粉末冶金制作详解
数个小液滴,假设在破碎瞬间液体温度不变,则液
体的能量变化可近似为液体的表面能增加。
很明显,雾化时液体吸收的能量与雾化液滴的粒径
存在一个对应关系,即:吸收的能量越高则粒径越
小;反之亦然。
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。
第一章 粉末的制备新技术
固态 粉末
1、金属(合金)→金属粉末:机械粉碎,电化腐蚀 2、金属氧化物(盐类)→金属粉末:还原法 3、金属+非金属化合物
→金属化合物粉末:还原-化合法
金属氧化物+非金属化合物
昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲
机械研磨 气流研磨
昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲
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。
磨球的动能是由转轴横臂的搅动提供的,研磨时不会存在象
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。同时还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,这样才符 合了提高机械球磨效率的两个基本准则。
气流研磨法
通过气体传输粉料的一种研磨方法。与机 械研磨法不同的是,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。根据粉料的化学性质,可采用不同 的气源,如陶瓷粉多采用空气,而金属粉末则 需要用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。
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:
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。
第一章 粉末的制备新技术
液态 粉末
1、液态金属(合金)→金属粉末:雾化法
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
行星式
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; 转速增加到某一值时,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,这个转速被称为临界转速V临2。
主要内容
第一章 粉末制备新技术 第二章 成型新技术 第二章 烧结技术
昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲
第一章 粉末的制备新技术
制备粉末的三种途径:
固态
液态 气态 粉末
昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲
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
还原化合
电化学法
昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲
过程三:液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。
提高雾化制粉效率基本准则
1、能量交换准则 提高单位时间、单位质量液体从系统中吸 收能量的效率,以克服表面自由能的增加。
2、金属盐溶液→金属粉末:置换法,溶液氢还原法,水溶液电 解法
3、金属熔盐→金属粉末:熔盐沉淀法,熔盐电法
昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲
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
过程一:大的液珠当受到外力冲击的瞬间,破碎成
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,当这些复 杂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,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。
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。
昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲
研磨的理论基础 ——机械力化学
物料颗粒受机械力作用而被粉碎时,还会发生物质结 构及表面物理化学性质的变化,这种因机械载荷作用导致 颗粒晶体结构和物理化学性质的变化称为机械力化学。
旋涡研磨
冷流冲击 流态化床气流磨
旋涡研磨
冷流冲击,气体压力急剧下降,形成绝热 膨胀过程。这一过程会同时产生两种效应
加速效应: 加速后的气体可超过音速; 冷却效应: 气粉混合物的温度能降到零度以下。
这两点对于颗粒的粉碎十分有利,其一是颗粒的撞 击动能增大,其二是金属颗粒的冷脆性提高。
颗粒结构变化,如表面结构自发地重组,形成非晶态结构 或重结晶 颗粒表面物理化学性质变化,如表面电性、物理与化学吸 附、溶解性、分散与团聚性质
在局部受反复应力作用区域产生化学反应,如由一种物质 转变为另一种物质,释放出气体、外来离子进入晶体结构 中引起原物料中化学组成变化。
球磨制粉
球磨制粉包括四个基本要素:
V临界 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
振动球磨
行星球磨
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。只要转速 和装球量合适,在任何情况下磨筒底部都不会出现死角由于