粉末冶金原理試題庫

1、中南大學(xué)考試試卷2005 2006 學(xué)年 2 學(xué)期 時(shí)間 120 分鐘一、名詞解釋：（ 20 分，每小題 2 分）臨界轉(zhuǎn)速 比表面積 一次顆粒 離解壓 電化當(dāng)量 氣相遷移 顆粒密度 比形狀因子二、分析討論 ： （ 25 分）1 粉末冶金技術(shù)有何重要優(yōu)缺點(diǎn)，并舉例說明。（ 10 分）2 分析粉末粒度、粉末形貌與松裝密度之間的關(guān)系。（ 10 分）3 、分析為什么要采用藍(lán)鎢作為還原制備鎢粉的原料？（ 5 分）三、分析計(jì)算：（ 30 分，每小題 10 分）1 機(jī)械研磨制備鐵粉時(shí)，將初始粒度為 200 微米的粉末研磨至 100 微米需要 5 個(gè)小時(shí)，問進(jìn)一步將粉末粒度減少至 50 微米，需要多少小時(shí)？

2、提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-22 在低壓氣體霧化制材時(shí)，直徑 1mm 的顆粒，需要行走 10 米 和花去 4 秒鐘進(jìn)行固化，那么在同樣條件下， 100 m 粒度顆粒需要多長時(shí)間固化：計(jì)算時(shí)需要作何種假設(shè)。3 、相同外徑球型鎳粉末沉降分析，沉降桶高度 100mm ，設(shè)一種為直徑 100 微米實(shí)心顆粒，一種為有內(nèi)徑為 60 的空心粉末，求他們的在水中的沉降時(shí)間。d 理 = 8.9g /cm 3 ， 介質(zhì)黏度 =1x10 -2 Pa · S四、問答： （ 25 分）1 氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是什么？（ 10 分）2 熔體粘度，擴(kuò)散速率，

3、形核速率，以及固相長大速率都與過冷度相關(guān)，它們各自對(duì)霧化粉末顯微結(jié)構(gòu)的作用如何？（ 15 分）2006 粉末冶金原理課程（ I ）考試題 標(biāo)準(zhǔn)答案一、名詞解釋：（ 20 分，每小題 2 分）臨界轉(zhuǎn)速： 機(jī)械研磨時(shí)，使球磨筒內(nèi)小球沿筒壁運(yùn)動(dòng)能夠正好經(jīng)過頂點(diǎn)位置而不發(fā)生拋落時(shí)，筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比表面積： 單位質(zhì)量或單位體積粉末具有的表面積一次顆粒： 由多個(gè)一次顆粒在沒有冶金鍵合而結(jié)合成粉末顆粒稱為二次顆粒；離解壓： 每種金屬氧化物都有離解的趨勢，而且隨溫度提高，氧離解的趨勢越大，離解后的氧形成氧分壓越大，離解壓即是此氧分壓。電化當(dāng)量： 這是表述電解過程輸入電量與粉末產(chǎn)出的定量關(guān)系，表達(dá)為每 9650

4、0庫侖應(yīng)該有一克當(dāng)量的物質(zhì)經(jīng)電解析出氣相遷移： 細(xì)小金屬氧化物粉末顆粒由于較大的蒸氣壓，在高溫經(jīng)揮發(fā)進(jìn)入氣相，被還原后沉降在大顆粒上，導(dǎo)致顆粒長大的過程顆粒密度： 真密度、似密度、相對(duì)密度比形狀因子： 將粉末顆粒面積因子與體積因子之比稱為比形狀因子壓坯密度： 壓坯質(zhì)量與壓坯體積的比值粒度分布： 將粉末樣品分成若干粒徑，并以這些粒徑的粉末質(zhì)量（顆粒數(shù)量、粉末體積）占粉末樣品總質(zhì)量（總顆粒數(shù)量、總粉末體積）的百分?jǐn)?shù)對(duì)粒徑作圖，即為粒度分布二、分析討論 ： （ 25 分）1 、粉末冶金技術(shù)有何重要優(yōu)缺點(diǎn)，并舉例說明。（ 10 分）重要優(yōu)點(diǎn)：* 能夠制備部分其他方法難以制備的材料，如難熔金屬，假合金、

5、多孔材料、特殊功能材料（硬質(zhì)合金）； * 因?yàn)榉勰┮苯鹪诔尚芜^程采用與最終產(chǎn)品形狀非常接近的模具，因此產(chǎn)品加工量少而節(jié)省材料； * 對(duì)于一部分產(chǎn)品，尤其是形狀特異的產(chǎn)品，采用模具生產(chǎn)易于，且工件加工量少，制作成本低 , 如齒輪產(chǎn)品。重要缺點(diǎn)：* 由于粉末冶金產(chǎn)品中的孔隙難以消除，因此粉末冶金產(chǎn)品力學(xué)性能較相同鑄造加工產(chǎn)品偏低；* 由于成形過程需要模具和相應(yīng)壓機(jī)，因此大型工件或產(chǎn)品難以制造；* 規(guī)模效益比較小2 、氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是什么？（ 10 分）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(gè)區(qū)域。其特點(diǎn)如下：金屬液流紊流區(qū)：

6、金屬液流在霧化氣體的回流作用下，金屬流柱流動(dòng)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(duì)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(yùn)動(dòng)霧化氣體攜帶大量動(dòng)能對(duì)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(shí)，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。3 、分析為什么要采用藍(lán)鎢作為還原制備鎢粉的原料？（ 5 分）采用藍(lán)鎢作為原料制備鎢粉的主要優(yōu)點(diǎn)是* 可以獲得粒度細(xì)小的一次顆粒，盡管二次顆粒較采用 WO3 作為原料制備的鎢粉二次顆粒要大。* 采用藍(lán)鎢作為原料，藍(lán)鎢二次顆粒大，（

7、一次顆粒小），在 H2 中揮發(fā)少，通過氣相遷移長大的機(jī)會(huì)降低，獲得 WO2 顆粒小；在一段還原獲得 WO2 后，在干氫中高溫進(jìn)一步還原，顆粒長大不明顯，且產(chǎn)量高。三、分析計(jì)算：（ 30 分，每小題 10 分）1 、 機(jī)械研磨制備鐵粉時(shí)，將初始粒度為 200 微米的粉末研磨至 100 微米需要 5個(gè)小時(shí)，問進(jìn)一步將粉末粒度減少至 50 微米，需要多少小時(shí)？ 提示 W=g（ Dfa-Dia ）， a=-2解：根據(jù)已知條件W1= g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 100-2-200-2 ） , 初始研磨所做的功 W2 =g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 50-2-100-

8、2 ）進(jìn)一步研磨所做的功W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)= 20 小時(shí)2 、 在低壓氣體霧化制材時(shí)，直徑 1mm 的顆粒，需要行走 10 米和花去 4 秒鐘進(jìn) 行固化，那么在同樣條件下， 100 m 粒度顆粒需要多長時(shí)間固化：計(jì)算時(shí)需 要作何種假設(shè)。解：固化時(shí)間：t = D m Cpln(Tm-To/Ts-To) + H/Ts-To/6 簡化成 t = K D并令 K= m Cpln(Tm-To/Ts-To) + H/Ts-To/6 ,假設(shè)重力的作用很小時(shí) , 有4/X=1000K/100KX=0.4 秒 S=1 米3 、 相同外徑球型鎳粉末沉降分析，設(shè)一種為直徑 100

9、微米實(shí)心顆粒，一種為有 內(nèi)徑為 60 的空心粉末，求他們的在水中的沉降時(shí)間（沉降速度）， D 理 =8.1. 解：v=h/t=gd 2 ( 1 - 2 )/(18 )h/t=gd 2 ( 1 - 2 )/(18 )t=h/gd 2 ( 1 - 2 )/(18 )求得 t1 （實(shí)心） =31 秒， t2=23 秒四、問答： （ 25 分）1 、分析粉末粒度、粒度分布、粉末形貌與松裝密度之間的關(guān)系。（ 10 分）松裝密度是粉末的一個(gè)重要物理性能，也是粉末冶金過程中的重要工藝參數(shù)，粉末粒度粉末形狀對(duì)松裝密度影響顯著：* 粉末越細(xì)松裝密度越小* 粉末形狀越復(fù)雜松裝密度越小* 粉末質(zhì)量（粉末顆粒中孔隙因

10、素）越小、松裝密度越小* 在部分教大直徑的粉末中加入少量較小粒徑的粉末，構(gòu)成一定粒度分布 , 有利于提高松裝密度2 、熔體粘度，擴(kuò)散速率，形核速率，以及固相長大速率都與過冷度相關(guān)，它們各自對(duì)霧化粉末顯微結(jié)構(gòu)的作用如何？（ 15 分）提示： I = Io D 2 exp(-Q L /kT)exp-W M /(T T 2 )1 ） 形核率是過冷度的函數(shù)，在一定過冷度內(nèi)（形核控制區(qū)內(nèi)），過冷度越大第二個(gè)指數(shù)項(xiàng)越大，形核速率增加；形核速率 I 與過冷度 T 之間的關(guān)系如下，過冷度與形核速率為負(fù)指數(shù)關(guān)系，I = Io D 2 exp(-Q L /kT)exp-W M /(T T 2 )過冷度太大（擴(kuò)散控

11、制區(qū)內(nèi)），原子排列時(shí)間不夠，形核率降低2 ）將上式變形I/D 2 = Io exp(-Q L /kT)exp-W M /(T T 2 )晶粒直徑與過冷度成正指數(shù)關(guān)系，增加過冷度，晶粒尺寸越小3 ）通常地，過冷度越大，原子擴(kuò)散速度越小，晶粒尺寸越小4 ）通常地，溫度越高，熔體黏度越小，過冷度大，溶體黏度變化梯度大，表面張力作用時(shí)間短，顆粒多呈不規(guī)則形狀。粉末冶金原理課程試題 (2005年)院系 專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào)：一、名詞解釋：粉末加工硬化，二流霧化，假合金，二次顆粒，保護(hù)氣氛 （ 10 分）松裝密度，成形性，粉末粒度，粉末流動(dòng)性，粉末比表面積， （ 10 分）二、分析討論 ：1 、與傳統(tǒng)加工方法

12、比較，粉末冶金技術(shù)有何重要優(yōu)缺點(diǎn)，試舉例說明。（ 20 分）2、 氣體霧化制粉過程中，有哪些因素控制粉末粒度？（ 10 分）3 、分析粉末粒度、粉末形貌與松裝密度之間的關(guān)系。（ 10 分）三、分析計(jì)算：1 、 經(jīng)氫氣還原氧化鐵制備還原鐵粉：FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常數(shù)： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2討論還原溫度分別為 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢和溫度對(duì)還原的影響。（ 15 分）2 、 若用鎳離子濃度為 24 克 / 每升（ g/L ）的硝酸鎳溶液作為電解液制取鎳粉時(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠

13、獲得松散粉末？（ 15 分）假設(shè) K=0.80四、討論題：1 、用比表面吸附方法測試粉末粒度的基本原理是什么？（ 10 分粉末冶金原理課程試題 ( 答案 )一、名詞解釋：粉末加工硬化，二流霧化，假合金，二次顆粒，保護(hù)氣氛 （ 10 分）金屬粉末在研磨過程中由于晶格畸變和位錯(cuò)密度增加，導(dǎo)致粉末硬度增加，變形困難的現(xiàn)象稱為加工硬化； 由霧化介質(zhì)流體與金屬液流構(gòu)成的霧化體系稱為二流霧化；不是根據(jù)相圖規(guī)律構(gòu)成的合金體系，假合金實(shí)際是混合物；由多個(gè)一次顆粒在沒有冶金鍵合而結(jié)合成粉末顆粒稱為二次顆粒；為防止粉末或壓坯在高溫處理過程發(fā)生氧化而向體系因入還原性氣體或真空條件稱為保護(hù)氣氛；松裝密度，成形性，粉末

14、粒度，粉末流動(dòng)性，粉末比表面積， （ 10 分）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粉末在經(jīng)模壓之后保持形狀的能力一定質(zhì)量（一定體積）或一定數(shù)量的粉末的平均顆粒尺寸成為粉末粒度一克質(zhì)量或一定體積的粉末所具有的表面積與其質(zhì)量或體積的比值稱為比表面積50 克粉末流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)漏斗所需要的時(shí)間稱為粉末比表面積。二、分析討論 ：1 、與傳統(tǒng)加工方法比較，粉末冶金技術(shù)有何重要優(yōu)缺點(diǎn)，試舉例說明。（ 20 分） 解 :優(yōu)點(diǎn)：材料利用率高，加工成本較低，節(jié)省勞動(dòng)率，可以獲得具有特殊性能的材料或產(chǎn)品， 缺點(diǎn)：由于產(chǎn)品中孔隙存在，與傳統(tǒng)加工方法相比，材料性能較差例子：銅 鎢假合金制造，這是用傳統(tǒng)方法不

15、能獲得的材料；2 、氣體霧化制粉過程中，有哪些因素控制粉末粒度？（ 10 分）解 :二流之間的夾角，夾角越大，霧化介質(zhì)對(duì)金屬流柱的沖擊作用越強(qiáng)，得到的粉末越細(xì)； 采用液體霧化介質(zhì)時(shí)，由于質(zhì)量大于氣體霧化介質(zhì)，攜帶的能量大，得到的粉末越細(xì)； 金屬流柱直徑小，獲得粉末粒度??；金屬溫度越高，金屬熔體黏度小，易于破碎，所得粉末細(xì)?。? 、分析粉末粒度、粉末形貌與松裝密度之間的關(guān)系。（ 10 分）解 :粉末平均粒度越小，粉末形貌越復(fù)雜，粉末顆粒之間以及粉末表面留下空隙越大，松裝密度越小；粉末平均粒度越小，粉末形貌越復(fù)雜，粉末顆粒之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力越大，流動(dòng)性越差，松裝密度越小。三、分析計(jì)算：1 、 經(jīng)氫

16、氣還原氧化鐵制備還原鐵粉：FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常數(shù)： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2討論還原溫度分別為 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢和溫度對(duì)還原的影響。（ 15 分）解 :T= 773 LgKp=-1000/773+0.5=-0.8, Kp=PH 2 O/PH 2 =T =873 LgKp=-1000/873+0.5=-0.65, Kp=PH 2 O/PH 2 =T =973 LgKp=-1000/973+0.5=-0.53, Kp=PH 2 O/PH 2 =計(jì)算表明 , 溫度月高 , 平衡常數(shù)

17、值越大 ( 正 ), 說明隨還原溫度提高 , 氣氛中的 H2O 比例可越大 , 氫氣中水蒸氣含量提高 , 提高溫度有利于還原進(jìn)行。2 、 若用鎳離子濃度為 24 克 / 每升（ g/L ）的硝酸鎳溶液作為電解液制取鎳粉時(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？（ 15 分）假設(shè) K=0.80解 :鎳離子濃度為 24 克 / 每升（ g/L ）時(shí)等于 24/58.71=0.41mol/L, 既c=0.41mol/L, 并已知 K=0.80由 i=Kc, I=0.80 x 0.41=0.33 A/cm2=33A/dm2至少需要電流密度等于 33A/dm2 才能夠獲得松散粉末 .四、 討論題：1

18、 、用比表面吸附方法測試粉末粒度的基本原理是什么？（ 10 分 ）解 :粉末由于總表面積大，表面原子力場不平衡，對(duì)氣體具有吸附作用，在液氮溫區(qū)，物質(zhì)對(duì)氣體的吸附主要為物理性質(zhì)的吸附（無化學(xué)反應(yīng)），經(jīng)數(shù)學(xué)處理，若知道吸附的總的氣體體積，換算成氣體的分子數(shù)，在除以一個(gè)氣體分子的體積，即獲得粉末的表面積，通常采用一克粉末進(jìn)行測量，因此我們將一克質(zhì)量粉末所具有的表面積定義為比表面積，當(dāng)我們知道了總表面積數(shù)值后，可以假設(shè)粉末為球形，然后根據(jù)球當(dāng)量直徑與表面積的關(guān)系（形狀因子），獲得粉末平均粒徑。為了盡量獲得準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，被吸附的氣體通常是惰性氣體。這樣一種由測量一定質(zhì)量粉末總表面積，然后計(jì)算粉末平均粒

19、度的方法，就是通過測試粉末比表面積，計(jì)算粉末粒度的基本原理。粉末冶金原理課程綜合試題（ 04 年）院系 專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào)：一、名詞解釋：臨界轉(zhuǎn)速，孔隙度，比表面積，松裝密度，標(biāo)準(zhǔn)篩 （ 10 分）彈性后效，單軸壓制，密度等高線，壓縮性，合批： （ 10 分）二、分析討論：1 、分析粉末冶金過程中是哪一個(gè)階段提高材料利用率，為什么？試舉例說明。（ 10 分）2 、氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是什么？（ 10 分）3 、分別分析單軸壓制和等靜壓制的差別及應(yīng)力特點(diǎn)，并比較熱壓與熱等靜壓的差別。（ 10 分） 4 、分析還原制備鎢粉的原理和鎢粉顆粒長大的因素。（ 10 分）三、分析

20、計(jì)算：1 、一壓坯高度是直徑的三倍，壓力自上而下單向壓制，在壓坯三分之二高度處壓力只有壓坯頂部壓力的四分之三，求壓制壓力為 500Mpa 時(shí)，壓坯三分之一高度和壓坯低部的壓制壓力？（ 10 分）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(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？（ 10 分）四、問答 ：1 、什么是假合金 ， 怎樣才能獲得假合金 ？（ 10 分 ）2、 氧化鐵氫還原方法制備還原鐵粉：FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常數(shù)： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2討論還原溫度分別為 500 o C ，

21、 600 o C ， 700 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢和溫度對(duì)還原的影響。（ 10 分）粉末冶金原理課程綜合試題（ 04 年）一、名詞解釋：臨界轉(zhuǎn)速，孔隙度，比表面積，松裝密度，標(biāo)準(zhǔn)篩 （ 10 分）臨界轉(zhuǎn)速：機(jī)械研磨時(shí)，使球磨筒內(nèi)小球沿筒壁運(yùn)動(dòng)能夠正好經(jīng)過頂點(diǎn)位置而不發(fā)生拋落時(shí)，筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；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(shí)采用的一套按一定模數(shù)（根號(hào) 2 ）金屬網(wǎng)篩彈性后效，單軸壓制，密度等高線，壓縮性，合批： （ 10 分）彈

22、性后效：粉末經(jīng)模壓推出模腔后，由于壓坯內(nèi)應(yīng)力馳豫，壓坯尺寸增大的現(xiàn)象稱作單軸壓制：在模壓時(shí)，包括單向壓制和雙向壓制，壓力存在壓制各向異性密度等高線：粉末壓坯中具有相同密度的空間連線稱為等高線，等高線將壓坯分成具有不同密度的區(qū)域 壓縮性：粉末在模具中被壓縮的能力稱為壓縮性合批：具有相同化學(xué)成分，不同批次生產(chǎn)過程得到的粉末的混合工序稱為合批二、分析討論：1 、分析粉末冶金過程中是哪一個(gè)階段提高材料利用率，為什么？試舉例說明。（ 10 分）解：粉末冶金過程中是由模具壓制成形過程提高材料利用率，因?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)接近最終產(chǎn)品的尺寸，因此壓坯往往與使用產(chǎn)品的尺寸很接近，材料加工量少，利用率高；例如，生產(chǎn)汽車齒

23、輪時(shí)，如用機(jī)械方法制造，工序長，材料加工量大，而粉末冶金成形過程可利用模具成形粉末獲得接近最終產(chǎn)品的形狀與尺寸，與機(jī)械加工方法比較，加工量很小，節(jié)省了大量材料。2 、氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)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(gè)區(qū)域。其特點(diǎn)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(dòng)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(duì)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(yùn)動(dòng)霧化氣體攜帶大量動(dòng)能對(duì)形成帶狀

24、- 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(shí)，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。3 、分別分析單軸壓制和等靜壓制的差別及應(yīng)力特點(diǎn)，并比較熱壓與熱等靜壓的差別。（ 10 分） 解：單軸壓制和等靜壓制的差別在于粉體的受力狀態(tài)不同，一般單軸壓制在剛模中完成，等靜壓制則在軟模中進(jìn)行；在單軸壓制時(shí)，由于只是在單軸方向施加外力，模壁側(cè)壓力小于壓制方向受力，因此應(yīng)力狀態(tài)各向異性， 1 2= 3 導(dǎo)致壓坯中各處密度分布不均勻；等靜壓制時(shí)由于應(yīng)力均勻來自各個(gè)方向，且通過水靜壓力進(jìn)行，各方向壓力大小相等，粉體中各處應(yīng)力分布均勻， 1= 2= 3 因此壓坯中各處的密度基本

25、一致。4 、分析還原制備鎢粉的原理和鎢粉顆粒長大的因素。（ 10 分）解：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(jià)向低價(jià)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(shí)，氫氣即可還原 WO3 ，由于當(dāng)溫度高于 700 度時(shí)，氫氣即可還原 WO2 。因?yàn)樵谶@種條件下水分子的氧離解壓小于 WO3 ， WO2 離解壓，水分子相對(duì)穩(wěn)定， WO3 ， WO2 被還原，同時(shí)由于溫度的作用，疏松粉末中還原產(chǎn)物容易經(jīng)擴(kuò)散排走，還原動(dòng)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

26、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(jìn)入氣相中的氧化鎢被還原后，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(shí)間長也會(huì)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(xì)顆粒進(jìn)入氣相，也是導(dǎo)致鎢粉顆粒長大的重要因素。三、分析計(jì)算：1 、一壓坯高度是直徑的三倍，壓力自上而下單向壓制，在壓坯三分之二高度處壓力只有壓坯頂部壓力的四分之三，求壓制壓力為 500Mpa 時(shí)，壓坯三分之一高度和壓坯低部的壓制壓力？（ 10 分） 解：根據(jù)已知條件，在 h=2/3H 時(shí)， P2=3/4P1 ，計(jì)算得 EXP （ -Q1 ） =3/4h=1/3H 時(shí)， P3=P1E

27、XP （ -Q2 ） =281 。 25Mpa在壓坯底部壓制壓力 P=210 。 94MPa2 、 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(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？（ 10 分）解：鎳離子濃度為 12 克 / 每升（ g/L ）時(shí)等于 12/58.71=0.205mol/L, 既c=0.2051mol/L, 并已知 K=0.80由 i=Kc, I=0.80 x 0.2051=0.164 A/cm2=16 。 4A/dm2至少需要電流密度等于 16 。 4A/dm2 才能夠獲得松散粉末 .四、問答 ：1 、什么是假合金 ， 怎樣才能獲

28、得假合金 ？（ 10 分 ）解：兩種或兩種以上金屬元素因不經(jīng)形成固溶體或化合物構(gòu)成合金體系通稱為假合金，是一種混合物；假合金形成的條件是形成混合物之后兩種物質(zhì)之間的界面能，小于他們單獨(dú)存在時(shí)的表面能之和，即 AB < A+ B2 、氧化鐵氫還原方法制備還原鐵粉：FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常數(shù)： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2討論還原溫度分別為 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢和溫度對(duì)還原的影響。（ 10 分）解：T= 773 LgKp=-1000/773+0.5=-0.8, Kp=PH 2 O/PH

29、 2 =T =873 LgKp=-1000/873+0.5=-0.65, Kp=PH 2 O/PH 2 =T =973 LgKp=-1000/973+0.5=-0.53, Kp=PH 2 O/PH 2 =計(jì)算表明 , 溫度月高 , 平衡常數(shù)值越大 ( 正 ), 說明隨還原溫度提高 , 氣氛中的 H2O 比例可越大 , 氫氣中水蒸氣含量提高 , 提高溫度有利于還原進(jìn)行。末冶金原理課程綜合試題院系 專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào)：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(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域

30、的特點(diǎn)是什么？（ 10 分）2 、碳直接還原氧化鐵制備鐵粉時(shí)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(jì)算：1 機(jī)械研磨制備鐵粉時(shí)，將初始粒度為 300 微米的粉末研磨至 110 微米需要 8 個(gè)小時(shí)，問進(jìn)一步將粉末粒度減少至 75 微米，需要多少小時(shí)？（ 10 分）提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-22 、 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(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？

31、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 700 o C ， 800 o C ， 900 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢和溫度對(duì)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(jī)械研磨時(shí)，使球磨筒內(nèi)小球沿筒壁運(yùn)動(dòng)能夠正好經(jīng)過頂點(diǎn)位置而不

32、發(fā)生拋落時(shí)，筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；霧化介質(zhì)：霧化制粉時(shí)，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(shí)，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(dá)到平衡時(shí)，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(shí)采用的一套按一定模數(shù)（根號(hào) 2 ）金屬網(wǎng)篩粒度分布：一

33、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?jǐn)?shù)的表達(dá)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(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)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(gè)區(qū)域。其特點(diǎn)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(dòng)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(duì)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(yùn)動(dòng)霧化氣體攜帶大量動(dòng)能對(duì)形成帶狀 - 管狀原始液滴的沖擊，使之破碎，成為微小金

34、屬液滴；冷卻區(qū)。此時(shí)，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(shí)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

35、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(diǎn)溫度時(shí)，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：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(jià)向低價(jià)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(shí)，氫氣即可還原 WO3 ，由于當(dāng)溫度高于 700 度時(shí)，氫氣即可還原 WO2 。因?yàn)樵谶@種條件下水分子的氧離解壓小于 WO3 ， WO2 離解壓，水

36、分子相對(duì)穩(wěn)定， WO3 ， WO2 被還原，同時(shí)由于溫度的作用，疏松粉末中還原產(chǎn)物容易經(jīng)擴(kuò)散排走，還原動(dòng)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(jìn)入氣相中的氧化鎢被還原后，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(shí)間長也會(huì)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(xì)顆粒進(jìn)入氣相，也是導(dǎo)致鎢粉顆粒長大的重要因素。三、分析計(jì)算：1 、 機(jī)械研磨制備鐵粉時(shí)，將初始粒度為 300 微米的粉末研磨至 110 微米需要 8 個(gè)小時(shí)，問進(jìn)一步將粉末粒度減少至 75 微米，需

37、要多少小時(shí)？（ 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 ） =9.8 （ 75-2-110-2 ）進(jìn)一步研磨所做的功W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)=11 小時(shí)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(shí)，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(shí)等于 12/58.

38、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(shí) , 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=-322

39、5/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(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢和溫度對(duì)還原的影響。（ 10 分）解：T= 973 LgKp=-3225/973+1.65=-1.66, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.022T =1073 LgKp=-3225/1073+1.65=-1.36, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.044T =1173 LgKp=-3225/1173+1.65=-1.11, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.078計(jì)算表明 , 溫度月高 , 平衡常數(shù)值越大 ( 正 ), 說明隨還原溫度提高 ,

40、 氣氛中的 H2O 比例可越大 , 氫氣中水蒸氣含量提高 , 提高溫度有利于還原進(jìn)行。粉末冶金原理（ 1 ）課程試卷 1院系 專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào)：一、名詞解釋：臨界轉(zhuǎn)速，孔隙度，比表面積，松裝密度，標(biāo)準(zhǔn)篩 （ 10 分）彈性后效，單軸壓制，密度等高線，壓縮性，合批 （ 10 分）二、分析討論 ：1 、分析粉末冶金過程中是哪一個(gè)階段提高材料利用率，為什么？試舉例說明。（ 10 分）2 、氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是什么？（ 10 分）3 、分別分析單軸壓制和等靜壓制的差別及應(yīng)力特點(diǎn)，并比較熱壓與熱等靜壓的差別。（ 10 分） 4 、分析還原制備鎢粉的原理和鎢粉顆粒長大的因素。

41、（ 10 分）三、分析計(jì)算：1 、一壓坯高度是直徑的三倍，壓力自上而下單向壓制，在壓坯三分之二高度處壓力只有壓坯頂部壓力的四分之三，求壓制壓力為 500Mpa 時(shí)，壓坯三分之一高度和壓坯低部的壓制壓力？（ 10 分）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(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？（ 10 分）四、問答：1 什么是假合金，怎樣才能獲得假合金？（ 10 分）2 用氧化鐵氫還原方法制備還原鐵粉：FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常數(shù)： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2討論還原溫度分別為 500

42、o C ， 600 o C ， 700 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢和溫度對(duì)還原的影響。（ 10 分）粉末冶金原理（ 1 ）課程試卷院系 專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào)：一、名詞解釋：加工硬化，二流霧化，假合金，二次顆粒，保護(hù)氣氛 （ 10 分）松裝密度，成型性，粉末粒度，粉末流動(dòng)性，比表面積， （ 10 分）二、分析討論 ：1 、與傳統(tǒng)加工方法比較，粉末冶金技術(shù)有何重要優(yōu)缺點(diǎn)，試舉例說明。（ 10 分）2 、氣體霧化制粉過程中，有哪些因素控制粉末粒度？（ 10 分）3 、分析單軸壓制和冷等靜壓制時(shí)摩擦壓力的不同，并比較單軸壓制模具與冷等靜壓制模具的根本差別。（ 10 分）4 、分析還原制備鐵粉的原理和鐵粉顆粒長大的因素。（ 10 分）三、分析計(jì)算：1 、一壓力自上而下單向壓制，壓坯直徑等于 2 厘米，要