材料的合成與制備制粉技術

1、CompanyLOGO第一節(jié)第一節(jié) 粉末的物理性能粉末的物理性能q 粉末的分類粉末的分類 （ ）q 粉體的物理性能粉體的物理性能 由于細顆粒的團聚作用，粉體一般是大量顆粒的聚由于細顆粒的團聚作用，粉體一般是大量顆粒的聚合體。習慣上也把合體。習慣上也把聚合體稱為顆粒。聚合體稱為顆粒。 按按ISO3252定定義，義，晶粒晶粒（A）、）、顆粒顆粒（B）、）、聚合聚合體體（C）的區(qū)別如）的區(qū)別如右圖所示。右圖所示。 粉體的粒徑具有統(tǒng)計特征，而不是對單個顆粒的尺粉體的粒徑具有統(tǒng)計特征，而不是對單個顆粒的尺寸。所以，一般將寸。所以，一般將顆粒的平均大小稱為粒度顆粒的平均大小稱為粒度。 1 粒徑的統(tǒng)計特征粒

2、徑的統(tǒng)計特征 2 粒徑的表示方法粒徑的表示方法球形顆粒球形顆粒的直徑就是粒徑（的直徑就是粒徑（particle diameter）。）。非球形顆粒非球形顆粒的粒徑則用球體、立方體或長方體的尺寸表的粒徑則用球體、立方體或長方體的尺寸表示。示。 粒徑的主要表示方法有：等體積球相當徑、等表面粒徑的主要表示方法有：等體積球相當徑、等表面積相當徑、等沉降速度相當徑、投影徑以及篩分徑等。積相當徑、等沉降速度相當徑、投影徑以及篩分徑等。1） 等體積球相當徑：等體積球相當徑：用等體積球的直徑來描述不規(guī)則用等體積球的直徑來描述不規(guī)則形狀顆粒的尺寸。形狀顆粒的尺寸。2）等表面積球相當徑：）等表面積球相當徑：用等表

3、面積球的直徑來描述不用等表面積球的直徑來描述不規(guī)則形狀顆粒的尺寸。規(guī)則形狀顆粒的尺寸。3） 等沉降速度相當徑：等沉降速度相當徑：利用顆粒在液體中的沉降速度利用顆粒在液體中的沉降速度與粒徑的關系來確定顆粒的粒徑。與粒徑的關系來確定顆粒的粒徑。4） 投影徑：投影徑：利用顯微鏡觀察顆粒的投影，可測量顆粒利用顯微鏡觀察顆粒的投影，可測量顆粒的粒徑。的粒徑。5） 篩分徑篩分徑：當顆粒通過粗篩網(wǎng)并停留在細篩網(wǎng)上時，當顆粒通過粗篩網(wǎng)并停留在細篩網(wǎng)上時，粗細篩孔的孔徑范圍稱為篩分徑。粗細篩孔的孔徑范圍稱為篩分徑。 例如：例如：粉末的粒徑為粉末的粒徑為4560目表示該粉末可通過目表示該粉末可通過45目粗篩網(wǎng)，而

4、停留在目粗篩網(wǎng)，而停留在60目篩網(wǎng)上。目篩網(wǎng)上。 由于實際粉體大都由粒度不等的顆粒組成，所以它由于實際粉體大都由粒度不等的顆粒組成，所以它就存在一個粒度分布范圍，簡稱粒度分布。就存在一個粒度分布范圍，簡稱粒度分布。 粒度分布通常用簡單的圖表或函數(shù)形式來表示。粒度分布通常用簡單的圖表或函數(shù)形式來表示。 3 粉體的粒度分布（粉體的粒度分布（particle diameter distribution）1）頻度分布（微分型）：）頻度分布（微分型）：用橫坐標表示粒徑，縱坐標用橫坐標表示粒徑，縱坐標表示各粒徑對應的顆粒百分含量。表示各粒徑對應的顆粒百分含量。2）累積分布（積分型）：）累積分布（積分型）：

5、用橫坐標表示粒徑，用橫坐標表示粒徑，縱坐標表示小于縱坐標表示小于(或大于或大于)某粒徑的顆粒占全部顆某粒徑的顆粒占全部顆粒的百分含量。粒的百分含量。 粉體的粒子學特性包括粉體的粒子學特性包括粉體粒徑粉體粒徑、粒徑分布粒徑分布、粒子粒子形狀形狀、密度密度、流動性流動性、堆積密度堆積密度等，其中等，其中粉體的粒徑粉體的粒徑對對陶瓷的性能影響最為關鍵。陶瓷的性能影響最為關鍵。 粉體的粒徑減小，其單位質(zhì)量的粉體數(shù)目增加，表粉體的粒徑減小，其單位質(zhì)量的粉體數(shù)目增加，表面積增大，存儲于顆粒表面的表面能也隨之增加；相應面積增大，存儲于顆粒表面的表面能也隨之增加；相應地，會引起粉體的一些重要性能發(fā)生變化，尤其

6、是對超地，會引起粉體的一些重要性能發(fā)生變化，尤其是對超細粉。細粉。 1 材料的熔點降低材料的熔點降低 熔點降低這意味著陶瓷可以在更低的燒結溫度下致熔點降低這意味著陶瓷可以在更低的燒結溫度下致密化，能有效控制晶粒長大的傾向。例如，密化，能有效控制晶粒長大的傾向。例如，5m的氧的氧化鋯粉體的燒結溫度為化鋯粉體的燒結溫度為1800，而粒徑降到，而粒徑降到0.05m時，時，其燒結溫度僅為其燒結溫度僅為1200 。 2 蒸汽壓上升蒸汽壓上升 有利于控制燒結過程中的組分含量。有利于控制燒結過程中的組分含量。 3 顆粒表面反射率下降顆粒表面反射率下降 當金屬顆粒減小到納米級后，粉體顏色變黑，吸光當金屬顆粒減

7、小到納米級后，粉體顏色變黑，吸光性能極佳。性能極佳。 4 電阻率上升電阻率上升 納米納米Ag粉末的絕緣性極好。粉末的絕緣性極好。機 械 研 磨 氣 流 研 磨機 械 制 粉液 體 霧 化 蒸 發(fā) 凝 聚物 理 制 粉氣 相 沉 積 還 原 化 合 電 化 學 法化 學 制 粉粉 末 的 制 備（1 1）從固態(tài)金屬與合）從固態(tài)金屬與合金制取金屬與合金粉末金制取金屬與合金粉末的的 有有機械粉碎法機械粉碎法和和電電化腐蝕法化腐蝕法；在固態(tài)下制在固態(tài)下制取粉末的方法包括取粉末的方法包括（2 2）從固態(tài)金屬氧化物）從固態(tài)金屬氧化物及鹽類制取金屬與合金及鹽類制取金屬與合金粉末的有粉末的有還原法還原法；從金

8、；從金屬和非金屬粉末、金屬屬和非金屬粉末、金屬氧化物和非金屬粉末制氧化物和非金屬粉末制取金屬化合物粉末的有取金屬化合物粉末的有還原還原- -化合法化合法。（1 1）從液態(tài)金屬與）從液態(tài)金屬與合金制備金屬與合合金制備金屬與合金粉末金粉末: :霧化法；霧化法；（2 2）從金屬鹽溶液）從金屬鹽溶液置換和還原置換和還原金屬、合金屬、合金以及包覆粉末的置金以及包覆粉末的置換法、溶液氫還原法；換法、溶液氫還原法；（3 3）從金屬鹽溶液電）從金屬鹽溶液電解制金屬與合金粉末解制金屬與合金粉末的水溶液的水溶液電解法電解法, ,從金從金屬熔鹽電解制金屬和屬熔鹽電解制金屬和金屬化合物粉末的金屬化合物粉末的熔熔鹽電解

9、法鹽電解法。在液態(tài)下制備粉末在液態(tài)下制備粉末的方法包括的方法包括（1 1）從金屬蒸氣冷）從金屬蒸氣冷凝制取金屬粉末的凝制取金屬粉末的蒸蒸氣冷凝法氣冷凝法；consolidation from consolidation from metal steammetal steam在氣態(tài)制備粉末在氣態(tài)制備粉末的方法包括的方法包括（2 2）從氣態(tài)金屬羥基）從氣態(tài)金屬羥基物離解制取金屬、合物離解制取金屬、合金以及包覆粉末的羥金以及包覆粉末的羥基物基物熱離解法熱離解法; ; carbonyl vapor carbonyl vapor decompositiondecomposition。Coated par

10、ticlesCoated particles 固態(tài)固態(tài) 粉末粉末1 1、金屬（合金）、金屬（合金）金屬粉末：機械粉碎，電化腐蝕金屬粉末：機械粉碎，電化腐蝕2 2、金屬氧化物（鹽類）、金屬氧化物（鹽類）金屬粉末：還原法金屬粉末：還原法3 3、金屬非金屬化合物、金屬非金屬化合物 金屬化合物粉末：還原化合法金屬化合物粉末：還原化合法金屬氧化物非金屬化合物金屬氧化物非金屬化合物粉末的制備新技術粉末的制備新技術(1)(1) 機械研磨機械研磨 氣流研磨氣流研磨機械制粉方法的實質(zhì)就是利用動能來破壞材料的內(nèi)結合力，使材料分裂產(chǎn)生新的界面。機械研磨法機械研磨法 能夠提供動能的方法可以設計出許多種，例如有錘搗、研

11、磨、輥軋、等，其中除研磨外，其他幾種粉碎方法主要是用于物料破碎及粗粉制備的。 轉速較低時，球料混合體與筒壁做相對滑動運動并保持一定的斜度。隨轉速的增加，球料混合體斜度增加，抬升高度加大，這時磨球并不脫離筒壁； 轉速達一臨界值V臨1時，磨球開始拋落下來，形成了球與筒及球與球間的碰撞； 轉速增加到某一值時，磨球的離心力大于其重力，這時磨球、粉料與磨筒處于相對靜止狀態(tài)，此時研磨作用停止，這個轉速被稱為臨界轉速V臨2。 物料顆粒受機械力作用而被粉碎時，還會發(fā)生物質(zhì)結物料顆粒受機械力作用而被粉碎時，還會發(fā)生物質(zhì)結構及表面物理化學性質(zhì)的變化，這種構及表面物理化學性質(zhì)的變化，這種因機械載荷作用導致因機械載荷

12、作用導致顆粒晶體結構和物理化學性質(zhì)的變化稱為顆粒晶體結構和物理化學性質(zhì)的變化稱為機械力化學機械力化學。研磨的理論基礎研磨的理論基礎 機械力化學機械力化學 顆粒結構變化顆粒結構變化，如表面結構自發(fā)地重組，形成非晶態(tài)結構，如表面結構自發(fā)地重組，形成非晶態(tài)結構或重結晶或重結晶 顆粒表面物理化學性質(zhì)變化顆粒表面物理化學性質(zhì)變化，如表面電性、物理與化學吸，如表面電性、物理與化學吸附、溶解性、分散與團聚性質(zhì)附、溶解性、分散與團聚性質(zhì) 在局部受反復應力作用在局部受反復應力作用區(qū)域產(chǎn)生化學反應區(qū)域產(chǎn)生化學反應，如由一種物質(zhì)，如由一種物質(zhì)轉變?yōu)榱硪环N物質(zhì)，釋放出氣體、外來離子進入晶體結構轉變?yōu)榱硪环N物質(zhì)，釋放出

13、氣體、外來離子進入晶體結構中引起原物料中化學組成變化。中引起原物料中化學組成變化。球磨制粉包括四個基本要素：球磨筒磨球研磨物料研磨介質(zhì)球磨制粉球磨球磨筒筒 在球磨過程中，球磨筒將機械能傳遞到筒內(nèi)在球磨過程中，球磨筒將機械能傳遞到筒內(nèi)的球磨物料及介質(zhì)上，相互間產(chǎn)生正向沖擊力、的球磨物料及介質(zhì)上，相互間產(chǎn)生正向沖擊力、側向擠壓力、摩擦力等，當這些復雜的外力作用側向擠壓力、摩擦力等，當這些復雜的外力作用到脆性粉末顆粒上時，細化過程實質(zhì)上就是大顆到脆性粉末顆粒上時，細化過程實質(zhì)上就是大顆粒的不斷解理過程；粒的不斷解理過程； 如果粉末的塑性較強，則顆粒的細化過程較如果粉末的塑性較強，則顆粒的細化過程較為

14、復雜，存在著磨削、變形、加工硬化、斷裂和為復雜，存在著磨削、變形、加工硬化、斷裂和冷焊等行為，不論何種性質(zhì)的研磨物料，提高球冷焊等行為，不論何種性質(zhì)的研磨物料，提高球磨效率的基本原則是一致的。磨效率的基本原則是一致的。1.動能準則：提高磨球的動能2.碰撞幾率準則：提高磨球的有效碰撞幾率球磨制粉的基本原則滾筒式行星式振動式攪動式球磨制粉的基本方式球磨的基本規(guī)律球磨的基本規(guī)律 Basic regulation of mill球在滾筒中的基本狀態(tài)球在滾筒中的基本狀態(tài)轉速慢，轉速慢，瀉落狀態(tài)，瀉落狀態(tài)，摩擦效果摩擦效果 grinding轉速快，轉速快，拋落狀態(tài)，拋落狀態(tài)，摩擦摩擦,撞擊破碎撞擊破碎轉速

15、快，轉速快，拋落狀態(tài)，拋落狀態(tài)，撞擊破碎撞擊破碎colliding機械研磨機械研磨 適用范圍適用范圍 利用機械力將金屬或其它材料破碎制取粉末的方法，應用非常廣泛:脆性粉末制備 Brittle powders陶瓷粉末 Ceramic powder, 碳鋼 Carbon steel,陶瓷粉末:Hard alloying 硬質(zhì)合金; 最簡單的方法(Simplest method),最簡單的設備(Simplest Equi.), 最有效(Most effect)有方法之一. 也是能量效能利用率低的方法,能量利用率10%. Small than 10%percent Balls 球球MaterialsC

16、yindrical jar 球磨桶球磨桶僅需要僅需要干干 dry濕濕 wet至少有四種作用力在破碎粉末:這些都能形成破碎作用.Crush Particles. 那么破碎脆性brittle粉末所需要沖擊colliding力 應力與缺陷結構defect和裂紋擴展敏感程度相關.沖擊：沖擊：Collideing剪切：剪切：Shearing壓縮：壓縮：Compressing磨研：磨研：GrindingDd241181影響球磨效果的因素影響球磨效果的因素 factors to influence milling efficiencya、球料比球料比：ratio of powder and balls，一般

17、粉末填滿一般粉末填滿 球體之間的間隙球體之間的間隙b、球體直徑球體直徑：diameter of the balls 選擇范圍選擇范圍d、研磨介質(zhì)研磨介質(zhì)：medium 空氣、空氣、protective atmosphere ，lessen oxidation，alcohol， gas，avoiding assemble（團聚）（團聚）component segeration成分偏析，成分偏析，and dust（粉塵飛揚）（粉塵飛揚）c、填充率填充率：粉末和球占據(jù)球磨腔的比率：粉末和球占據(jù)球磨腔的比率 選擇范圍選擇范圍研磨介質(zhì)研磨介質(zhì): 干磨干磨:保護氣氛Atmosphere Protectiv

18、e. Anti-Oxidation 濕磨濕磨: 保護和效率; wet milling 濕磨介質(zhì):水, 乙醇等; milling medium wet grind split 濕磨尖壁 作用, 有利于裂紋擴展Crack propagation 減少泠焊. Decrease cold welding Increasing the grinding efficiency橫臂均勻分布在不同高度上，并互成一定角度。球磨過程中，磨球與粉料一起呈螺旋方式上升，到了上端后在中心攪拌棒周圍產(chǎn)生旋渦，然后沿軸線下降，如此循環(huán)往復。只要轉速和裝球量合適，在任何情況下磨筒底部都不會出現(xiàn)死角由于磨球的動能是由轉軸橫臂的

19、攪動提供的，研磨時不會存在象滾筒球磨那樣有臨界轉速的限制，因此，磨球的動能大大增加。同時還可以采用提高攪動轉速。減小磨球直徑的辦法來提高磨球的總撞擊幾率而不減小研磨球的總動能。 v 工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量大;v 整個過程在室溫固態(tài)下進行，無需高溫熔化，工藝簡單靈活。v 合成制備材料體系廣，不受平衡相圖的限制。v 可得到其它技術較難得到的組織結構，如寬成分范圍的非晶合金、超飽和固溶體、納米晶合金及原位生成的超細彌散強化結構。v 可合成制備常規(guī)方法無法得到的合金，特別是不互溶體系合金、熔點差別大的合金、比重相差大的合金及蒸汽壓相差較大的合金等難熔合金的制備。v 根據(jù)需要，制備的合金粉末既可

20、作為最終產(chǎn)品使用，也可利用成熟的粉末冶金成型工藝制備塊體產(chǎn)品材料。 高能球磨作為材料合成制備的新技術有其獨特的強大魅力。時至今日，它已發(fā)展成為一門重要的材料制備新技術，在新材料的開發(fā)和材料科學的研究中發(fā)揮著重要作用。 高能球磨工藝特點氣流研磨法 通過氣體傳輸粉料的一種研磨方法。與機械研磨法不同的是，氣流研磨不需要磨球及其它輔助研磨介質(zhì)。研磨腔內(nèi)是粉末與氣體的兩相混合物。根據(jù)粉料的化學性質(zhì)，可采用不同的氣源，如陶瓷粉多采用空氣，而金屬粉末則需要用惰性氣體或還原性氣體。由于不使用研磨球及研磨介質(zhì)，所以氣流研磨粉的化學純度一般比機械研磨法的要高。1.動能準則：提高粉末顆粒的動能2.碰撞幾率準則：提高

21、粉末顆粒的碰撞幾率氣流研磨制粉的基本原則由于粉末顆粒的運動是從流態(tài)氣體中獲得的，因此，提高顆粒的動能必須要提高載流氣體的速度。兩種辦法來實現(xiàn)兩種辦法來實現(xiàn)提高氣體的入口壓力氣體噴嘴的氣體動力學設計通過這兩種辦法使噴嘴出口端的氣體流速達超音速氣流研磨三種類型：氣流研磨三種類型：旋渦研磨冷流沖擊流態(tài)化床氣流磨加速效應：加速后的氣體可超過音速；冷卻效應：氣粉混合物的溫度能降到零度以下。這兩點對于顆粒的粉碎十分有利，其一是顆粒的撞擊動能增大，其二是金屬顆粒的冷脆性提高。 夾帶有粉料的高壓氣流通過一個稱為拉瓦爾管型硬質(zhì)合金噴嘴噴向空間時，氣體壓力急劇下降，形成絕熱膨脹過程。這一過程會同時產(chǎn)生兩種效應流化

22、床超微氣流粉碎是將待粉碎物料放置在設備容器中，從設備容器下方通入空氣，進行粉碎。而循環(huán)流化床，則是將設備容器下方送入空氣的速度提高，使容器里的物料顆粒被吹起呈沸騰狀態(tài)懸浮粉碎。同時在容器的上部出口，通過高速分級裝置將超微粉收集。 循環(huán)超微氣流粉碎流化床技術是一項近幾年發(fā)展起來的環(huán)保粉碎技術。它具有粉碎適應性廣、粉碎效率高、粗顆粒夾帶少、低成本、負荷調(diào)節(jié)比大和負荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點。 可獲得超細粉體，并且粉末粒度均勻；可獲得超細粉體，并且粉末粒度均勻； 由于氣體絕熱膨脹造成溫度下降，所以可研磨低熔點物料；由于氣體絕熱膨脹造成溫度下降，所以可研磨低熔點物料； 粉末不與研磨系統(tǒng)部件發(fā)生過度的磨損，粉末

23、雜質(zhì)含量少；粉末不與研磨系統(tǒng)部件發(fā)生過度的磨損，粉末雜質(zhì)含量少； 針對不同的性質(zhì)的粉末，可使用空氣、針對不同的性質(zhì)的粉末，可使用空氣、N2、Ar等惰性氣體。等惰性氣體。流態(tài)化床氣流磨的特點流態(tài)化床氣流磨的特點： 液態(tài)液態(tài) 粉末粉末1 1、液態(tài)金屬（合金）、液態(tài)金屬（合金）金屬粉末：金屬粉末：霧化法霧化法2 2、金屬鹽溶液、金屬鹽溶液金屬粉末：置換法，溶液氫還原法，水溶液電金屬粉末：置換法，溶液氫還原法，水溶液電解法解法3 3、金屬熔鹽、金屬熔鹽金屬粉末：熔鹽沉淀法，熔鹽電法金屬粉末：熔鹽沉淀法，熔鹽電法粉末的制備新技術粉末的制備新技術(2) 霧化法是一種典型的物理霧化法是一種典型的物理制粉方法

24、，是通過高壓霧化制粉方法，是通過高壓霧化介質(zhì)，如氣體或水強烈沖擊介質(zhì)，如氣體或水強烈沖擊液流，或通過離心力使之破液流，或通過離心力使之破碎、冷卻凝固來實現(xiàn)的。碎、冷卻凝固來實現(xiàn)的。霧化制粉法霧化霧化聚并聚并凝固凝固過程一：大的液珠當受到外力沖擊的瞬間，破碎成數(shù)個小液滴，假設在破碎瞬間液體溫度不變，則液體的能量變化可近似為液體的表面能增加。過程二：液體顆粒破碎的同時，還可能發(fā)生顆粒間相互接觸，再次成為一個較大的液體顆粒，并且液體顆粒形狀向球形轉化，這個過程中，體系的總表面能降低，屬于自發(fā)過程。過程三：液體顆粒冷卻形成小的固體顆粒。1、能量交換準則、能量交換準則 提高單位時間、單位質(zhì)量液體從系統(tǒng)中

25、吸提高單位時間、單位質(zhì)量液體從系統(tǒng)中吸收能量的效率，以克服表面自由能的增加。收能量的效率，以克服表面自由能的增加。2、快速凝固準則、快速凝固準則 提高霧化液滴的冷卻速度，防止液體微粒提高霧化液滴的冷卻速度，防止液體微粒的再次聚集。的再次聚集。提高霧化制粉效率基本準則提高霧化制粉效率基本準則雙流霧化雙流霧化 指被霧化的液體流和噴射的介質(zhì)流；單流霧化單流霧化 直接通過離心力、壓力差或機械沖擊力實現(xiàn)霧化 雙流霧化法雙流霧化法氣霧化水霧化注：適合于金屬粉末制備 金屬液由上方孔流出時與沿一定角度高速射擊的氣金屬液由上方孔流出時與沿一定角度高速射擊的氣體或水相遇，然后被擊碎成小液滴，隨著液滴與氣體或水流體

26、或水相遇，然后被擊碎成小液滴，隨著液滴與氣體或水流的混合流動，液滴的熱量被霧化介質(zhì)迅速帶走，使液滴在很的混合流動，液滴的熱量被霧化介質(zhì)迅速帶走，使液滴在很短的時間內(nèi)凝固成為粉末顆粒。短的時間內(nèi)凝固成為粉末顆粒。氣霧化的四個區(qū)域氣霧化的四個區(qū)域負壓紊流區(qū)負壓紊流區(qū)高速氣流的抽吸作用，在噴嘴中心孔下方形成負壓紊流層；高速氣流的抽吸作用，在噴嘴中心孔下方形成負壓紊流層；顆粒形成區(qū)顆粒形成區(qū)在氣流沖擊下，金屬液流分裂為許多液滴；在氣流沖擊下，金屬液流分裂為許多液滴；有效霧化區(qū)有效霧化區(qū)氣流匯集點對原始液滴產(chǎn)生強烈破碎作用，進一步細化；氣流匯集點對原始液滴產(chǎn)生強烈破碎作用，進一步細化；冷卻凝固區(qū)冷卻凝固

27、區(qū)細化的液滴的熱量迅速傳遞給霧化介質(zhì)，凝固為粉末顆粒。細化的液滴的熱量迅速傳遞給霧化介質(zhì)，凝固為粉末顆粒。氣霧化制粉的影響因素氣霧化制粉的影響因素（1）氣體動能（2）噴嘴結構（3）液流性質(zhì)（4）噴射方式 離心霧化法離心霧化法離心霧化法是借助離心力的作用將液態(tài)金屬離心霧化法是借助離心力的作用將液態(tài)金屬破碎為小液滴，然后凝固為固態(tài)粉末顆粒的破碎為小液滴，然后凝固為固態(tài)粉末顆粒的方法。方法。1974年，首先由美國提出旋轉電極霧年，首先由美國提出旋轉電極霧化制粉法，后來又發(fā)展了旋轉錠模、旋轉園化制粉法，后來又發(fā)展了旋轉錠模、旋轉園盤等離心霧化方法。盤等離心霧化方法。旋轉錠模法（又稱旋轉坩堝法）：旋轉錠

28、模法（又稱旋轉坩堝法）：旋轉盤法旋轉盤法：旋轉盤法最早于1976的美國Pratt & Whitney 飛機制造公司研制出，用來制備超合金粉末。這種方法獲得的粉末平均粒度同園盤轉速有關，轉速越高，則平均粒度越小，細粉收得率越高。霧化盤轉速，r/minRevolution of atomizing disc12000 24000 36000粉末平均粒度，mMean powder particle size187 154 135100 目粉末收得率，Recovery rate of 100 mech powder33.0 44.5 56.0粉末平均粒度及100目以下粉末收得率隨霧化盤轉速而變

29、化的情況旋轉輪法旋轉輪法旋轉杯旋轉杯旋轉網(wǎng)旋轉網(wǎng) 氣態(tài)氣態(tài) 粉末粉末1 1、金屬蒸汽、金屬蒸汽金屬粉末：蒸汽冷凝法金屬粉末：蒸汽冷凝法2 2、氣態(tài)金屬羰基物、氣態(tài)金屬羰基物金屬粉末：羰基物熱離解法金屬粉末：羰基物熱離解法3 3、氣態(tài)金屬鹵化物、氣態(tài)金屬鹵化物金屬粉末：氣相氫還原法金屬粉末：氣相氫還原法4 4、氣態(tài)金屬鹵化物、氣態(tài)金屬鹵化物金屬化合物粉末：化學氣相沉積法金屬化合物粉末：化學氣相沉積法粉末的制備新技術粉末的制備新技術(3) 氣相沉積制粉是通過某種形式的能量輸氣相沉積制粉是通過某種形式的能量輸入，使氣相物質(zhì)發(fā)生氣入，使氣相物質(zhì)發(fā)生氣固相變或氣相化學固相變或氣相化學反應，生成金屬或陶瓷

30、粉體。反應，生成金屬或陶瓷粉體。v 物理氣相沉積法物理氣相沉積法v 化學氣相沉積法化學氣相沉積法一、化學氣相沉積的反應類型一、化學氣相沉積的反應類型分解反應)()()(氣固氣nNmMaA8 化學氣相沉積法化學氣相沉積法)()()()(氣固氣氣nNmMbBaA化合反應二、化學氣相沉積制粉原理二、化學氣相沉積制粉原理1. 化學反應化學反應2. 2. 均相形核均相形核3. 3. 晶粒生長晶粒生長4. 4. 團團 聚聚制粉過程包括四個步驟制粉過程包括四個步驟： 顆粒之間由于存在著較弱的吸附力作用，主要包括范德華力、靜電引力等，顆粒之間會發(fā)生聚集，顆粒越小，則聚集效果越明顯，這一現(xiàn)象被稱為團聚。對于超微

31、粉末，團聚是一個普遍存在并不容忽視的問題，在實際使用超微粉末時，如果不能有效地解決團聚問題，則粉末就可能失去其特有的性質(zhì)。團團 聚聚 三、化學氣相沉積類型三、化學氣相沉積類型 熱分解法熱分解法 氣固氣242HCCH熱分解法中最為典型的就是羰基物熱分解，它是一種由金屬羰基化合物加熱分解制取粉末的方法，整個過程的關鍵環(huán)節(jié)就是制備金屬羰基化合物neCOM )(44氣固CONiCONi第一步：合成羰基鎳第一步：合成羰基鎳第二步：羰基鎳熱分解第二步：羰基鎳熱分解CONiCONi4)(4氣氣 相 氫 還 原 還原劑-氫氣氣相金屬熱還原 還原劑-低熔點、低沸點的金屬（Mg、Ca、Na）兩類反應的反應物均選用

32、低沸點的金屬鹵化物且以氯化物為主HClMeHMeCln2 氣相還原法氣相還原法 復合反應法是一種重要的制取無機化合物，包括碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等方法，這種方法既可制備各種陶瓷粉體也可進行陶瓷薄膜的沉積。所用的原料是金屬鹵化物(以氯化物為主)，在一定溫度下，以氣態(tài)參與化學反應。 復合反應法復合反應法HClCMeHHCMeClbanmx2 氣固氣氣HClTiCHHCTiCl63228341. 碳化物反應通式碳化物反應通式HClNMeNHMeClbax3HClNMeHNMeClbax22 氣固氣HClNSiNHSiCl2443342. 氮化物反應通式氮化物反應通式HClBMeHBClMeC

33、lbax23HClTiBHBClTiCl10522234氣氣3. 硼化物反應通式硼化物反應通式HClSiMeHSiClMeClbax24HClMoSiHSiClMoCl16284222454. 硅化物反應通式硅化物反應通式沉積物沉積劑沉積溫度， 氣 氛碳化物TiCBCSiCNbCWCTiCl4十 CH4或 C6H5CH3BCl3十 CH4SiCl4十 CH4NbCl5十 CH4WCl6十 C6H5CH3或 CH4110012001100170013001500100010001500H2H2H2H2H2硼化物TiB2ZrB2VB2TaBWBTiCl4十 BBr3 或 BCl3ZrCl4十 BB

34、r3成 BC3VCl4十 BBr3或 BCl3TaCl5十 BBr3或 BCl3WCl6十 BBr3或 BCl311001300170025009001300130017008001200H2H2H2H2H2硅化物MoSi2MoCl5十 SiCl4或 Mo 十 SiCl411001800H2氮化物TiNBNTaNTiCl4BCl3TaCl511001200120015001200N2十 H2N2十 H2N2十 H2一些碳化物、氮化物、硅化物、硼化物的沉積條件8 化學還原法化學還原法一、還原制粉的基本原理一、還原制粉的基本原理mnXOMeXMeO依據(jù)熱力學原理確定反應能否發(fā)生依據(jù)熱力學原理確定反

35、應能否發(fā)生氧位圖氧化物的 G0T 圖v 氧化物的Z-T圖是以含一摩爾氧的金屬氧化物的生成反應的Z作直線而繪制成的。v 由于各種金屬對氧的親和力affinity大小不同，所以各氧化物生成反應的直線在圖中的位置高低不一樣。下面先對圖作一些必要的說明。二、典型還原制粉類型二、典型還原制粉類型243434COFeCOOFeOHWHWO22333 氫還原法氫還原法 碳還原法碳還原法 還原化合法還原化合法223234232COAlNNCOAlOHWCHCWO223338 電化學制粉法電化學制粉法一、電化學制粉分類一、電化學制粉分類v 水溶液電解水溶液電解v 有機電解質(zhì)電解有機電解質(zhì)電解v 熔鹽電解熔鹽電解

36、v 液體金屬陰極電解液體金屬陰極電解！Z T diagram shows that 1) Temperature increase results in Z增大，it is more difficult to form 各種金屬的oxide， because Z=RTln Po2(XO),也隨溫度升高，金屬氧化物的離解壓Po2(XO)將增大，金屬對氧的affinity親和力將減小，thus，metal oxide to be reduced at elevated temperature.2) Z-T關系線在相變溫度處，特別是在沸點處發(fā)生明顯的轉折。這是由于系統(tǒng)的熵在相變時發(fā)生了變化。3) C

37、O生成的Z-T關系的走向是go down (向下)，即CO的Z隨溫度升高而減小。4) at same temperature, 圖中位置愈低的氧化物，其穩(wěn)定度愈大，即該元素對氧的親和力也愈大。Me+C=MeC MeO+CO=MeC+CO2MeO+C=MeC+COMe+B=MeB MeO+B4C=MeB+COMe+Si=MeSi MeO+Si=MeSi+SiO2碳化物碳化物硼化物硼化物氮化物氮化物電解制粉電解制粉 electrolyte （Hydrometallurgy）v Twomethodstoelectrolytev 溶液電溶液電解解：liquidelectrolyte制取Fe、Cu、Ag

38、、Sn、Mo、Pb、Auv 熔鹽電解熔鹽電解moltensaltelectrolyte制取Ti、Zr、Be、Ta、Nb、Th、稀有金屬及合金rear，metallicalloysAn electrolytic cell operation for deposition of metal powders, the raw metal is dissolved at the anode and deposited at the cathode, (Fe, Cu, Au, Ag, Ni, etc.)Scanning electron micrograph of electrolytic copper

39、 powder show typical dendritic shape 其它制粉方法其它制粉方法 SolGel法制取超細粉末、納米粉末、氧化鋁、氧化鋯法制取超細粉末、納米粉末、氧化鋁、氧化鋯等金屬氧化物粉末等金屬氧化物粉末v 金屬鹽溶于水中，然后加入液氨，控制好金屬鹽溶于水中，然后加入液氨，控制好pH值，使溶于值，使溶于水中的金屬鹽的金屬離子形核，形成氫氧化物沉淀，然后水中的金屬鹽的金屬離子形核，形成氫氧化物沉淀，然后經(jīng)洗滌干燥形成氧化鋯、氧化鋁微晶，例如：經(jīng)洗滌干燥形成氧化鋯、氧化鋁微晶，例如： 氧化鋯、氧化鋁陶瓷材料氧化鋯、氧化鋁陶瓷材料 Al2O3， ZrO2 ceramic Zirc

40、onia powder fabricationv 氧化鋯硝酸鋁溶解于水中，加熱到6080，滴入氨水（pH值9）共沉淀co-precipitationv 溶膠沉淀干燥凝膠sol-gel煅燒800900得到氧化鋁部分穩(wěn)定的四方相tetro-zirconia氧化鋯。具有良好的力學性能mechanicalproperties、強度strength和韌性，利用應力誘導相變消耗裂紋的斷裂能使材料斷裂韌性fracturetoughness提高。共沉淀法舉例共沉淀法舉例 粉末包覆粉末包覆Powder Coatingv 電極材料，WCu合金，在力學性能不能滿足要求時，可加入少量的Ni，來改善力學性能，其中鎳與銅均有包覆作用，特別是對銅顆粒共有三層，鎢在中間，銅在外層;v 首先，鎢粉在硝酸鎳中溶解，氧化鎳包覆鎢，還原得到鎳包覆鎢顆粒;v 鎳鎢顆粒在進入氯化銅溶液中，包上銅后，烘干還