粉末材料的制备、成形与固结.
材料工程基础-第六章 粉末材料的成形与固结
P0—初始接触应力 ρ—相对密度
θ0—(1-ρ) a=[ρ2(ρ-ρ0)]/θ0
成形方法
压力成形
增塑成形
浆料成形
模压成形 三轴压制 等静压成形 高能成形 挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
注浆成形 热压铸成形 流延法成形 压力渗滤 凝胶铸模成形 直接凝固成形
二、压力成形 1、 模压成形
压力成形
增塑成形
挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
浆料成形
二、增塑成形
1、挤压（挤出）成形： 利用压力把具有塑性的粉料通
过模具挤出来成形的，模具的形状就是成形坯体的形状。
单螺杆挤出机示意图
通心粉
➢ 2、轧膜成形（滚压或辊压成形）
将粉体和粘结剂、溶剂等置于置于轧辊上混 炼，使之混合均匀，伴随吹风，溶剂逐步挥发， 形成一层厚膜； 调整轧辊间距， 反复轧制，可制 得薄片坯料。
２、 粉末在压力下的运动行为
成形工艺主要有： 刚性模具中粉末的压制（模压） 弹性封套中粉末的等静压 粉末的板条滚压 粉末的挤压
受力过程的三个阶段
第一阶段：首先粉末颗粒发生重排； 第二阶段：颗粒发生弹塑性变形； 第三阶段：颗粒断裂。
压坯密度与压制压力的关系
在压制过程中，随着压力的增加，粉 体的密度增加、气孔率降低。人们对压 力与密度或气孔率的关系进行了大量的 研究，试图在压力与相对密度之间推导 出定量的数学公式。目前已经提出的压 制压力与压坯密度的定量公式（包括理 论公式和经验公式）有几十种之多，表 中所示为其中一部分。
成形的理论基础 粉末的工艺性能 粉末在压力下的运动行为 成形方法
一、成形的理论基础
１、粉体的堆积与排列
晶胞 BCC
粉末冶金制备工艺
粉末冶金制备工艺粉末冶金的制备工艺是一种非常重要的先进制造技术，它可以帮助工业生产制造出更为精密、复杂的金属产品。
粉末冶金制备工艺可以分为材料制备和成形处理这两大部分。
首先，我们来谈谈材料制备。
材料制备需要从金属原料中提取相应的金属粉末，通常采用磨粉机、流体化床或是加热熔化的方式，以获得细小的金属粉末。
在获得金属粉末后，如果要制备出具有一定性能的产品，就需要对粉末进行添加添加剂，以提高金属粉末的粒度分布，对金属粉末的表面特性进行改善，以及保证金属粉末的包覆稳定性。
接下来，我们来谈谈成形处理。
成形处理是粉末冶金制备工艺中最重要的环节，可以采用压制、挤压、锻造、熔覆等多种加工方法来实现。
其中，压制是用压力将金属粉末压入模型中的加工工艺，可以在低温下实现大规模生产，而且能够有效提高制品的尺寸精度和表面质量；挤压法则是使用挤压机和冲床来将金属粉末挤压成相应的结构，具有效率高、制品质量稳定性好的优点；锻造法则是利用机械压力将金属溶融后在冷却后形成目标特征结构的工艺，它可以实现高精度的加工；最后，熔覆法则是一种先熔化金属然后将其均匀地覆盖在金属零件表面的流体化覆盖工艺，以达到改善制品性能和非金属层的覆盖目的。
以上就是粉末冶金制备工艺的主要流程，它可以有效地提高制品的多功能性，使用粉末冶金技术生产出的产品具有质量好、容易自动化及尺寸精度高等特点，是一种十分有效的制备工艺。
粉末冶金制备工艺瞩目着它在汽车制造业、航空航天、医疗仪器、高性能高精度等领域的发展，为相关行业的技术进步和制造水平的提升带来了良好的影响。
粉末冶金制备工艺的发展将会对未来的制造业有重要的意义，会大大提高制造过程的效率，更有利于环境保护。
它可以有效地提高工业生产的质量，并能够有效的降低能耗，是未来制造业的一个理想状态。
因此，进一步加强研究和技术支持，改善粉末冶金制备工艺，完善完善生产过程，是未来工业面临的重要挑战。
粉末成形与烧结 ppt课件
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一、金属粉末的压坯强度
压坯强度是指压坯反抗外力作用保持其几何形状和尺寸不变的能 力，是反映粉末质量优劣的重要标志之一。粉末颗粒之间的联结 力大致可分为两种：
(1)粉末颗粒之间的机械啮合力 粉末的外表面呈凹凸不平的不规则形状，通过压制，粉末颗粒之 间由于位移和变形可以互相楔住和钩住，从而形成粉末颗粒之间 的机械啮合，这是使压坯具有强度的主要原因之一 。
制粒： 制粒是将小颗粒颗粒粉末制成大颗粒或团粒的工序，常用来改善粉末 的流动性。在硬质合金生产中，为了便于自动成形，使粉末能顺利充 填模腔必须先制粒。
混合： 混合一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。有 时候，为了需要也将成分相同而粒度不同的粉末进行混合，这种过程 称为合批。
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主要成形工艺分类 压力成形 （1）刚性模压制 （2）等静压成形 （3）爆炸成形 增塑成形 （1）粉末轧制（也可不用增塑剂） （2）粉末挤压 （3）粉末注射成形 （4）车坯、滚压
浆料成形 （1）注浆成形 （2）流延成形 （3）电泳成形 （4）直接凝固成形 （5）凝胶注模成形 其他成形 喷射成形等
粉末退火
提纯，软化粉末，稳定粉末结构，粉末钝化；
粉末混合
混粉、合批，使成分均匀；物理法与化学法；
成型剂
润滑剂、粘接剂、造孔剂；
制粒
小颗粒制成大颗粒，改善流动性；
加压与脱模
压制力、压制速度；保压时间；脱模力；
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压制前粉末要经过预处理，预处理包括：粉末退火、筛分、混合、 制粒、加润滑利等 。 退火： 目的：除杂、消除加工硬化、钝化。 退火温度根据金属粉末的种类而不同，通常为该金属熔点的 0.5~0.6Tm。
粉末的工艺流程
粉末的工艺流程粉末的工艺流程粉末加工是一种通过将固体材料研磨成粉末，并利用化学反应或物理过程将其固化成所需形状的工艺方法。
该工艺在金属、陶瓷、塑料等行业中广泛应用。
下面将介绍一种典型的粉末工艺流程。
首先，制备粉末原料。
选择适合的材料，例如金属合金、陶瓷颗粒等作为原料。
原料的制备包括破碎和磨细，通常使用破碎机和球磨机进行处理。
在破碎和磨细过程中，需要控制颗粒的大小和颗粒分布，以满足后续工艺需求。
其次，混合和制备预压坯体。
将磨细的原料进行混合，以确保原料的均匀性。
混合过程中通常使用搅拌器或其他混合设备。
混合完毕后，将混合物进行预压。
通过预压，可以获得更高的密度，并给后续的成型提供压力。
接下来，成型。
根据产品的需要，可以选择不同的成型方法，如压制成型、注射成型、挤压成型等。
压制成型是一种常见的方法，通过将预压坯体放入模具中，并施加压力，使其与模具形成所需形状。
注射成型适用于制造复杂形状的产品，通过将粉末与粘结剂混合后，注入模具中，经过固化后得到所需形状。
挤压成型通过将粉末放入挤压机中，并在高温高压下挤出所需形状。
然后，烧结。
烧结是粉末工艺中一个重要的步骤，通过加热原料，在一定的温度下使其粒子结合成块。
烧结过程中，原料中的粒子相互溶胀、扩散和结合形成致密的块体。
在烧结过程中，需要控制温度、时间和气氛，以确保产品的质量。
烧结后，产品将具有较高的密度和强度。
最后，后处理。
对于金属制品，可以进行后处理操作，如热处理和表面处理。
热处理可以通过改变温度和时间来改变产品的组织和性能。
表面处理可以通过电化学处理、电镀、喷涂等方法，使产品具有更好的表面性能。
总的来说，粉末的工艺流程包括原料制备、混合、制备预压坯体、成型、烧结和后处理等步骤。
这些步骤的操作需要严格控制，以确保产品的质量和性能。
粉末工艺的发展为制造业提供了更多的选择，可以制造出复杂形状和高性能的产品，同时还减少了材料的浪费和能源的消耗。
金属粉制备的工艺
金属粉制备的工艺金属粉制备是一种常见的金属制备工艺，它通过粉末冶金技术将金属材料转化为粉末状态，以便进行后续的加工和使用。
金属粉制备工艺包括粉末制备、粉末处理、粉末成形和粉末烧结等步骤。
金属粉制备的第一步是粉末制备，常见的方法有物理法和化学法。
物理法包括研磨法、机械合金化法、高能球磨法等，通过对金属块、片、粒等原料进行破碎、磨碎和混合等处理，得到所需的金属粉末。
化学法则是通过溶液化学反应或气相沉积的方法，将金属盐溶解于溶剂中，再通过还原、析出或沉积等方式，得到金属粉末。
物理法制备的金属粉末一般粒径较大，而化学法制备的金属粉末粒径较小。
粉末制备后，还需要对金属粉末进行处理，以提高其品质和性能。
处理方法包括粉末分类、表面处理和粉末成分调整等。
粉末分类是将制备好的金属粉末按照粒径和形状进行分级，以得到符合要求的粉末。
表面处理则是对金属粉末表面进行化学或物理的处理，以改变其表面性质和活性，提高粉末的适应性。
粉末成分调整则是对金属粉末的组成进行调整，以满足特定的要求。
粉末处理完成后，金属粉末可进行成形，成形方法包括压制成型和注射成型等。
压制成型是将金属粉末放入模具中，经过压制使其成形。
注射成型则是将金属粉末与有机物混合，通过压力将其注射到模具中，再通过加热或化学反应等方式，从而使其成形。
成形后的金属粉末形状多样，可根据需求进行调整。
最后一步是粉末烧结，烧结是将金属粉末经过高温和压力的作用，使其发生相互结合并形成致密的块状。
烧结温度和时间的选择要根据金属粉末的成分和要求来确定。
烧结后的金属粉末具有较高的强度和密度，且具备良好的机械性能和导电性能，可用于制备各种金属制品和零部件。
综上所述，金属粉制备的工艺可分为粉末制备、粉末处理、粉末成形和粉末烧结等步骤。
这些步骤的选择和操作对于金属粉制备的质量和性能均有重要影响，需要根据具体的金属材料和要求来确定。
金属粉制备工艺的发展和应用，不仅可以满足各种金属制品的需求，还有助于推动金属材料的研究和应用。
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法包括：
1. 烧结成型：将粉末材料加压成形后，在高温下进行烧结，使粉末颗粒粘结和合并，形成坚固的固体。
2. 注射成型：将粉末和粘结剂混合后注射到模具中，然后通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。
3. 挤出成型：将粉末和粘结剂混合后挤出成型，通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。
4. 粉末冶金成型：通过压制、烧结或热压等方式，将粉末材料制成金属产品或零件。
5. 粘结剂成型：将粉末材料与粘结剂混合后进行成型，其中粘结剂的作用是使粉末颗粒粘结在一起。
6. 激光烧结成型：利用激光束将粉末颗粒局部加热，使其熔化和熔接成形。
7. 真空烧结成型：在真空环境中进行烧结成型，可以减少氧化反应和杂质的产生，提高成品质量。
8. 喷雾成型：将粉末材料喷雾成细小颗粒，在加热或加压条件下使其固化成形。
粉末冶金工艺的基本工序模版
粉末冶金工艺的基本工序模版粉末冶金是一种通过将金属粉末经过压制和加热来制备金属制品的工艺。
它与传统的熔融冶金不同，不需要将金属完全熔化。
粉末冶金工艺具有高效、精确的特点，被广泛应用于汽车、航空航天、电子、能源等领域。
粉末冶金工艺的基本工序包括粉末制备、成型、烧结和后续处理，下面将对每个工序进行详细介绍。
一、粉末制备粉末制备是粉末冶金工艺的第一步，它的质量直接影响到最终制品的性能。
常见的粉末制备方法有机械法、化学法、电化学法和热分解法等。
其中，机械法是最常用的方法。
它包括机械合金化和机械研磨两个步骤。
1. 机械合金化机械合金化是将两种或多种金属粉末混合并进行球磨或挤压等加工，以实现金属间的原子扩散。
这种方法可以提高金属的强度和韧性。
机械合金化的关键是选择适当的合金化时间和合金化温度。
2. 机械研磨机械研磨是将金属块研磨成粉末的过程。
常见的机械研磨设备有球磨机、研磨机、超细研磨机等。
机械研磨的关键是选择合适的研磨介质和研磨时间，以获得均匀细小的金属粉末。
二、成型成型是将金属粉末按照设计要求进行形状加工的过程。
常见的成型方法有压制成型、注射成型和挤压成型等。
1. 压制成型压制成型是将金属粉末置于模具中，通过压力使其成形的方法。
压制成型可以分为干压和湿压两种。
干压是在没有任何添加剂的情况下进行的压制，而湿压则需要添加有机粘结剂或金属浆料。
2. 注射成型注射成型是将金属粉末与有机粘结剂混合，并通过注射机将混合物注入模具中，然后通过加热和固化使其成形的方法。
注射成型广泛应用于制备复杂形状的金属制品。
3. 挤压成型挤压成型是将金属粉末放置在挤压模中，并通过挤压机施加压力，使其通过模具的孔型流动并成形的方法。
挤压成型适用于制备长材料和管状材料等。
三、烧结烧结是将成型后的金属粉末在高温下进行加热，使其颗粒之间形成结合的过程。
烧结可以分为热压烧结和等静压烧结两种。
1. 热压烧结热压烧结是将金属粉末置于模具中，在高温和高压条件下进行形变和烧结的方法。
粉末粘接成型的介绍
粉末粘接成型的介绍粉末粘接成型是一种常用的制造工艺，通过将粉末料粘结在一起形成固体零件。
这种工艺广泛应用于诸多行业，包括航空航天、汽车、医疗器械等领域。
粉末粘接成型的过程通常包括以下几个步骤：粉末制备、粘接、烧结和后处理。
首先，需要将原材料制备成粉末的形式。
这个步骤非常关键，粉末的质量和粒度分布将直接影响最终零件的性能。
通常，粉末是通过研磨、球磨或雾化等方法制备而成。
接下来是粉末的粘接。
粘接过程中，需要添加一定的粘结剂或者使用压力来促使粉末颗粒之间产生相互作用力，从而实现颗粒的粘接。
粘接剂的选择要考虑到材料的性质和最终零件的要求，一般可选择有机胶水、陶瓷胶水或金属粘结剂等。
完成粘接后，需要进行烧结。
烧结是指在高温下将粘接好的粉末料加热，使其在固态下结合成密实的零件。
烧结温度和时间的选择要根据粉末的成分和形状来确定。
在烧结过程中，粉末颗粒之间会发生扩散和固态结合，从而形成具有一定强度和致密度的零件。
最后是后处理。
后处理包括清洗、修整和表面处理等步骤。
清洗是为了去除烧结过程中产生的残留物，保证零件表面的洁净度。
修整是为了去除零件表面的毛刺和不平整部分，提高零件的精度和外观。
表面处理可以进一步改善零件的性能，如增加耐磨性、耐腐蚀性和美观度等。
粉末粘接成型具有许多优点。
首先，它可以制造复杂形状的零件，包括内部结构和空腔。
其次，粉末粘接成型可以实现材料的高效利用，减少废料的产生。
此外，该工艺还可以制造多种材料的复合零件，如金属-陶瓷复合材料和金属-塑料复合材料等。
然而，粉末粘接成型也存在一些挑战和限制。
首先，粉末粘接成型的工艺比较复杂，需要控制多个参数，如粉末的成分、粒度分布、粘接剂的选择和烧结条件等。
其次，粉末粘接成型的制造周期相对较长，不适用于大批量生产。
此外，粉末粘接成型的零件通常具有较高的成本，主要是因为原材料的价格较高。
尽管存在一些挑战，粉末粘接成型仍然是一种非常有潜力的制造工艺。
随着材料科学和工艺技术的不断发展，粉末粘接成型将会在更多的领域得到应用，并为各行各业带来更多的创新和发展机会。
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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
粉末颗粒大多具有表面凹型特征，故称为蝶状粉末
冷流冲击
加速效应→加速后的气体可超过音速，颗粒撞击动能增大 冷却效应→气粉混合物的温度能降到零度以下，金属颗粒冷脆性提高 气压越大，粉末越细。
陶瓷粉：空气； 金属粉末：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。
气流研磨制粉的基本原则
1.动能准则：
提高粉末颗粒的动能 2.碰撞几率准则：
提高粉末颗粒的碰撞几率
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。
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
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。
颗粒大小和形状表征
粉体材料的组成单元——颗粒。
颗粒的大小和形状是粉体材料最重要的物
性特性表征量。
颗粒的大小
粒径
颗粒大小和形状表征 颗粒大小
直径D
直径D、高度H
？
第二节 粉末的制备
机械制粉
物理制粉 化学制粉
粉末的制备
机械制粉
物理制粉
化学制粉
机械研磨
气流研磨
液体雾化
蒸发凝聚
气相沉积
精细陶瓷 环 机 保 械
颗粒的分类
粗 颗 粒 （100～150μ m） 中 粉 体 （44～150μ m）
颗粒
细 粉 体 （10～44μ m）
极细粉体 （0.5～10μ m）
纳米颗粒 （＜ 0.1μ m）
第一节 粉末的表征与测量
颗粒大小和形状表征 粉体特性的表征 粉体的粒度与比表面测定
V临 2
42.4 D
(转 / 分)
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
限定条件实际上与这一动能准则相
悖，因此滚筒球磨的球磨效率是很
有限的。为了克服这个不足，人们
又进一步开发了新的球磨方法。
振动球磨
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。
绪
论
行
化 食 颜 能 电 建
业
工 品 料 源 子 材
用
途
涂料、油漆、催化剂、原料处理 粮食加工、调味料、保健食品、食品添加剂 偶氮颜料、氧化铁系列颜料、氧化铬系列 煤粉燃烧、固体火箭推进剂、水煤浆 电子浆料、集成电路基片、电子涂料、荧光粉 水泥、建筑陶瓷生产、复合材料、木粉 梯度材料、金属与陶瓷复合材料、颗粒表面改性 脱硫用超细碳酸钙、固体废弃物的再生利用、粉状污水处理剂 粒度砂、微粉磨料、超硬材料、固体润滑剂、铸造型砂
研磨时不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。
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，符合了提体传输粉料的一种研磨方法。
与机械研磨法不同，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。
第七章 粉体材料的制备、成形与固结
绪论 • 粉末的表征与测量 • 粉末制取 • 粉末成形 • 粉末固结
绪论
绪
论
颗粒
粉体
绪
论
一次颗粒（单个颗粒）：指内部没有空 隙的致密材料。 一次颗粒的粉化过程是内部原子的 断键过程，要求高能量输入。 二次颗粒（颗粒聚集体）：是单个颗粒 以弱结合力构成，包含一次颗粒与孔隙。 二次颗粒的粉化过程是界面的弱结合 力断开，由界面能转变为表面能，能量输 入相对较弱。
一、 雾化制粉法
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。
雾化机理
雾化
聚并
凝固
还原化合
电化学法
§7.2.1 机械制粉法
机械研磨 气流研磨
一、 机械研磨法
机械制粉方法的实质就是利用动能来破坏材
料的内结合力，使材料分裂产生新的界面。
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。
1、球磨制粉
流态化床气流磨
流态化床气流磨的特点：
•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。
§7.2.2 物理制粉法
雾化法 蒸发凝聚法
绪
论
粉体工程所涉及的行业
行 业
农 矿 冶 橡 塑 造 印 药 业 业 金 胶 料 纸 刷 物
用
途
粮食加工、化肥、粉剂农药、饲料、人工降雨催凝剂 金属矿石的粉碎研磨、非金属矿深加工、低品位矿物利用 粉末冶金、冶金原料处理、冶金废渣利用、硬质合金生产 固体填料、补强材料、废旧橡胶制品的再生利用 塑料原料制备、增强填料、粉末塑料制品、塑料喷涂 造纸填料、涂布造纸用超细浆料、纤维状增强填料 油墨生产、铜金粉、喷墨打印墨汁、激光打印和复印碳粉 粉剂、注射剂、中药精细化、定向药物载体、喷雾施药
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。
球磨制粉的基本原则
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
球磨制粉的基本方式
滚筒式
振动式
搅动式
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； 转速增加到临界转速 V 临 2 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。