粉末冶金原理第1章 粉末的制取

粉末冶金原理

第1章粉末的制取粉末制取方法概述11.08.29機(jī)械粉碎法11.08.31機(jī)械研磨法球磨機(jī)滾動(dòng)球磨機(jī)研磨規(guī)律影響球磨的因素霧化法復(fù)原法11.09.05氣相沉積法簡(jiǎn)介液相沉淀法簡(jiǎn)介電解法簡(jiǎn)介

教學(xué)要求、重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)要求：1、了解粉末制取方法2、了解機(jī)械粉碎法的原理、分類(lèi)及應(yīng)用3、理解機(jī)械研磨法4、掌握滾動(dòng)球磨機(jī)研磨規(guī)律5、理解影響球磨的因素6、理解霧化法、復(fù)原法的原理、工藝、應(yīng)用及主要影響因素7、了解氣相沉積法、液相沉淀法、電解法的原理及應(yīng)用教學(xué)的重點(diǎn)：滾動(dòng)球磨機(jī)研磨規(guī)律和影響球磨的因素。霧化法、復(fù)原法的原理及應(yīng)用粉末制取方法概述固態(tài)下制備粉末：〔1〕從固態(tài)金屬與合金制取金屬與合金粉末：機(jī)械粉碎法和電化腐蝕法；〔2〕從固態(tài)金屬氧化物及鹽類(lèi)制取金屬與合金粉末的復(fù)原法，〔3〕從金屬和非金屬粉末、金屬氧化物和非金屬粉末制取金屬化合物粉末的復(fù)原化合法。

液態(tài)下制備粉末：〔1〕從液態(tài)金屬與合金制金屬與合金粉末的霧化法；〔2〕從金屬鹽溶液置換和復(fù)原制金屬、合金以及包覆粉末的置換法、溶液氫復(fù)原法；〔3〕從金屬熔鹽中沉淀制金屬粉末的熔鹽沉淀法；〔4〕從輔助金屬浴中析出制金屬化合物粉末的金屬浴法；〔5〕從金屬鹽溶液電解制金屬與合金粉末的水溶液電解法；〔6〕從金屬熔鹽電解制金屬和金屬化合物粉末的熔鹽電解法。氣態(tài)下制備粉末：〔1〕從金屬蒸氣冷凝制取金屬粉末的蒸氣冷凝法；〔2〕從氣態(tài)金屬羰基物離解制取金屬、合金以及包覆粉末的羰基物熱離解法；〔3〕從氣態(tài)金屬鹵化物氣相復(fù)原制取金屬、合金粉末以及金屬、合金涂層的氣相復(fù)原法；〔4〕從氣態(tài)金屬鹵化物沉積制取金屬化合物粉末及涂層的化學(xué)氣相沉積法。機(jī)械法：將原材料機(jī)械地粉碎，而化學(xué)成分根本上不發(fā)生變化；物理化學(xué)法：借助化學(xué)的或物理的作用，改變?cè)牧系幕瘜W(xué)成分或聚集狀態(tài)。粉末制取方法概述機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法：靠壓碎、擊碎和磨削等作用，將塊狀金屬或合金機(jī)械地粉碎成粉末的。粗碎設(shè)備錘磨機(jī)棒磨機(jī)球磨機(jī)振動(dòng)球磨機(jī)攪動(dòng)球磨機(jī)細(xì)碎或研磨設(shè)備機(jī)械研磨比較適用于脆性材料。亦可粉碎所有的金屬和合金。旋渦研磨、冷氣流粉碎等較適用于研磨制取塑性金屬和合金粉末。機(jī)械粉碎法，既是一種獨(dú)立的制粉方法，又常作為某些制粉方法不可缺少的補(bǔ)充工序，在粉末生產(chǎn)中占有重要的地位。例如，研磨電解制得的硬脆陰極沉積物，研磨復(fù)原制得的海綿狀金屬塊等。壓碎作用為主擊碎作用為主擊碎和磨削等多方面作用機(jī)械研磨法--球磨機(jī)耐磨高鉻鋼球

機(jī)械研磨法—滾動(dòng)球磨機(jī)研磨規(guī)律低轉(zhuǎn)速：瀉落，球的摩擦作用適宜轉(zhuǎn)速：拋落，球的沖擊作用臨界轉(zhuǎn)速：不脫落，不能破碎欲實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)和滑動(dòng)，要求轉(zhuǎn)速慢時(shí)，球體作滑動(dòng)還是滾動(dòng)，不僅取決于筒體的轉(zhuǎn)速，還與裝球量有關(guān)。在一定轉(zhuǎn)速和裝球量的情況下，筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，球體外表發(fā)生傾斜，傾角也一定。機(jī)械研磨法—影響球磨的因素球磨機(jī)轉(zhuǎn)速球體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)隨筒體轉(zhuǎn)速而變。實(shí)踐證明：時(shí)，球體發(fā)生拋落；時(shí)，球體滾動(dòng)；時(shí)，球體以滑動(dòng)為主。球的不同狀態(tài)，對(duì)物料的粉碎作用不同：假設(shè)需研磨較細(xì)的物料時(shí)，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)速使球體滾動(dòng)；假設(shè)物料較粗、性脆，需要沖擊時(shí)，選轉(zhuǎn)速使球體發(fā)生拋落。注意，由于推導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)作了一些假設(shè)，公式不很精確。影響球磨的因素較復(fù)雜，在選擇實(shí)際球磨轉(zhuǎn)速時(shí)，還需綜合考慮其他因素，具體分析才能確定。機(jī)械研磨法—影響球磨的因素球磨筒尺寸：研磨硬脆材料，D/L>3,保證球的沖擊作用。研磨塑性材料，D/L<3,只發(fā)生摩擦作用。裝球量：球體與被研磨物料的比例球體直徑：一般將大小不同的球配合使用研磨時(shí)間研磨介質(zhì)機(jī)械研磨法—研磨的強(qiáng)化振動(dòng)球磨機(jī)械研磨法—研磨的強(qiáng)化攪動(dòng)球磨機(jī)械研磨法—其他機(jī)械粉碎法1、冷氣流粉碎原理：高速氣流帶著較粗的顆粒通過(guò)噴嘴轟擊碎室外中的靶子上，壓力立刻從高壓〔7MPa)降到0.1MPa，發(fā)生絕熱膨脹，使金屬靶和擊碎室的溫度以下甚至零度以下，冷卻了的顆粒被冷卻?？煞鬯樗苄越饘俸秃辖?效果好。機(jī)械研磨法—其他機(jī)械粉碎法2、旋渦研磨原理：無(wú)研磨體，靠被研磨物料顆粒間自撞擊和物料顆粒與磨壁、螺旋槳間的撞擊進(jìn)行研磨。氣流帶起粉末顆粒，使其相互撞擊。

為防止細(xì)粉末被氧化，可通入惰性氣體、復(fù)原性氣體作為保護(hù)氣氛。

可有效地研磨塑性金屬。進(jìn)料可以是細(xì)金屬絲、切屑及其他廢料。霧化法--霧化形式霧化法—二流霧化霧化法—二流霧化霧化法—二流霧化水流霧化顆粒尺寸：霧化法—二流霧化霧化法—二流霧化氣流霧化顆粒尺寸：霧化法—二流霧化霧化法—離心霧化中國(guó)專(zhuān)利2006：有色金屬粉體“高速離心霧化法〞制備工藝及裝置本創(chuàng)造提供了一種有色金屬及合金粉體“高速離心霧化法〞制備工藝及裝置，具體涉及５００℃以下低熔點(diǎn)有色金屬及合金粉體“高速離心霧化法〞制備工藝及裝置。該工藝是將金屬及合金熔化后，經(jīng)過(guò)密閉的加熱輸送管，將熔融液送到一定氣氛的霧化器內(nèi)，經(jīng)不同轉(zhuǎn)速的高速離心霧化、急速冷卻、收?qǐng)A、凝固等，即可得到所需產(chǎn)品。裝置主要由熔化爐、高速離心霧化器、集粉桶組成?？芍苽淞６龋场保埃埃恚淼那蛐巍㈩?lèi)球形、棒縋形等形貌粉體。工藝及操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)品粒度分布好、含氧量低，可用一套裝置制取一種或多種產(chǎn)品，產(chǎn)量大〔１２０～１７０ｋｇ／ｈ〕，具有較好適應(yīng)性。復(fù)原法—固體碳復(fù)原法Fe3O4復(fù)原：T升高，Kp增大，CO%下降，吸熱反響溫度越高，所需CO%越小，對(duì)復(fù)原越有利。復(fù)原法課堂練習(xí)：經(jīng)氫氣復(fù)原氧化鐵制備復(fù)原鐵粉：FeO+H2=Fe+H2O

平衡常數(shù)：

討論復(fù)原溫度分別為500oC，600oC，700oC時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢(shì)和溫度對(duì)復(fù)原的影響。復(fù)原法作業(yè)：用氧化鎢的氫復(fù)原方法制備復(fù)原鎢粉：：WO2+2H2=W+2H2O

平衡常數(shù)：

討論復(fù)原溫度分別為700oC，800oC，900oC時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢(shì)和溫度對(duì)復(fù)原的影響。復(fù)原法—固體碳復(fù)原法復(fù)原法—固體碳復(fù)原法復(fù)原法—固體碳復(fù)原法復(fù)原法—固體碳復(fù)原法液相沉淀法簡(jiǎn)介1．直接沉淀法：Ba(C3H7)2和Ti(C5H11)4溶解在異丙醇或苯中，水解沉淀得到

BaTiO3微粉。2．均勻沉淀法：不加沉淀劑，而是溶液內(nèi)生成沉淀劑。

(NH2)2CO+3H2O—>2NH4OH+CO↑；

3OH-+Fe3+—>Fe(OH)3↓3．共沉淀法：在混合的金屬鹽溶液中添加沉淀劑，即得到各種成分混合均勻的沉淀，再進(jìn)行熱分解。

BaCl2+TiCl2

—>BaTiO(C2O4)2·4H2O

—>BaTiO34．特殊沉淀法：

①溶膠——凝膠〔Sol-gel〕法：將金屬氧化物或氫氧化物濃溶膠變?yōu)槟z〔參加膠凝劑〕，再將凝膠枯燥后熔燒，然后制得氧化物的方法。

②凝膠——沉淀法：在金屬鹽溶液中參加有機(jī)化合物〔作為膠凝劑〕使兩者在堿中共沉淀，生成由有機(jī)化合物構(gòu)成的凝膠中分散金屬氫氧化物那樣的復(fù)合體。流程中，堿分解主要是將鎢礦物分解，使鎢以可溶性的Na2WO4形態(tài)進(jìn)入溶液，而與大量伴生元素如鈣、鐵、錳等別離，離子交換或鎂鹽凈化-萃取的任務(wù)主要是凈化除硅、磷、砷，同時(shí)將鎢從Na2WO4形態(tài)轉(zhuǎn)化成〔NH4〕2WO4形態(tài)，氫復(fù)原那么是將鎢由氧化物形態(tài)轉(zhuǎn)化成金屬鎢粉。氣相沉積法簡(jiǎn)介--化學(xué)氣相沉積法〔CVD〕化學(xué)氣相沉積法〔CVD〕：氣體原料發(fā)生化學(xué)反響，生成固態(tài)金屬粉末。用于制取難熔化合物粉末。熱分解法：

氣相復(fù)原法：復(fù)合反響法：碳化物：硼化物：硅化物：氮化物：電解法簡(jiǎn)介PbCu小結(jié)教學(xué)要求：1、了解粉末制取方法