粉末冶金新工艺2.ppt
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1、昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,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,第一章 粉末的制备新技术,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,制备粉末的三种途径:固态 液态 粉末 气态,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,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,第一章 粉末的制备新技术,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,机械制粉方法的实质就是利用动能来破坏材料的内结合
2、力,使材料分裂产生新的界面。,机械研磨法,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。,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。,研磨的理论基础 机械力化学,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
3、变化。,球磨制粉包括四个基本要素:球磨筒磨球研磨物料研磨介质,球磨制粉,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。,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,球磨制粉的基本原则,滚筒式行星式振动式搅动式,球磨制粉的基本方式,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
4、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。,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
5、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。,1.动能准则:提高粉末颗粒的动能2.碰撞
6、几率准则:提高粉末颗粒的碰撞几率,气流研磨制粉的基本原则,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:旋涡研磨冷流冲击流态化床气流磨,旋涡研磨,冷流冲击,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。,夹带有粉料的高压气流通过一个称为拉瓦尔管型硬质合金喷嘴喷向空间时,气体压力急剧下降,形成绝热膨胀过程。这一过程会同时
7、产生两种效应,流态化床气流磨,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。,流态化床气流磨的特点:,昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲,液态 粉末1、液态金属(合金)金属粉末:雾化法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,第一章 粉末的制备新技术,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。,雾化制粉法,雾化机理
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