粉末材料的制备、成形与固结.
材料工程基础-第六章 粉末材料的成形与固结
P0—初始接触应力 ρ—相对密度
θ0—(1-ρ) a=[ρ2(ρ-ρ0)]/θ0
成形方法
压力成形
增塑成形
浆料成形
模压成形 三轴压制 等静压成形 高能成形 挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
注浆成形 热压铸成形 流延法成形 压力渗滤 凝胶铸模成形 直接凝固成形
二、压力成形 1、 模压成形
压力成形
增塑成形
挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
浆料成形
二、增塑成形
1、挤压（挤出）成形： 利用压力把具有塑性的粉料通
过模具挤出来成形的，模具的形状就是成形坯体的形状。
单螺杆挤出机示意图
通心粉
➢ 2、轧膜成形（滚压或辊压成形）
将粉体和粘结剂、溶剂等置于置于轧辊上混 炼，使之混合均匀，伴随吹风，溶剂逐步挥发， 形成一层厚膜； 调整轧辊间距， 反复轧制，可制 得薄片坯料。
２、 粉末在压力下的运动行为
成形工艺主要有： 刚性模具中粉末的压制（模压） 弹性封套中粉末的等静压 粉末的板条滚压 粉末的挤压
受力过程的三个阶段
第一阶段：首先粉末颗粒发生重排； 第二阶段：颗粒发生弹塑性变形； 第三阶段：颗粒断裂。
压坯密度与压制压力的关系
在压制过程中，随着压力的增加，粉 体的密度增加、气孔率降低。人们对压 力与密度或气孔率的关系进行了大量的 研究，试图在压力与相对密度之间推导 出定量的数学公式。目前已经提出的压 制压力与压坯密度的定量公式（包括理 论公式和经验公式）有几十种之多，表 中所示为其中一部分。
成形的理论基础 粉末的工艺性能 粉末在压力下的运动行为 成形方法
一、成形的理论基础
１、粉体的堆积与排列
晶胞 BCC
粉末冶金制备工艺
粉末冶金制备工艺粉末冶金的制备工艺是一种非常重要的先进制造技术，它可以帮助工业生产制造出更为精密、复杂的金属产品。
粉末冶金制备工艺可以分为材料制备和成形处理这两大部分。
首先，我们来谈谈材料制备。
材料制备需要从金属原料中提取相应的金属粉末，通常采用磨粉机、流体化床或是加热熔化的方式，以获得细小的金属粉末。
在获得金属粉末后，如果要制备出具有一定性能的产品，就需要对粉末进行添加添加剂，以提高金属粉末的粒度分布，对金属粉末的表面特性进行改善，以及保证金属粉末的包覆稳定性。
接下来，我们来谈谈成形处理。
成形处理是粉末冶金制备工艺中最重要的环节，可以采用压制、挤压、锻造、熔覆等多种加工方法来实现。
其中，压制是用压力将金属粉末压入模型中的加工工艺，可以在低温下实现大规模生产，而且能够有效提高制品的尺寸精度和表面质量；挤压法则是使用挤压机和冲床来将金属粉末挤压成相应的结构，具有效率高、制品质量稳定性好的优点；锻造法则是利用机械压力将金属溶融后在冷却后形成目标特征结构的工艺，它可以实现高精度的加工；最后，熔覆法则是一种先熔化金属然后将其均匀地覆盖在金属零件表面的流体化覆盖工艺，以达到改善制品性能和非金属层的覆盖目的。
以上就是粉末冶金制备工艺的主要流程，它可以有效地提高制品的多功能性，使用粉末冶金技术生产出的产品具有质量好、容易自动化及尺寸精度高等特点，是一种十分有效的制备工艺。
粉末冶金制备工艺瞩目着它在汽车制造业、航空航天、医疗仪器、高性能高精度等领域的发展，为相关行业的技术进步和制造水平的提升带来了良好的影响。
粉末冶金制备工艺的发展将会对未来的制造业有重要的意义，会大大提高制造过程的效率，更有利于环境保护。
它可以有效地提高工业生产的质量，并能够有效的降低能耗，是未来制造业的一个理想状态。
因此，进一步加强研究和技术支持，改善粉末冶金制备工艺，完善完善生产过程，是未来工业面临的重要挑战。
粉末成形与烧结 ppt课件
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一、金属粉末的压坯强度
压坯强度是指压坯反抗外力作用保持其几何形状和尺寸不变的能 力，是反映粉末质量优劣的重要标志之一。粉末颗粒之间的联结 力大致可分为两种：
(1)粉末颗粒之间的机械啮合力 粉末的外表面呈凹凸不平的不规则形状，通过压制，粉末颗粒之 间由于位移和变形可以互相楔住和钩住，从而形成粉末颗粒之间 的机械啮合，这是使压坯具有强度的主要原因之一 。
制粒： 制粒是将小颗粒颗粒粉末制成大颗粒或团粒的工序，常用来改善粉末 的流动性。在硬质合金生产中，为了便于自动成形，使粉末能顺利充 填模腔必须先制粒。
混合： 混合一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。有 时候，为了需要也将成分相同而粒度不同的粉末进行混合，这种过程 称为合批。
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主要成形工艺分类 压力成形 （1）刚性模压制 （2）等静压成形 （3）爆炸成形 增塑成形 （1）粉末轧制（也可不用增塑剂） （2）粉末挤压 （3）粉末注射成形 （4）车坯、滚压
浆料成形 （1）注浆成形 （2）流延成形 （3）电泳成形 （4）直接凝固成形 （5）凝胶注模成形 其他成形 喷射成形等
粉末退火
提纯，软化粉末，稳定粉末结构，粉末钝化；
粉末混合
混粉、合批，使成分均匀；物理法与化学法；
成型剂
润滑剂、粘接剂、造孔剂；
制粒
小颗粒制成大颗粒，改善流动性；
加压与脱模
压制力、压制速度；保压时间；脱模力；
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压制前粉末要经过预处理，预处理包括：粉末退火、筛分、混合、 制粒、加润滑利等 。 退火： 目的：除杂、消除加工硬化、钝化。 退火温度根据金属粉末的种类而不同，通常为该金属熔点的 0.5~0.6Tm。
粉末的工艺流程
粉末的工艺流程粉末的工艺流程粉末加工是一种通过将固体材料研磨成粉末，并利用化学反应或物理过程将其固化成所需形状的工艺方法。
该工艺在金属、陶瓷、塑料等行业中广泛应用。
下面将介绍一种典型的粉末工艺流程。
首先，制备粉末原料。
选择适合的材料，例如金属合金、陶瓷颗粒等作为原料。
原料的制备包括破碎和磨细，通常使用破碎机和球磨机进行处理。
在破碎和磨细过程中，需要控制颗粒的大小和颗粒分布，以满足后续工艺需求。
其次，混合和制备预压坯体。
将磨细的原料进行混合，以确保原料的均匀性。
混合过程中通常使用搅拌器或其他混合设备。
混合完毕后，将混合物进行预压。
通过预压，可以获得更高的密度，并给后续的成型提供压力。
接下来，成型。
根据产品的需要，可以选择不同的成型方法，如压制成型、注射成型、挤压成型等。
压制成型是一种常见的方法，通过将预压坯体放入模具中，并施加压力，使其与模具形成所需形状。
注射成型适用于制造复杂形状的产品，通过将粉末与粘结剂混合后，注入模具中，经过固化后得到所需形状。
挤压成型通过将粉末放入挤压机中，并在高温高压下挤出所需形状。
然后，烧结。
烧结是粉末工艺中一个重要的步骤，通过加热原料，在一定的温度下使其粒子结合成块。
烧结过程中，原料中的粒子相互溶胀、扩散和结合形成致密的块体。
在烧结过程中，需要控制温度、时间和气氛，以确保产品的质量。
烧结后，产品将具有较高的密度和强度。
最后，后处理。
对于金属制品，可以进行后处理操作，如热处理和表面处理。
热处理可以通过改变温度和时间来改变产品的组织和性能。
表面处理可以通过电化学处理、电镀、喷涂等方法，使产品具有更好的表面性能。
总的来说，粉末的工艺流程包括原料制备、混合、制备预压坯体、成型、烧结和后处理等步骤。
这些步骤的操作需要严格控制，以确保产品的质量和性能。
粉末工艺的发展为制造业提供了更多的选择，可以制造出复杂形状和高性能的产品，同时还减少了材料的浪费和能源的消耗。
金属粉制备的工艺
金属粉制备的工艺金属粉制备是一种常见的金属制备工艺，它通过粉末冶金技术将金属材料转化为粉末状态，以便进行后续的加工和使用。
金属粉制备工艺包括粉末制备、粉末处理、粉末成形和粉末烧结等步骤。
金属粉制备的第一步是粉末制备，常见的方法有物理法和化学法。
物理法包括研磨法、机械合金化法、高能球磨法等，通过对金属块、片、粒等原料进行破碎、磨碎和混合等处理，得到所需的金属粉末。
化学法则是通过溶液化学反应或气相沉积的方法，将金属盐溶解于溶剂中，再通过还原、析出或沉积等方式，得到金属粉末。
物理法制备的金属粉末一般粒径较大，而化学法制备的金属粉末粒径较小。
粉末制备后，还需要对金属粉末进行处理，以提高其品质和性能。
处理方法包括粉末分类、表面处理和粉末成分调整等。
粉末分类是将制备好的金属粉末按照粒径和形状进行分级，以得到符合要求的粉末。
表面处理则是对金属粉末表面进行化学或物理的处理，以改变其表面性质和活性，提高粉末的适应性。
粉末成分调整则是对金属粉末的组成进行调整，以满足特定的要求。
粉末处理完成后，金属粉末可进行成形，成形方法包括压制成型和注射成型等。
压制成型是将金属粉末放入模具中，经过压制使其成形。
注射成型则是将金属粉末与有机物混合，通过压力将其注射到模具中，再通过加热或化学反应等方式，从而使其成形。
成形后的金属粉末形状多样，可根据需求进行调整。
最后一步是粉末烧结，烧结是将金属粉末经过高温和压力的作用，使其发生相互结合并形成致密的块状。
烧结温度和时间的选择要根据金属粉末的成分和要求来确定。
烧结后的金属粉末具有较高的强度和密度，且具备良好的机械性能和导电性能，可用于制备各种金属制品和零部件。
综上所述，金属粉制备的工艺可分为粉末制备、粉末处理、粉末成形和粉末烧结等步骤。
这些步骤的选择和操作对于金属粉制备的质量和性能均有重要影响，需要根据具体的金属材料和要求来确定。
金属粉制备工艺的发展和应用，不仅可以满足各种金属制品的需求，还有助于推动金属材料的研究和应用。
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法包括：
1. 烧结成型：将粉末材料加压成形后，在高温下进行烧结，使粉末颗粒粘结和合并，形成坚固的固体。
2. 注射成型：将粉末和粘结剂混合后注射到模具中，然后通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。
3. 挤出成型：将粉末和粘结剂混合后挤出成型，通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。
4. 粉末冶金成型：通过压制、烧结或热压等方式，将粉末材料制成金属产品或零件。
5. 粘结剂成型：将粉末材料与粘结剂混合后进行成型，其中粘结剂的作用是使粉末颗粒粘结在一起。
6. 激光烧结成型：利用激光束将粉末颗粒局部加热，使其熔化和熔接成形。
7. 真空烧结成型：在真空环境中进行烧结成型，可以减少氧化反应和杂质的产生，提高成品质量。
8. 喷雾成型：将粉末材料喷雾成细小颗粒，在加热或加压条件下使其固化成形。
粉末冶金工艺的基本工序模版
粉末冶金工艺的基本工序模版粉末冶金是一种通过将金属粉末经过压制和加热来制备金属制品的工艺。
它与传统的熔融冶金不同，不需要将金属完全熔化。
粉末冶金工艺具有高效、精确的特点，被广泛应用于汽车、航空航天、电子、能源等领域。
粉末冶金工艺的基本工序包括粉末制备、成型、烧结和后续处理，下面将对每个工序进行详细介绍。
一、粉末制备粉末制备是粉末冶金工艺的第一步，它的质量直接影响到最终制品的性能。
常见的粉末制备方法有机械法、化学法、电化学法和热分解法等。
其中，机械法是最常用的方法。
它包括机械合金化和机械研磨两个步骤。
1. 机械合金化机械合金化是将两种或多种金属粉末混合并进行球磨或挤压等加工，以实现金属间的原子扩散。
这种方法可以提高金属的强度和韧性。
机械合金化的关键是选择适当的合金化时间和合金化温度。
2. 机械研磨机械研磨是将金属块研磨成粉末的过程。
常见的机械研磨设备有球磨机、研磨机、超细研磨机等。
机械研磨的关键是选择合适的研磨介质和研磨时间，以获得均匀细小的金属粉末。
二、成型成型是将金属粉末按照设计要求进行形状加工的过程。
常见的成型方法有压制成型、注射成型和挤压成型等。
1. 压制成型压制成型是将金属粉末置于模具中，通过压力使其成形的方法。
压制成型可以分为干压和湿压两种。
干压是在没有任何添加剂的情况下进行的压制，而湿压则需要添加有机粘结剂或金属浆料。
2. 注射成型注射成型是将金属粉末与有机粘结剂混合，并通过注射机将混合物注入模具中，然后通过加热和固化使其成形的方法。
注射成型广泛应用于制备复杂形状的金属制品。
3. 挤压成型挤压成型是将金属粉末放置在挤压模中，并通过挤压机施加压力，使其通过模具的孔型流动并成形的方法。
挤压成型适用于制备长材料和管状材料等。
三、烧结烧结是将成型后的金属粉末在高温下进行加热，使其颗粒之间形成结合的过程。
烧结可以分为热压烧结和等静压烧结两种。
1. 热压烧结热压烧结是将金属粉末置于模具中，在高温和高压条件下进行形变和烧结的方法。
粉末粘接成型的介绍
粉末粘接成型的介绍粉末粘接成型是一种常用的制造工艺，通过将粉末料粘结在一起形成固体零件。
这种工艺广泛应用于诸多行业，包括航空航天、汽车、医疗器械等领域。
粉末粘接成型的过程通常包括以下几个步骤：粉末制备、粘接、烧结和后处理。
首先，需要将原材料制备成粉末的形式。
这个步骤非常关键，粉末的质量和粒度分布将直接影响最终零件的性能。
通常，粉末是通过研磨、球磨或雾化等方法制备而成。
接下来是粉末的粘接。
粘接过程中，需要添加一定的粘结剂或者使用压力来促使粉末颗粒之间产生相互作用力，从而实现颗粒的粘接。
粘接剂的选择要考虑到材料的性质和最终零件的要求，一般可选择有机胶水、陶瓷胶水或金属粘结剂等。
完成粘接后，需要进行烧结。
烧结是指在高温下将粘接好的粉末料加热，使其在固态下结合成密实的零件。
烧结温度和时间的选择要根据粉末的成分和形状来确定。
在烧结过程中，粉末颗粒之间会发生扩散和固态结合，从而形成具有一定强度和致密度的零件。
最后是后处理。
后处理包括清洗、修整和表面处理等步骤。
清洗是为了去除烧结过程中产生的残留物，保证零件表面的洁净度。
修整是为了去除零件表面的毛刺和不平整部分，提高零件的精度和外观。
表面处理可以进一步改善零件的性能，如增加耐磨性、耐腐蚀性和美观度等。
粉末粘接成型具有许多优点。
首先，它可以制造复杂形状的零件，包括内部结构和空腔。
其次，粉末粘接成型可以实现材料的高效利用，减少废料的产生。
此外，该工艺还可以制造多种材料的复合零件，如金属-陶瓷复合材料和金属-塑料复合材料等。
然而，粉末粘接成型也存在一些挑战和限制。
首先，粉末粘接成型的工艺比较复杂，需要控制多个参数，如粉末的成分、粒度分布、粘接剂的选择和烧结条件等。
其次，粉末粘接成型的制造周期相对较长，不适用于大批量生产。
此外，粉末粘接成型的零件通常具有较高的成本，主要是因为原材料的价格较高。
尽管存在一些挑战，粉末粘接成型仍然是一种非常有潜力的制造工艺。
随着材料科学和工艺技术的不断发展，粉末粘接成型将会在更多的领域得到应用，并为各行各业带来更多的创新和发展机会。
粉末成型原理
粉末成型原理粉末成型是一种常见的制造工艺，广泛应用于金属、陶瓷、塑料等材料的制造过程中。
通过将细小的粉末材料按照一定的形状、结构进行成型，最终获得具有所需性能的产品。
粉末成型的原理主要包括粉末制备、装料、成形和烧结等关键步骤。
首先，在粉末成型过程中，最为关键的一步是粉末的制备。
通常情况下，粉末材料需要经过粉碎、球磨等处理，以保证粉末颗粒的细小、均匀。
粉末材料的质量和性能直接影响最终成型产品的质量。
因此，粉末的制备工艺对于粉末成型工艺至关重要。
其次，装料是粉末成型的另一个重要环节。
在装料过程中，需要将制备好的粉末材料按照一定的配方比例填充到模具中。
粉末的装料方式多样，可以采用振实、压实或注射等方法，以确保粉末充分填充模具，并保证产品的成型精度和密实度。
在成形阶段，装载好粉末材料的模具经过压制和振实等工艺，使粉末材料在模具中获得所需的形状和结构。
通过施加力量，粉末颗粒之间发生变形和结合，最终形成具有一定强度和几何形状的初级产品。
最后，烧结是粉末成型的关键环节之一。
在烧结过程中，经过成形的粉末产品在高温条件下进行加热处理，使粉末颗粒发生熔融、扩散和结合，最终形成致密的成品。
烧结过程中需要控制温度、气氛等参数，以确保产品的致密性、结构稳定性及力学性能的稳定。
总的来说，粉末成型技术是一种高效、精密的制造方法，能够制备出具有复杂形状、优异性能的产品。
通过控制粉末制备、装料、成形和烧结等关键环节，可以实现粉末材料的精密加工和制造，满足不同行业对产品质量和性能的需求。
粉末成型技术在汽车、航空航天、医疗器械等领域具有广泛应用前景，为现代制造业的发展提供了重要支撑。
1。
第六章 粉末材料的成形与固结 第一节 粉末的成形与干燥
况以及润滑条件等一系列因素的影响。 2．等静压成形 （1）定义：借助高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体
密封容器内，高压流体的等静压力直接作用于弹性模套内的粉末上，使粉体各个 方向同时均衡受压，而获得密度分布均匀以及强度较高的压坯。
（2）工艺流程： （3）特点：
A）优点：收缩小（干燥收缩为 1%～4%，烧结收缩为 16%～17%），生坯强 度高，有机粘结剂用量低（2%～5%），并且可以成形形状复杂及大截面尺寸的 部件。
B）缺点：坯体干燥缓慢，颗粒分散不易均匀。 6．直接凝固成形 （1）定义：利用胶体颗粒的静电效应制备出固相体积分数高、分散性好的悬 浮体或料浆，再加入催化剂。料浆注入模具后，通过酶在料浆中的催化反应使泥 浆聚沉成形的方法称为直接凝固成形。 （2）工艺流程： （3）特点：
成形等。 (3) 按粉料成形状态分为三大类，即压力成形、增塑成形和料浆成形。
二、粉末成形的基本理论 1. 粉体的堆积与排列 (1) 堆积密度与排列方式关系 (2) 堆积密度与成形性能关系 (a). 小颗粒加入大颗粒间，使堆积密度增大，从而使成形性能变好。 (b). 颗粒尺寸小，松散密度小，成形性能差。 (c). 颗粒形状不规则，流动性差，松散密度小，不利于成形工艺的控制。 2. 粉末在压力下的运动行为 （1）粉末在压力下成形的工艺类型 a. 钢性模具中粉末的压制 b. 弹性封套中粉末的等静压 c. 粉末的板条静压以及粉末的挤压 （2）粉末在压力下的运动行为（分为三个阶段） a. 颗粒重排，颗粒间的架桥现象被部分消除，且颗粒间的接触程度增加。 b. 颗粒发生弹塑性变形。 c. 颗粒断裂。 （3）压制理论：压力 P=f（密度，气孔率）
粉末材料制备成形和固结
气相沉积制粉是通过某种形式 的能量输入，使气相物质发生气— 固相变或气相化学反应，生成金属 或陶瓷粉体。
物理气相沉积法 化学气相沉积法
粉末材料制备成形和固结
化学气相沉积法
一、化学气相沉积的反应类型
分解反应 a(气 A ) m(固 M ) n(气 N )
化合反应 a( 气 A ) b( 气 B ) m ( 固 ) M n( 气 N )
粉末材料制备成形和固结
➢ 双流雾化法
气雾化
水雾化
注：适合于金属粉末制备
粉末材料制备成形和固结
金属液由上方孔流出时与沿一定角度高速射击的气体或
水相遇，然后被击碎成小液滴，随着液滴与气体或水流的混 合流动，液滴的热量被雾化介质迅速带走，使液滴在很短的 时间内凝固成为粉末颗粒。
粉末材料制备成形和固结
雾化过程的四种情况
粉末材料制备成形和固结
3. 极大地降低了成分偏析，粉末成分均匀，某些有害相， 如高温合金中的相，可能因激冷而受到抑制，甚至消除。
4. 冷速提高，枝晶间距减小，晶粒细化，材料的晶体结构 向非稳态转变，可获得细晶、微晶、准晶直至非晶粉末。
粉末材料制备成形和固结
二、物理蒸发冷凝法
物理蒸发冷凝制粉是一种制备超微金属粉末的重要方法，采 用不同的能量输入方式，使金属气化，然后再在冷凝壁上沉积从 而获得金属粉末。由于粉末的粒度很小，比表面积很大，因而化 学活性很强。为防止金属粉末氧化，在冷凝室内一般都要通入惰 性气体。这样在金属蒸气脱离熔体的很短时间内，会被周围气体 迅速冷却，金属原子很快聚集成超微颗粒。同其他金属粉末制备 方法相比，物理蒸发冷凝法生产效率是较低的，但这种方法可获 得最小粒径达2 nm的纳米颗粒。
粉末冶金工艺的基本工序
粉末冶金工艺的基本工序粉末冶金是通过将金属或非金属原料制备成粉末，然后再在合适的条件下进行成型和烧结的一种工艺。
它在制造零部件、材料和复合材料等方面具有独特的优势，被广泛应用于各个领域。
粉末冶金工艺的基本工序包括粉末制备、成型和烧结三个环节。
一、粉末制备粉末制备是粉末冶金工艺的第一环节，也是整个工艺的关键环节。
粉末制备的质量直接影响着后续工序的成型和烧结性能。
常见的粉末制备方法主要有物理方法、化学方法和机械方法。
1.物理方法物理方法是指通过物理手段将块状原料制备成粉末。
常用的物理方法包括原子沉积、物理雾化、机械粉碎和气相反应等。
其中，原子沉积和物理雾化是制备高纯度粉末的主要手段，机械粉碎则适用于制备一些常规金属粉末。
2.化学方法化学方法是通过化学反应将液态原料转化为粉末。
常用的化学方法有溶胶-凝胶、气相沉积和气相反应等。
其中，溶胶-凝胶法适用于制备陶瓷粉末，气相沉积和气相反应适用于制备金属和合金粉末。
3.机械方法机械方法是通过机械冲击或切削等力的作用将原料制备成粉末。
常用的机械方法有球磨、机械合金化和高能球磨等。
这些机械方法适用于制备一些高性能合金粉末。
二、成型成型是将制备好的粉末按照一定的形状进行组织和排列的过程，目的是使粉末颗粒紧密结合，并得到所需的几何形状。
常见的成型方法有压制成型、挤压成型、注塑成型和3D打印等。
1.压制成型压制成型是将粉末填入模具中，然后施加压力将其压制成所需形状的方法。
常用的压制成型方法有冷压成型、热压成型和等静压成型等。
这些方法适用于制备各种形状的零件和材料。
2.挤压成型挤压成型是将粉末放在长形的模具中，然后通过挤压力将其挤压成所需形状的方法。
常用的挤压成型方法有直接挤压、间接挤压和旋转挤压等。
挤压成型适用于制备长形、管状和异形零部件。
3.注塑成型注塑成型是将粉末与有机或无机黏结剂混合后，在高温条件下进行注塑成型的方法。
注塑成型适用于制备复杂形状和小尺寸的零部件。
4.3D打印3D打印是一种通过逐层累积粉末来制造复杂形状的方法。
材料工程基础 复习材料
材料工程基础第一章材料的制备与合成1.制备材料的3种途径：⑴第一个途径：通过原材料熔化精炼提纯，冷凝成固体（多晶、单晶或非晶的结构）的途径。
⑵第二个途径：用多种方法制成备用的高纯粉末（单相或合金、化合物）原料，使其进一步加工固结成材的粉末冶金技术。
⑶第三个途径：从石油、天然气裂解产物中或煤炭等物质中获得化合物单体，将低分子的单体经过聚合反应合成为高分子聚合物，以块状或粉体等形式存在。
2.化工生产流程：攻头、保尾、控中间。
3.高炉炼铁原料：⑴铁矿石；⑵熔剂（作用：降低脉石熔点和去硫）；⑶燃料：常用的燃料主要是焦炭。
4.高炉炉渣：⑴主要由SiO2、Al2O3和CaO组成，并含有少量的MnO、FeO和CaS等。
⑵作用：①通过熔化各种氧化物控制金属的成分；②浮在金属液表面的炉渣能保护金属，防止金属被过分氧化，防止热量损失，起到隔热作用，保证金属不致过热。
5.造渣除P、S：P的含量高会引起钢的冷脆。
2Fe2P + 5FeO + 4CaO = 9Fe + (CaO) 4·P2O5钢中硫含量高，造成钢的热脆性。
FeS+CaO→CaS+FeO6.铝的生产流程电解法制备金属铝必须包括两个环节：一是从含铝的矿石中制取纯净的氧化铝；二是采用熔盐电解氧化铝得到纯铝。
7.炼铝过程中为什么要加入冰晶石（Na3AlF6）？①氧化铝的熔点（2050℃）太高，对电解设备的耐高温性能要求过高。
②当用冰晶石（熔点1010℃）作熔剂时，氧化铝溶解于其中（溶解度约10%），将与氧化= 938℃），这时可在1000℃以下进行电解。
通常的电解温度是铝形成低熔点共晶（T共950-970℃。
8. 单晶制备方法⑴熔体法：①提拉法；②坩埚下降法；③泡生法；④水平区熔法；⑤浮区法。
⑵常温溶液法：①降温法；②流动法；③蒸发法；④电解溶剂法；⑤凝胶法。
⑶高温溶液法①缓冷法；②助熔剂挥发法；③籽晶降温法；④溶液提拉法；⑤移动溶剂熔区法。
⑷其他相关方法：①水热法；②高温高压法；③焰熔法。
15粉末成形
润滑剂对脱模力的影响
润滑剂加入量对压坯性能的影响
（5）加压与脱模
压坯密度与压力关系
单向压制压坯的密度的不均匀性
单向压制不均匀性的克服 1单向压制，2添加润滑剂，3双向压制
轴套双向自动压制
影响压坯质量的主要因素 1.粉末性能(硬度、纯度、粒度、形状) 2.成型剂(润滑剂,粘结剂) 3.压制方式 4.保压时间,震动加压
塑性变形与颗粒重排对温压致密化的相对贡献
c(p)
0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00
0
Particle rearrangement, C (P) 1
Plastic deformation, C (P) 2
混合：将不同成分的粉末混合均匀的过程
合批：同类粉末或粉末混合物的混合
消除因粉末在运输过程中产生的偏析或在 粉末生产过程中不同批号粉末之间的性能 差异，获得性能均匀的粉末料
干混法：铁基及其它粉末冶金零件的生产
湿磨法：硬质合金或含易氧化组份合金的 生产WC与Co粉之间除产生一般的混合均匀 效果发生显著的细化效果
4)零件强度高(同质、同密度) 极限抗拉强度↑10%，烧结态达1200MPa 疲劳强度↑10% 若经适度复压，与粉末锻件相当
5)零件表面质量高 精度提高2个IT级 模具寿命长(模具磨损少)
6)压制压力降低 同压坯密度时，压力降低140Mpa 提高压机容量
温压过程的实质
塑性变形得以充分进行 加工硬化速度和程度降低 有效地减小粉末与模壁间的摩擦和降低粉 末颗粒间的内摩擦 便于颗粒间的相互填充 颗粒重排为主导机理 颗粒的塑性变形为前者提高协调性变形 成为后期的主导致密化机理
材料制备与加工期末复习重点(粉体部分)
材料制备与加工期末复习重点--粉体部分第二章 粉末材料制备1. 从制备过程来看，制粉方法可以分为几大类？各自主要特征是什么？ ① 机械制粉：通过机械破碎、研磨或气流研磨的方法机械法达到的最小粉体粒度有一定限制，而且制备过程中极易引入杂质，但具有成本低、产量高、制备工艺简单等特点。
② 物理制粉：采用蒸发凝聚或液体雾化的方法③ 化学制粉：依靠化学或电化学反应过程物理法和化学法，是通过相变或化学反应，经历晶核形成和晶体生长形成固体粒子，其工艺过程精细，粉体性能可控性好，成本相对较高。
2. 球磨包括哪几个基本要素？球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质3. 球磨方式有哪几种？滚筒式、振动式、搅动式。
4. 提高球磨效率的基本原则？提高球磨效率的两个基本准则：① 动能准则：提高磨球的动能。
② 碰撞几率准则：提高磨球的有效碰撞几率。
5. 雾化制粉中包含哪几个基本过程？① 过程一:一个大的液珠在受到外力冲击的瞬间，破碎成数个小液滴。
② 过程二:液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表面能降低，属于自发过程。
③ 过程三:液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。
6. 雾化制粉的两条基本准则？提高雾化制粉效率的两条基本准则：① 能量交换准则：提高液体从系统中吸收能量的效率，以利于表面自由能的增加；② 快速凝固准则：提高雾化液滴的冷却速度，防止液体微粒的再次聚集。
7. 沉淀法（直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法）沉淀法的原理：在难溶盐的溶液中，当浓度大于它在该温度下的溶解度时，就出现沉淀。
质分子或离子互相碰撞聚结成晶核，晶粒。
影响因素浓度、温度、pH 值、沉淀剂加入方式、反应时间等。
① 直接沉淀法：燥、煅烧获得所需粉体。
盐溶液→滴加沉淀剂→搅拌→沉淀物→洗涤→干燥→煅烧→粉体。
常使用铵盐法或草酸盐法。
AlCl 3+3NH 4OH →Al(OH)3+3NH 4Cl2Al(OH)3→Al 2O 3+3H 2O 机械制粉 物理制粉②共沉淀法：两种或两种以上金属盐溶液的混合沉淀过程。
粉末冶金工艺
将粉末通过漏斗喂入一对旋转轧辊之间使其压实成连续带坯的方法。将金属粉末通过 一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中，可轧出具有一定厚度、长度连续、强度适宜的板带 坯料。这些坯体经预烧结、烧结，再轧制加工及热处理等工序，就可制成具有一定孔隙度 的、致密的粉末冶金板带材。粉末轧制制品的密度比较高，制品的长度原则上不受限制， 轧制制品的厚度和宽度会受到轧辊的限制；成材率高为 80%～90%，熔铸轧制的仅为 60% 或更低。粉末轧制适用于生产多孔材料、摩擦材料、复合材料和硬质合金等的板材及带材。 2.4 粉浆浇注
挤压成形能挤压出壁很薄直经很小的微形小管，如厚度仅 0.01mm，直径 1mm 的粉末 冶金制品；可挤压形状复杂、物理力学性能优良的致密粉末材料，如烧结铝合金及高温合 金。挤压制品的横向密度均匀，生产连续性高，因此，多用于截面较简单的条、棒和螺旋 形条、棒（如麻花钻等）。 2.6 松装烧结成形
粉末未经压制而直接进行烧结，如将粉末装入模具中振实，再连同模具一起入炉烧结 成形，用于多孔材料的生产；或将粉末均匀松装于芯板上，再连同芯板一起入炉烧结成形， 再经复压或轧制达到所需密度，用于制动摩擦片及双金属材料的生产。 2.7 爆炸成形
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。 1.2.3 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。 1.3.粉末的工艺性能
第六章 粉末材料的成形与固结
工艺要求：
①固相烧结：应尽可能快地从低温升到高温以创造 体积扩散的条件，加速坯体的致密化，并缩短烧成时 间。
②液相烧结：液相烧结时，液相必须对固相有良好 的润湿性，这样液相可以围绕固相形成薄膜促进烧结； 固相在液相中应有一定的溶解度，这样可以改善润湿 性，并增加液相的相对数量，还可以借助液相进行物 质迁移；还应有一定的液相量，以填满颗粒的间隙为 限度。
分为湿法等静压和干式等静压。
19
2.2.1 湿法等静压
放入液压油或水等液体介质中加压成形。
20
2.2.2 干式等静压
将加压橡胶袋在高压容器中封紧，加料后的弹性模 送入压力室中，加压成形后退出来脱模。也可将模具 固定在高压容器中，加料封紧后加压成形，再取出。
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2.2.3 软模压制
在普通的压机上加压，通过软模将压力均匀地传递 给粉末，达到“等静压”的目的。
在某一特定压力下保持一段时间，可以使压力传递 得更加充分；有利于压坯中各部分的密度均匀；使粉 末中的空气有足够的时间逸出；给粉末之间的机械啮 合和变形以时间，有利于应变驰豫进行。
2.1.4 脱模
脱模时需要施加一定的压力。
弹性后效。
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2.2 等静压成形
借助高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入 耐高压的钢体密封容器内，高压流体的等静压力直接 作用于弹性模套内的粉末上，使粉体各个方向同时均 衡受压，而获得密度分布均匀以及强度较高的压坯的 方法。
30
4.1 注浆成形
把一定浓度的浆料注入石膏模中，与石膏相接触的 外围首先脱水（或脱其它有机溶液）、硬化，粉料沿 石膏模内壁成形出所需形状，经脱模、干燥后得到具 有一定形状和强度的坯体的方法。
料浆：流动性好，稳定性好，触变性小，含水（或 含液）量低，渗透性好，气体含量低。
粉末压制及烧结方法
粉末压制及烧结方法一、成形技术1、金属粉末注射成形技术( MIM)粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法，首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(约150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。
被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
由于在流动状态下，均匀填充模腔成形，模腔内各点压力一致，密度一致，消除了传统粉末冶金压制成形不可避免的沿压制方向的密度梯度，可以获得组织结构均匀、力学性能优异的近净成形零部件，并且产品的制造成本可以降低到传统工艺的20％～30％。
适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的金属零件。
缺点：去除粘结剂可能会产生气孔问题。
2、激光成型技术激光成型原理是用CAD生成的三维实体模型，通过分层软件分层、每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束，扫射液体、粉末或薄片材料，加工出要求形状的薄层，逐层积累形成实体模型。
同传统的制造方法相比较，激光成型显示出诸多的优点：（1）制造速度快、成本低、节省时间和节约成本，为传统制造方法注入新的活力，而且可实现自由制造，产品制造过程以及产品造价几乎与产品的批量和复杂性无关。
（2）采用非接触加工的方式，没有传统加工的残余应力的问题，没有工具更换和磨损之类的问题，无切割、噪音和振动等，有利于环保。
（3）可实现快速铸造、快速模具制造，特别适合于新产品开发和单间零件生产。
3、温压成形技术它是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和模具加热至150℃左右进行刚性模压制，最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压技术的发展与延伸。
该技术主要有以下几个方面的特点：能以较低的成本制造出高性能的铁基等粉末冶金零部件；提高零部件生坯密度；产品具有高强度；便于制造形状复杂以及要求精密的零部件；密度均匀等该技术目前主要用于生产铁基合金零件，同时人们正在研究用这种技术制备铜基合金、钛合金等其它材料零件。
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两种办法来实现
提高气体的入口压力
气体喷嘴的气体动力学设计
通过这两种办法使喷嘴出口端的气体流速达超音速
气流研磨三种类型：
旋涡研磨
冷流冲击 流态化床气流磨
旋涡研磨
粉末颗粒大多具有表面凹型特征，故称为蝶状粉末
冷流冲击
加速效应→加速后的气体可超过音速，颗粒撞击动能增大 冷却效应→气粉混合物的温度能降到零度以下，金属颗粒冷脆性提高 气压越大，粉末越细。
陶瓷粉：空气； 金属粉末：惰性气体或还原性气体。 由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研 磨粉的化学纯度一般比机械研磨法的要高。
气流研磨制粉的基本原则
1.动能准则：
提高粉末颗粒的动能 2.碰撞几率准则：
提高粉末颗粒的碰撞几率
由于粉末颗粒的运动是从流态气体中获得的，因此， 提高颗粒的动能必须要提高载流气体的速度。
球磨制粉包括四个基本要素：
球磨筒 磨球 研磨物料 研磨介质
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。
当的外力作用到脆性粉末颗粒上时，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，则颗粒的细化过程较为 复杂，存在着磨削、变形、加工硬化、断裂和冷 焊等行为。
颗粒大小和形状表征
粉体材料的组成单元——颗粒。
颗粒的大小和形状是粉体材料最重要的物
性特性表征量。
颗粒的大小
粒径
颗粒大小和形状表征 颗粒大小
直径D
直径D、高度H
？
第二节 粉末的制备
机械制粉
物理制粉 化学制粉
粉末的制备
机械制粉
物理制粉
化学制粉
机械研磨
气流研磨
液体雾化
蒸发凝聚
气相沉积
精细陶瓷 环 机 保 械
颗粒的分类
粗 颗 粒 （100～150μ m） 中 粉 体 （44～150μ m）
颗粒
细 粉 体 （10～44μ m）
极细粉体 （0.5～10μ m）
纳米颗粒 （＜ 0.1μ m）
第一节 粉末的表征与测量
颗粒大小和形状表征 粉体特性的表征 粉体的粒度与比表面测定
V临 2
42.4 D
(转 / 分)
D是磨筒的直径
滚筒球磨的转速应有一个限定条件
V临1< V
实际
< V临2
限定条件实际上与这一动能准则相
悖，因此滚筒球磨的球磨效率是很
有限的。为了克服这个不足，人们
又进一步开发了新的球磨方法。
振动球磨
搅动球磨
横臂均匀分布在不同高度上，并互成一定角度。球磨过程 中，磨球与粉料一起呈螺旋方式上升，到了上端后在中心 搅拌棒周围产生旋涡，然后沿轴线下降，如此循环往复。
绪
论
行
化 食 颜 能 电 建
业
工 品 料 源 子 材
用
途
涂料、油漆、催化剂、原料处理 粮食加工、调味料、保健食品、食品添加剂 偶氮颜料、氧化铁系列颜料、氧化铬系列 煤粉燃烧、固体火箭推进剂、水煤浆 电子浆料、集成电路基片、电子涂料、荧光粉 水泥、建筑陶瓷生产、复合材料、木粉 梯度材料、金属与陶瓷复合材料、颗粒表面改性 脱硫用超细碳酸钙、固体废弃物的再生利用、粉状污水处理剂 粒度砂、微粉磨料、超硬材料、固体润滑剂、铸造型砂
研磨时不存在象滚筒球磨那样有临界转速的
限制，因此，磨球的动能大大增加。
可以采用提高搅动转速、减小磨球直径的办
法来提高磨球的总撞击几率而不减小研磨球
的总动能，符合了提体传输粉料的一种研磨方法。
与机械研磨法不同，气流研磨不需要磨球及 其它辅助研磨介质。研磨腔内是粉末与气体的 两相混合物。
第七章 粉体材料的制备、成形与固结
绪论 • 粉末的表征与测量 • 粉末制取 • 粉末成形 • 粉末固结
绪论
绪
论
颗粒
粉体
绪
论
一次颗粒（单个颗粒）：指内部没有空 隙的致密材料。 一次颗粒的粉化过程是内部原子的 断键过程，要求高能量输入。 二次颗粒（颗粒聚集体）：是单个颗粒 以弱结合力构成，包含一次颗粒与孔隙。 二次颗粒的粉化过程是界面的弱结合 力断开，由界面能转变为表面能，能量输 入相对较弱。
一、 雾化制粉法
雾化法是一种典型的物理制粉方法，
是通过高压雾化介质，如气体或水强烈
冲击液流，或通过离心力使之破碎、冷 却凝固来实现的。
雾化机理
雾化
聚并
凝固
还原化合
电化学法
§7.2.1 机械制粉法
机械研磨 气流研磨
一、 机械研磨法
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。
能够提供动能的方法可以设计出许多种，例如有锤捣、 研磨、辊轧等，其中除研磨外，其他几种粉碎方法主要是 用于物料破碎及粗粉制备的。
1、球磨制粉
流态化床气流磨
流态化床气流磨的特点：
•可获得超细粉体，并且粉末粒度均匀； •由于气体绝热膨胀造成温度下降，所以可研磨低熔点物料； •粉末不与研磨系统部件发生过度的磨损，因此粉末杂质含量
少；
•针对不同的性质的粉末，可使用空气、N2、Ar等惰性气体。
§7.2.2 物理制粉法
雾化法 蒸发凝聚法
绪
论
粉体工程所涉及的行业
行 业
农 矿 冶 橡 塑 造 印 药 业 业 金 胶 料 纸 刷 物
用
途
粮食加工、化肥、粉剂农药、饲料、人工降雨催凝剂 金属矿石的粉碎研磨、非金属矿深加工、低品位矿物利用 粉末冶金、冶金原料处理、冶金废渣利用、硬质合金生产 固体填料、补强材料、废旧橡胶制品的再生利用 塑料原料制备、增强填料、粉末塑料制品、塑料喷涂 造纸填料、涂布造纸用超细浆料、纤维状增强填料 油墨生产、铜金粉、喷墨打印墨汁、激光打印和复印碳粉 粉剂、注射剂、中药精细化、定向药物载体、喷雾施药
不论何种性质的研磨物料，提高球磨效率的基 本原则是一致的。
球磨制粉的基本原则
1.动能准则：
提高磨球的动能 2.碰撞几率准则：
提高磨球的有效碰撞几率
球磨制粉的基本方式
滚筒式
振动式
搅动式
滚筒式球磨
转速较低时，球料混合体与筒壁做相对滑动运动并 保持一定的斜度。随转速的增加，球料混合体斜度增 加，抬升高度加大，这时磨球并不脱离筒壁； 转速达一临界值 V 临 1 时，磨球开始抛落下来，形成 了球与筒及球与球间的碰撞； 转速增加到临界转速 V 临 2 时，磨球的离心力大于其 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。