中南大學(xué)粉末冶金原理考試試卷四

1、粉末冶金原理課程綜合試題院系 專業(yè) 姓名 學(xué)號： 一、名詞解釋： 臨界轉(zhuǎn)速，霧化介質(zhì)，活化能，平衡常數(shù)，電化當(dāng)量，篩 （ 10 分） 孔隙度，比表面積，松裝密度，標(biāo)準(zhǔn)，粒度分布 二、分析討論： 1 、氣體霧化制粉過程可分解為幾個區(qū)域，每個區(qū)域的特點是什么？（ 10 分） 2 、碳直接還原氧化鐵制備鐵粉時熱力學(xué)條件如圖所示，說明圖中各條曲線的含義，表明各相穩(wěn)定存在區(qū)域并討論氧化亞鐵還原成鐵粉的條件。（ 10 分）3 、分析還原制備鎢粉的原理和鎢粉顆粒長大的因素。（ 20 分） 三、分析計算： 1  機械研磨制備鐵粉時，將初始粒度為 300 微米的粉末研磨至 110 微米需要 8 個小時

2、，問進一步將粉末粒度減少至 75 微米，需要多少小時？（ 10 分）提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-2 2 、 若用鎳離子濃度為 12 克 / 每摩爾（ g/mol ）的硝酸鎳做電解液制取鎳粉時，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？假設(shè) a=1 （ 10 分） 四、問答 ： 1 、為什么采用環(huán)縫形噴嘴容易引起露嘴堵塞 , 采用什么辦法可以解決這一問題 ？（ 10 分 ） 2、  氧化鎢氫還原方法制備還原鐵粉： WO 2 +2H 2 =W+2H 2 O 平衡常數(shù)： LgKp=-3225/T+1.65, Kp=P H2O /P H2 討論還原溫度分別為 70

3、0 o C ， 800 o C ， 900 o C 時，平衡常數(shù)變化趨勢和溫度對還原的影響。（ 10 分） 粉末冶金原理課程綜合試題 答案一、名詞解釋： 臨界轉(zhuǎn)速，霧化介質(zhì)，活化能，平衡常數(shù)，電化當(dāng)量，篩 （ 10 分）臨界轉(zhuǎn)速：機械研磨時，使球磨筒內(nèi)小球沿筒壁運動能夠正好經(jīng)過頂點位置而不發(fā)生拋落時，筒體的轉(zhuǎn)動速度；霧化介質(zhì)：霧化制粉時，用來沖吉破碎金屬流柱的高壓液體或高壓氣體稱為霧化介質(zhì)； 活化能：發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)時，形成中間絡(luò)合物所需要的能量稱為活化能 平衡常數(shù)：在某一溫度，某一壓力下，反應(yīng)達到平衡時，生成物氣體分壓與反應(yīng)物氣體分壓之比稱為平衡常數(shù)； 電化當(dāng)量：克當(dāng)量與法拉第常數(shù)之比稱為

4、電化當(dāng)量 孔隙度，比表面積，松裝密度，標(biāo)準(zhǔn)，粒度分布 孔隙度：粉體或壓坯中孔隙體積與粉體體積或壓坯體積之比； 比表面積：單位質(zhì)量或單位體積粉末具有的表面積 松裝密度：粉末自由充滿規(guī)定的容積內(nèi)所具有的粉末重量成為松裝密度 標(biāo)準(zhǔn)篩：用篩分析法測量粉末粒度時采用的一套按一定模數(shù)（根號 2 ）金屬網(wǎng)篩 粒度分布：一定體積或一定重量（一定數(shù)量）粉末中各種粒徑粉末體積（重量、數(shù)量）占粉末總量的百分數(shù)的表達稱為粒度分布。 二、分析討論： 1 、氣體霧化制粉過程可分解為幾個區(qū)域，每個區(qū)域的特點是什么？（ 10 分） 解： 氣體霧化制粉過程可分解為金屬液流紊流區(qū)，原始液滴形成區(qū)，有效霧化區(qū)和冷卻區(qū)等四個區(qū)域。其

5、特點如下： 金屬液流紊流區(qū)：金屬液流在霧化氣體的回流作用下，金屬流柱流動受到阻礙，破壞了層流狀態(tài)，產(chǎn)生紊流； 原始液滴形成區(qū)：由于下端霧化氣體的沖刷，對紊流金屬液流產(chǎn)生牽張作用，金屬流柱被拉斷，形成帶狀 - 管狀原始液滴； 有效霧化區(qū)：音高速運動霧化氣體攜帶大量動能對形成帶狀 - 管狀原始液滴的沖擊，使之破碎，成為微小金屬液滴； 冷卻區(qū)。此時，微小液滴離開有效霧化區(qū)，冷卻，并由于表面張力作用逐漸球化。 2 、碳直接還原氧化鐵制備鐵粉時熱力學(xué)條件如圖所示，說明圖中各條曲線的含義，表明各相穩(wěn)定存在區(qū)域并討論氧化亞鐵還原成鐵粉的條件。（ 10 分） 解： b 曲線： Fe3O4 被還原成 FeO 的

6、反應(yīng)平衡曲線； c 曲線： FeO 被還原成 Fe 的反應(yīng)平衡曲線； d 曲線： Fe3O4 被還原成 Fe 的反應(yīng)平衡曲線。 與 b 、 c 相交的曲線為碳氧化反應(yīng)的平衡曲線 在 do ， oc 線以上 Fe 穩(wěn)定存在； do ， ob 線以下部分 Fe3O4 穩(wěn)定存在，在 ob 、 oc 線之間 FeO 穩(wěn)定存在；只有當(dāng)溫度高于碳的氧化反應(yīng)平衡曲線與 FeO 被還原成 Fe 的反應(yīng)平衡曲線的焦點溫度時，氣相中的 CO 百分含量（濃度）才能使 FeO 被還原成 Fe ；即溫度高于 680 o C，CO的百分含量超過61%。 3 、分析還原制備鎢粉的原理和鎢粉顆粒長大的因素。（ 20 分） 解

7、： 鎢粉由氫氣還原氧化鎢粉的過程制得，還原過程中氧化物自高價向低價轉(zhuǎn)變，最后還原成鎢粉， WO3WO2 W ；其中還有 WO2 。 90WO2 。 72 等氧化物形式。由于當(dāng)溫度高于 550 度時，氫氣即可還原 WO3 ，由于當(dāng)溫度高于 700 度時，氫氣即可還原 WO2 。因為在這種條件下水分子的氧離解壓小于 WO3 ， WO2 離解壓，水分子相對穩(wěn)定， WO3 ， WO2 被還原，同時由于溫度的作用，疏松粉末中還原產(chǎn)物容易經(jīng)擴散排走，還原動力學(xué)條件滿足，導(dǎo)致氧化鎢被氫氣還原；由于 WO3 ，和 WO2 在含有水分子的氫氣中具有較大的揮發(fā)壓，而且還原溫度越高，揮發(fā)壓越大，進入氣相中的氧化鎢被

8、還原后，沉降在以還原的鎢粉顆粒上導(dǎo)致鎢粉顆粒長大。粉末在高溫區(qū)停留的時間長也會因原子遷移致使鎢粉顆粒長大。氫氣濕度大，導(dǎo)致 WO3 和 WO2 細顆粒進入氣相，也是導(dǎo)致鎢粉顆粒長大的重要因素。 三、分析計算： 1 、 機械研磨制備鐵粉時，將初始粒度為 300 微米的粉末研磨至 110 微米需要 8 個小時，問進一步將粉末粒度減少至 75 微米，需要多少小時？（ 10 分） 提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-2 解： 根據(jù)已知條件 W1= g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 110-2-300-2 ） , 初始研磨所做的功 W2 =g （ Df a -Di a

9、） =9.8 （ 75-2-110-2 ）進一步研磨所做的功 W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)=11 小時 2 、 若用鎳離子濃度為 12 克 / 每摩爾（ g/mol ）的硝酸鎳做電解液制取鎳粉時，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？假設(shè) a=1 （ 10 分） 解： 鎳離子濃度為 12 克 / 每升（ g/L ）時等于 12/58.71=0.2051mol/L, 既 c=0.2051mol/L, 并已知 a=1 由 i=1/a C, I=1 x 0.2051=0.2051 A/cm2 =20 。 51A/dm2 至少需要電流密度等于 16 。 4A/dm2 才能夠

10、獲得松散粉末 . 四、問答 ： 1 、為什么采用環(huán)縫形噴嘴容易引起露嘴堵塞 , 采用什么辦法可以解決這一問題 ？（ 10 分 ） 解： 當(dāng)采用環(huán)縫形噴嘴時 , 由于錐型的氣流形成密閉的空間 , 導(dǎo)致金屬流柱下流受阻 , 而堵塞噴嘴 . 采用 v 型噴嘴可以解決這一問題。 2 、 氧化鎢氫還原方法制備還原鐵粉： WO 2 +2H 2 =W+2H 2 O 平衡常數(shù)： LgKp=-3225/T+1.65, Kp=P H2O /P H2 討論還原溫度分別為 700 o C ， 800 o C ， 900 o C 時，平衡常數(shù)變化趨勢和溫度對還原的影響。（ 10 分） 解： T= 973 LgKp=-3225/973+1.65=-1.66, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.022 T =1073 LgKp=-3225/1073+1.65=-1.36, K