、镁粉、硅粉及外加1.5％(质量分数）润滑剂 的混合粉压制成形的。压制时，采用低压制压力，以便压坯 具有足够高的开孔孔隙度．从而烧结时使润滑剂能迅速排出。
• 烧结温度位于600℃附近。烧结时铝与铜、镁及硅反应形成 液相。铝粉颗粒表面的氧化物层相当薄，因此液相得以在金 属粉末颗粒之间铺展和很好地接触。
• 最好的烧结气氛是-40℃左右的低露点、高纯氮气。往往在 烧结后随即进行热处理，以通过时效硬化强化台金。
33
1.3 烧结摩擦材料
• 1.3.1 概述 • 1.3.2 材料组成及摩擦条件对性能的影响 • 1.3.3 烧结摩擦材料的性能与制造工艺 • 1.3.4 发展方向
15
16
铜熔渗烧结钢结构
• 用铜熔渗烧结钢结构零件，可改进结构零件的密度均一性，提高结构 零件材料的抗拉强度、硬度、韧性、疲劳强度及冲击性能。烧结铁结 构零件，其各个截面的密度不同．熔渗铜可使各截面的密度趋于均一。
粉末冶金知识讲义(ppt 48页)
5、粉末性能及测定 成分－
金属粉末、合金粉末、金属化合物粉末；
聚集状态 单颗粒、 二次颗粒； 2－1
外形－球形、多角形、树枝形 2－4；
粒度： 粗粉－150～500微米； 中粉－40～150微米， 细粉－10～40微米； 极细粉－0.5～10微米 超细粉－0.5微米以下； 纳米粉－100纳米及以下；
粉末压坯，在适当的温度和气氛中， 所发生的物理化学变化， 由粉末颗粒的聚集体→晶粒的聚集体； 颗粒之间发生粘结、强度↑，多数情况下密度也↑ 粉末有自动粘结的倾向(比表面积大，能量高)， 特别是极细粉末；
烧结是制品达到所要求的性能－关键；
烧结的热力学过程 －5－1 ①烧结初期： 颗粒之间接触点或面 →晶体结合， 经过形核长大→烧结颈；即颗粒界面→晶粒界面， 烧结体不收缩，密度↑极小，强度、导电性明显↑
粉末冶金 简介
粉末冶金——制取金属粉末或用金属粉末(或金 属与非金属粉末)作为原料， 经成型、烧结，制取金属复合材料及各种制品 的工艺技术。
与陶瓷生产相似，
又称为金属陶瓷；
一、发展历史 公元前3000年，古埃及人用C还原氧化铁
制成海绵状的铁， 经高温锻造成致密块状的Fe, 再制出铁器； 本世纪初，电灯W丝问世(爱迪生发明)， 使粉末冶金得以迅速发展；
分类和牌号 YG类（钨钴类）
—Y、G：硬、钴，其后数字代表钴含量。 牌号后面的“C”表示为粗晶粒合金，
“X”表示细晶粒合金。 YT类（钛钨类）－除WC、Co外，
还有硬度比WC更高的TiC粉末。 耐磨性高但强度和韧性低。 YW类－新发展起来的硬质合金， 含有TaC，红硬性提高。 用来切削耐热钢、不锈钢、
2、多孔材料 含油轴承：Fe粉＋石墨粉＋硬脂酸锌＝混合、
粉末冶金概论PPT课件
机械合金化过程中，金属粉末在球磨罐中受到球磨球的反复撞击和摩擦，使粉末颗 粒逐渐细化，同时通过原子间的扩散和固态反应，实现合金化。
机械合金化制备的合金粉末具有优异的综合性能，如高硬度、良好的耐磨性和耐腐 蚀性等，广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。
化学共沉淀法
化学共沉淀法是一种制备金属或金属氧化物粉末的常用方法。
电子工业
粉末冶金材料可用于制造电子元件和 集成电路的封装外壳、散热器等。
国防工业
粉末冶金技术对于国防工业至关重要， 用于制造高性能的武器装备和军事器 材。
05
04
航空航天
粉末冶金材料具有高强度、轻量化的 特点，在航空航天领域中广泛应用于 制造飞机和火箭的结构件。
粉末冶金的发展历程
20世纪初
粉末冶金技术开始发展，主要用于制造含油轴承 和硬质合金。
粉末冶金在新能源领域的应用 主要包括风能、太阳能等领域
。
粉末冶金零件如粉末冶金轴承 、粉末冶金齿轮等在风力发电 机组中广泛应用，提高了风能
利用率。
粉末冶金材料在太阳能光伏电 池的制造过程中也发挥了重要 作用，提高了光电转换效率。
随着新能源技术的不断发展， 粉末冶金在高效储能、绿色能 源转换等方面的应用将具有广 阔前景。
在喷雾干燥法中，首先将原料溶液或悬浮液送入雾化器， 在雾化器中经压力或旋转作用形成细小液滴，然后在热空 气中迅速蒸发干燥，得到固体粉末。
喷雾干燥法制备的粉末具有粒度均匀、形状规则、流动性 好等优点，广泛应用于陶瓷、涂料、医药等领域。
热分解法
1
热分解法是一种通过加热分解含有目标产物的化 合物来制备金属或非金属粉末的方法。
05 粉末冶金材料
硬质合金
硬质合金是由硬质相和粘结剂 组成的粉末冶金材料，具有高 硬度、高耐磨性和良好的化学 稳定性。
机械合金化制备的合金粉末具有优异的综合性能，如高硬度、良好的耐磨性和耐腐 蚀性等，广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。
化学共沉淀法
化学共沉淀法是一种制备金属或金属氧化物粉末的常用方法。
电子工业
粉末冶金材料可用于制造电子元件和 集成电路的封装外壳、散热器等。
国防工业
粉末冶金技术对于国防工业至关重要， 用于制造高性能的武器装备和军事器 材。
05
04
航空航天
粉末冶金材料具有高强度、轻量化的 特点，在航空航天领域中广泛应用于 制造飞机和火箭的结构件。
粉末冶金的发展历程
20世纪初
粉末冶金技术开始发展，主要用于制造含油轴承 和硬质合金。
粉末冶金在新能源领域的应用 主要包括风能、太阳能等领域
。
粉末冶金零件如粉末冶金轴承 、粉末冶金齿轮等在风力发电 机组中广泛应用，提高了风能
利用率。
粉末冶金材料在太阳能光伏电 池的制造过程中也发挥了重要 作用，提高了光电转换效率。
随着新能源技术的不断发展， 粉末冶金在高效储能、绿色能 源转换等方面的应用将具有广 阔前景。
在喷雾干燥法中，首先将原料溶液或悬浮液送入雾化器， 在雾化器中经压力或旋转作用形成细小液滴，然后在热空 气中迅速蒸发干燥，得到固体粉末。
喷雾干燥法制备的粉末具有粒度均匀、形状规则、流动性 好等优点，广泛应用于陶瓷、涂料、医药等领域。
热分解法
1
热分解法是一种通过加热分解含有目标产物的化 合物来制备金属或非金属粉末的方法。
05 粉末冶金材料
硬质合金
硬质合金是由硬质相和粘结剂 组成的粉末冶金材料，具有高 硬度、高耐磨性和良好的化学 稳定性。
粉末冶金原理中文PPT课件
12
一、粉末制备技术
1. 在不同状态下制备粉末的方法 1.1 在固态下制备粉末的方法
（1）从固态金属与合金中制取金属与合金粉末的方法有机 械粉碎法和电化学腐蚀法；
（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；
（3）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。
3
绪论
1.粉末冶金——是一种利用制取到的金属粉末，或金属粉末与非金 属粉末的混合物作为原料，经过粉末成形和烧结制造金属材料、 复合材料以及各类型制品的工艺过程。粉末冶金法与生产陶瓷有 相似的地方，因此也叫金属陶瓷法。
2.粉末冶金的发展 粉末冶金方法起源于公元前三千多年。埃及人制造铁的第一方 法实质上采用的就是粉末冶金方法。
3.现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志： 1）克服了难熔金属（如钨、钼等）熔铸过程中产生的困难。 1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶 金硬质合金的出现被誉为机械加工中的工业革命。
4
绪论
2）20世纪三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶 金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金制品少切削 甚至无切削的优点。
23
一、粉末制备技术 （2）影响球磨的因素
球磨机中的研磨过程取决于众多因素：筒 内装料量、装球量、球磨筒尺寸、球磨机转 速、研磨时间、球体与被研磨物料的比例 （球料比）、研磨介质以及球体直径等。
24
一、粉末制备技术
例如：球磨筒转速n＝0.7-0.75n临界时，球体发生抛落； n＝0.6n临界时，球体发生滚动； n<0.6n临界时，球体
6
绪论
3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。 成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理力学性 能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。对于单元系和 多元系的烧结，若烧结温度比所用的金属及合金的熔点低， 则称之为固相烧结；若烧结温度一般比其中难熔成分的熔 点低，而高于易熔成分的熔点，则称为液相烧结。除普通 烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法烧结等特殊的烧 结工艺。
一、粉末制备技术
1. 在不同状态下制备粉末的方法 1.1 在固态下制备粉末的方法
（1）从固态金属与合金中制取金属与合金粉末的方法有机 械粉碎法和电化学腐蚀法；
（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；
（3）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。
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绪论
1.粉末冶金——是一种利用制取到的金属粉末，或金属粉末与非金 属粉末的混合物作为原料，经过粉末成形和烧结制造金属材料、 复合材料以及各类型制品的工艺过程。粉末冶金法与生产陶瓷有 相似的地方，因此也叫金属陶瓷法。
2.粉末冶金的发展 粉末冶金方法起源于公元前三千多年。埃及人制造铁的第一方 法实质上采用的就是粉末冶金方法。
3.现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志： 1）克服了难熔金属（如钨、钼等）熔铸过程中产生的困难。 1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶 金硬质合金的出现被誉为机械加工中的工业革命。
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绪论
2）20世纪三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶 金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金制品少切削 甚至无切削的优点。
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一、粉末制备技术 （2）影响球磨的因素
球磨机中的研磨过程取决于众多因素：筒 内装料量、装球量、球磨筒尺寸、球磨机转 速、研磨时间、球体与被研磨物料的比例 （球料比）、研磨介质以及球体直径等。
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一、粉末制备技术
例如：球磨筒转速n＝0.7-0.75n临界时，球体发生抛落； n＝0.6n临界时，球体发生滚动； n<0.6n临界时，球体
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绪论
3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。 成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理力学性 能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。对于单元系和 多元系的烧结，若烧结温度比所用的金属及合金的熔点低， 则称之为固相烧结；若烧结温度一般比其中难熔成分的熔 点低，而高于易熔成分的熔点，则称为液相烧结。除普通 烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法烧结等特殊的烧 结工艺。
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纳米材料的制备
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纳米材料的制备
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物理气相沉积法
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物理气相沉积法
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物理气相沉积法
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化学气相沉积法
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化学气相沉积法
32
液相合成法：沉淀法
共沉淀法-均相沉淀法 通过溶液中的化学反应使沉淀剂慢慢生成，从而克服了 由外界向溶液中加沉淀剂而造成沉淀剂不均匀性并使沉 淀剂不能在整个溶液中均匀反应的缺点 利用共沉淀法，可在制备过程中完成反应及掺杂过程
18
纳米材料的超塑性
超塑性的两个条件：较小的粒径，快速的扩散途径 例如随着粒径的减少，纳米TiO2和ZnO陶瓷的形变率敏感 度明显提高，体现出室温超塑性
19
纳米材料的热学性能
纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉 体低得多 由于颗粒小，表面能高，表面原子数多，纳米颗粒表面 原子近邻配位不全，活性大，熔化时所需内能小，熔点 低，烧结温度低粉末冶金材料应用与新发展 Nhomakorabea2
纳米材料
3
纳米材料
纳米材料按维数可以分为三类
• 零维：指空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗 粒、原子团簇等
• 一维：指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳 米棒、纳米管等
• 二维：指在三维空间中有一维处于纳米尺度，如超薄 膜，多层膜等
4
纳米材料发展历史
• 1990年以前，主要是在实验室探索用各种手段制备各 种材料的纳米颗粒和合成块体，研究评估表征方法， 探索纳米材料的特殊性能
• 1994年前，利用纳米材料的物理、化学和力学性能， 设计纳米复合材料，主要探索纳米复合材料的合成与 物性
• 1994年-至今：纳米组装体系，人工组装合成的纳米结 构的材料体系
5
纳米材料种类：原子团簇
• 1985年发现的C60，直径0.7nm
6
纳米材料种类：原子团簇
• 原子团簇不同于有特定大小和形状的分子、分子间以 微弱的结合力的松散分子团簇和周期性很强的晶体
• 碳纳米管可用作信息技术材料 • 碳纳米管作为高能电池电极材料
13
纳米薄膜
• 纳米薄膜是指有尺寸在纳米量级的晶粒，构成的薄膜 以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜
• 其性能强烈依赖于晶粒尺寸，膜的厚度、表面粗糙度 及多层膜结构
• 按纳米薄膜的应用性能分为：纳米磁性薄膜，纳米光 学薄膜，纳米气敏膜、纳米滤膜、纳米润滑膜及纳米 多孔膜
• 量子尺寸效应：粒子尺寸下降到接近或小于某一值 （激子波尔半径），费米能级附近的电子能级由准连 续变为奋力能级的现象
• 宏观量子隧道效应
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纳米材料的强度与硬度
• 纳米结构材料的硬度变化为： 一、硬度随着粒径的减小而增大 粒径为6nm的铜的硬度比粗晶试样增长了500% 二、当晶粒尺寸很小时，硬度随着粒径减小而降低
• 原子团簇的形式多样，尚未形成晶体，以化学键紧密 结合的聚集体
• 原子团簇有一元原子团簇（金属：Nan；Nin和非金属： C60）； 二元原子团簇（InnPm）， 多元原子团簇 （Vn（C6H6）m）
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纳米材料种类：纳米微粒
• 纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的 尺寸大于原子团簇，一般在1-1000nm
• 0-2复合：把纳米微粒分散到二维的纳米薄膜中， • 0-3复合：纳米微粒分散在常规固体粉体中 • 1-3复合：主要是碳纳米管、晶须与常规聚合物粉体的
复合 • 2-3复合：主要表现在插层纳米复合材料的合成
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纳米材料性质
• 小尺寸效应：光电声磁的变化
• 表面效应：纳米微粒的表面原子与总原子之比随着纳 米微粒尺寸的减少而大幅度增加
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纳米材料种类：纳米纤维
• 纳米纤维是材料的三维空间尺度上有两维处于纳米尺 度的线（管）状材料
• 纳米丝、纳米线、纳米棒 • 纳米电缆 • 碳纳米管
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碳纳米管
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碳纳米管
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碳纳米管性能
• 导电性：可以是金属性，也可以是半导体，根据部位 不同呈现不同的导电性
• 电子在碳纳米管的径向运动受到限制，表现出典型的 量子限域效应，而电子在轴向的运动不受任何限制
22
纳米材料的光学性能
光的吸收性主要表现在纳米材料对光的不透射性和不反 射性。 例如：对金属而言，纳米粒度大，则纳米粒子的颜色较 灰和浅黑，粒度减小，颜色越黑 金膜是透明的吗？
23
纳米材料的其他光性能
光学发光性能：用在半导体发光方面 光催化性质：表面积大，表面活性点多
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纳米材料的催化性质
例如：纳米TiO2用于光解水 金属复合纳米材料具有更强的催化选择作用，以粒径小 于100纳米Ni和Cu-Zn合金的纳米颗粒为主要成分制成的 催化剂可使有机物氢化的效率达到传统Ni催化剂的10倍
14
纳米块体
• 纳米块体材料是将纳米粉末高压成形或烧结，或控制 液体结晶而得到的纳米材料
• 纳米块体材料是在团簇和纳米粒子的研究基础上，并 在实际应用中发展起来的
15
纳米复合材料
• 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的 物质组合而成的一种多相固体材料
• 0-0复合：即不同成分、不同相或不同种类的纳米微粒 复合而成的纳米固体或液体，通常采用原位压块、原 位聚合、相转变、组合等方法实现
• 力学性能：具有极高的强度和极大的韧性，弹性模量 可达5Tpa，其强度是钢的100倍
12
碳纳米管应用
• 作为模板用于一维纳米线的合成，可得金属线或复合 线
• 碳纳米管在金属基或有机聚合物中形成复合材料，能 稳定存在并具有强化作用：加入铜中，减少摩擦损耗； 加入碳化硅中，得到韧性高的陶瓷，加入有机物中， 可以制造出力学强度较高的尼龙复合材料和聚甲基丙 烯酸甲酯复合材料
20
纳米材料的磁学性能
纳米微粒具有奇异的超顺磁性和较高的矫顽力
21
纳米材料的光学性能
光谱迁移：蓝移和红移
蓝移：主要是由于载流子或激子或发光离子受量子尺寸 效应而导致其量子能级分裂显著，带隙加宽
红移：由于表面与界面效应引起纳米微粒的表面张力增 大，是发光粒子所处的环境变化致使粒子的能级改变， 带隙变窄所引起
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液相合成法：水热法
将反应物和水在密闭容器中加热到高温高压时，反应物 发生变化形成纳米微粒的过程
反应物可以是金属盐、氧化物、氢氧化物以及金属粉末 的水溶液或液相悬浮液
以有机溶剂代替水，可以实现其他合成，如笨，甲苯或 乙二醇二甲醚
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液相合成法：溶胶凝胶法
纳米材料的制备
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纳米材料的制备
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物理气相沉积法
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物理气相沉积法
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物理气相沉积法
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化学气相沉积法
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化学气相沉积法
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液相合成法：沉淀法
共沉淀法-均相沉淀法 通过溶液中的化学反应使沉淀剂慢慢生成，从而克服了 由外界向溶液中加沉淀剂而造成沉淀剂不均匀性并使沉 淀剂不能在整个溶液中均匀反应的缺点 利用共沉淀法，可在制备过程中完成反应及掺杂过程
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纳米材料的超塑性
超塑性的两个条件：较小的粒径，快速的扩散途径 例如随着粒径的减少，纳米TiO2和ZnO陶瓷的形变率敏感 度明显提高，体现出室温超塑性
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纳米材料的热学性能
纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉 体低得多 由于颗粒小，表面能高，表面原子数多，纳米颗粒表面 原子近邻配位不全，活性大，熔化时所需内能小，熔点 低，烧结温度低粉末冶金材料应用与新发展 Nhomakorabea2
纳米材料
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纳米材料
纳米材料按维数可以分为三类
• 零维：指空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗 粒、原子团簇等
• 一维：指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳 米棒、纳米管等
• 二维：指在三维空间中有一维处于纳米尺度，如超薄 膜，多层膜等
4
纳米材料发展历史
• 1990年以前，主要是在实验室探索用各种手段制备各 种材料的纳米颗粒和合成块体，研究评估表征方法， 探索纳米材料的特殊性能
• 1994年前，利用纳米材料的物理、化学和力学性能， 设计纳米复合材料，主要探索纳米复合材料的合成与 物性
• 1994年-至今：纳米组装体系，人工组装合成的纳米结 构的材料体系
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纳米材料种类：原子团簇
• 1985年发现的C60，直径0.7nm
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纳米材料种类：原子团簇
• 原子团簇不同于有特定大小和形状的分子、分子间以 微弱的结合力的松散分子团簇和周期性很强的晶体
• 碳纳米管可用作信息技术材料 • 碳纳米管作为高能电池电极材料
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纳米薄膜
• 纳米薄膜是指有尺寸在纳米量级的晶粒，构成的薄膜 以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜
• 其性能强烈依赖于晶粒尺寸，膜的厚度、表面粗糙度 及多层膜结构
• 按纳米薄膜的应用性能分为：纳米磁性薄膜，纳米光 学薄膜，纳米气敏膜、纳米滤膜、纳米润滑膜及纳米 多孔膜
• 量子尺寸效应：粒子尺寸下降到接近或小于某一值 （激子波尔半径），费米能级附近的电子能级由准连 续变为奋力能级的现象
• 宏观量子隧道效应
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纳米材料的强度与硬度
• 纳米结构材料的硬度变化为： 一、硬度随着粒径的减小而增大 粒径为6nm的铜的硬度比粗晶试样增长了500% 二、当晶粒尺寸很小时，硬度随着粒径减小而降低
• 原子团簇的形式多样，尚未形成晶体，以化学键紧密 结合的聚集体
• 原子团簇有一元原子团簇（金属：Nan；Nin和非金属： C60）； 二元原子团簇（InnPm）， 多元原子团簇 （Vn（C6H6）m）
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纳米材料种类：纳米微粒
• 纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的 尺寸大于原子团簇，一般在1-1000nm
• 0-2复合：把纳米微粒分散到二维的纳米薄膜中， • 0-3复合：纳米微粒分散在常规固体粉体中 • 1-3复合：主要是碳纳米管、晶须与常规聚合物粉体的
复合 • 2-3复合：主要表现在插层纳米复合材料的合成
16
纳米材料性质
• 小尺寸效应：光电声磁的变化
• 表面效应：纳米微粒的表面原子与总原子之比随着纳 米微粒尺寸的减少而大幅度增加
8
纳米材料种类：纳米纤维
• 纳米纤维是材料的三维空间尺度上有两维处于纳米尺 度的线（管）状材料
• 纳米丝、纳米线、纳米棒 • 纳米电缆 • 碳纳米管
9
碳纳米管
10
碳纳米管
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碳纳米管性能
• 导电性：可以是金属性，也可以是半导体，根据部位 不同呈现不同的导电性
• 电子在碳纳米管的径向运动受到限制，表现出典型的 量子限域效应，而电子在轴向的运动不受任何限制
22
纳米材料的光学性能
光的吸收性主要表现在纳米材料对光的不透射性和不反 射性。 例如：对金属而言，纳米粒度大，则纳米粒子的颜色较 灰和浅黑，粒度减小，颜色越黑 金膜是透明的吗？
23
纳米材料的其他光性能
光学发光性能：用在半导体发光方面 光催化性质：表面积大，表面活性点多
24
纳米材料的催化性质
例如：纳米TiO2用于光解水 金属复合纳米材料具有更强的催化选择作用，以粒径小 于100纳米Ni和Cu-Zn合金的纳米颗粒为主要成分制成的 催化剂可使有机物氢化的效率达到传统Ni催化剂的10倍
14
纳米块体
• 纳米块体材料是将纳米粉末高压成形或烧结，或控制 液体结晶而得到的纳米材料
• 纳米块体材料是在团簇和纳米粒子的研究基础上，并 在实际应用中发展起来的
15
纳米复合材料
• 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的 物质组合而成的一种多相固体材料
• 0-0复合：即不同成分、不同相或不同种类的纳米微粒 复合而成的纳米固体或液体，通常采用原位压块、原 位聚合、相转变、组合等方法实现
• 力学性能：具有极高的强度和极大的韧性，弹性模量 可达5Tpa，其强度是钢的100倍
12
碳纳米管应用
• 作为模板用于一维纳米线的合成，可得金属线或复合 线
• 碳纳米管在金属基或有机聚合物中形成复合材料，能 稳定存在并具有强化作用：加入铜中，减少摩擦损耗； 加入碳化硅中，得到韧性高的陶瓷，加入有机物中， 可以制造出力学强度较高的尼龙复合材料和聚甲基丙 烯酸甲酯复合材料
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纳米材料的磁学性能
纳米微粒具有奇异的超顺磁性和较高的矫顽力
21
纳米材料的光学性能
光谱迁移：蓝移和红移
蓝移：主要是由于载流子或激子或发光离子受量子尺寸 效应而导致其量子能级分裂显著，带隙加宽
红移：由于表面与界面效应引起纳米微粒的表面张力增 大，是发光粒子所处的环境变化致使粒子的能级改变， 带隙变窄所引起
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液相合成法：水热法
将反应物和水在密闭容器中加热到高温高压时，反应物 发生变化形成纳米微粒的过程
反应物可以是金属盐、氧化物、氢氧化物以及金属粉末 的水溶液或液相悬浮液
以有机溶剂代替水，可以实现其他合成，如笨，甲苯或 乙二醇二甲醚
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液相合成法：溶胶凝胶法