01 第一章 粉末的制取机械法
第一章粉末的制取雾化法
▪ (II)原始液滴形成区：在气流的 冲刷下，从金属液流柱或纤维束 的表面不断分裂出许多液滴。
▪ (III)有效雾化区：由于气流能 量集中于焦点，对原始液滴产生 强烈击碎作用，使其分散成细的 液滴颗粒。
▪ (IV)冷却凝固区：形成的液滴 颗粒分散开，并最终凝结成粉末 颗粒。
喷嘴的结构
喷嘴是雾化浆置中使雾化介质获 得高能量、高速度的部件，也是 对雾化效率和雾化过程稳定性起 重要作用的关键性部件。
C.用水作雾化介质的特点
(1)水的热容比气体大得多，对金属液滴的冷却能力强。 因此，用水作雾化介质时，粉末多为不规则形状，同时， 随着雾化压力的提高，不规则形状的颗粒愈多，颗粒的 晶粒结构愈细。
气体雾化易得球形粉，水雾化得无规则粉 (2)内于金属液滴冷却速度快，粉末表面氧化大大减少。 所以，铁、低碳钢、合金钢多用水雾化。
– 真空雾化：在真空中的雾化。 – 超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。
声化学制取纳米金属粉
美国科学家采用声化学 技术制取纳米金属粉。 声化学是研究液体中高 强度超声波产生的小气 泡的形成、长大与内向 破裂等现象的学科。
这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在 冷液中形成“热点”,瞬时温度约为5000℃,压力约 1GPa,持续时间约10亿分之一秒。
粗略而形象地说,上述这些数据相当于太阳的表 面温度,大洋底部的压力,闪电的时间。当气泡破 裂时,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个 金属原子,而后聚集为原子簇。这些原子簇含有几 百个原子,直径约为2～3nm。
制备金属粉末的方法
制备金属粉末的方法
制备金属粉末的方法主要有以下几种：
1. 机械研磨法：将金属块通过球磨机、环磨机等设备进行研磨，使其破碎成粉末。
2. 化学还原法：通过将金属盐溶液与还原剂反应，使金属离子还原为金属粉末。
3. 电解法：将金属盐溶液用作电解质，通过电解反应将金属离子还原为金属粉末。
4. 车削法：使用机床将金属块切削成细小的金属粉末。
5. 雾化法：将金属块加热至熔点，然后通过高速气流将熔融金属喷雾，使其迅速冷却成粉末。
这些方法根据金属的性质和需求的粉末质量可选择不同的方法进行制备。
粉末冶金
举例说明两种粉末冶金材料特点及其应用？
在固态下制 取粉末的方法包括
4.粉末冶金的优点
（3）粉末冶金能生产用普通熔炼法无法 生产的具有特殊性能的材料。
a、能控制制品的孔隙度。例如：多孔含油轴承等 b、能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果， 生产各种特殊性能的材料。 c、能生产各种复合材料。例如：金属陶瓷、硬质合 金、弥散强化材料等 绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料 只能用粉末冶金方法来制造。
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粉末冶金与铸造技术比较
粉末冶金优势：
铸造优势：
① 粉末冶金制件表面光洁度高； ① 形状不受限制； ② 制造的尺寸公差很窄，尺寸 ② 适于制造大型零件； 精确； ③ 零件生产批量小时，经济； ③ 合金化与制取复合材料的 ④ 一般说来，工、模具费用低 可能性大 ④ 组织均一（无偏聚、砂眼、 缩孔）、力学性能可靠； ⑤ 在经济上，粉末冶金工艺 能耗小。
德里柱表面上刻的碑文
德里柱最早是耆那教神庙建 筑群，27座神庙之中某间房 屋的一根柱子。 十三世纪初，神庙全部被毁， 并将拆毁后的材料，拿来兴 建宫殿与清真寺。 德里铁柱是剩余的建材，因 此被移到现址。在印度的达 哈、辛哈勒斯、克那拉克都 发现竖有相同技术的古铁柱
德里铁柱少有锈蚀的原因
4.粉末冶金的优点
（1）粉末冶金方法生产的某些材料， 与普通熔炼法相比，性能优越。
粉末冶金技术通常粉末冶金零件表面光洁、尺寸 精确，与铸造相比，可以最大限度地减少合金成 分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。 生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末冶金 法。例如：钨、钼等。
粉末的制取
物理蒸发冷凝法/物理气相沉积法（PVD）
采用不同的能量输入方式使金属汽化，然后 再在冷凝壁上沉积，从而获得金属粉末。 • 类型 ①电阻加热方式 ②等离子束加热方式 ③激光加热方式 ④电子束加热方式 ⑤高频感应加热方式
电阻加热蒸发
激光加热蒸发
电子束加热蒸发
பைடு நூலகம்
高频感应加热蒸发
• (1)旋转圆盘法/D.P.G法
最 早 于 1976 年 由 美 国 的 Pratt ＆ Whitney 飞 机 制 造 公司研制出来、用以制备 超合金粉末，而后这种离 心雾化装置相继在日本、 前苏联等国问世。
1—带叶片的旋转 圆盘；2—漏包
• (2)旋转水流雾化法
最早由美国钒合金钢公 司用来制造不锈钢粉。
机械作用力雾化法
双辊雾化法
a、水溶液急冷式, b、快淬辊式 1-惰性气体；2-喷嘴；3-感应加热器；4-双辊；5-急冷装置
电动力学雾化法
真空雾化法（可溶性气体雾化法）
利用不同压力下气体在液态金属中的 溶解度不同而将金属雾化成粉末的工艺方 法。
多级雾化法
多种雾化机构组合在一起；第一级一般为双流 雾化、后几级为离心雾化或机械作用力雾化等。
过程三：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。
• 提高雾化制粉效率的两条基本准则 能量交换准则：提高单位时间内单位质量液体 从系统中吸收能量的效率，以克服表面自由 能的增加；
快速凝固准则：提高雾化液滴的冷却速度，防 止液体微粒的再次聚集。
• 雾化方法
双流雾化法
离心雾化法
真空雾化法 特殊雾化法：多级雾化、固体雾化
双流雾化法（Double-Stream Atomization）： 金属液流和雾化介质流
类型
机械制造基础-6.2粉末制备技术(1)
第六章粉末冶金6.1 金属粉末的特性6.2 粉末制备技术6.3 粉末冶金成形技术第二节粉末制备技术机械法（机械粉碎法和雾化法）物理化学法（还原法、电解法等）粉末制备是粉末冶金关键的第一步！从制粉实质来看，制粉技术分为两大类：1. 机械法（原料机械地粉碎，化学成分基本不变化）2. 物理化学法（通过改变原料的化学成分或聚集状态而获得粉末）粉末制备机械制粉碳还原物理化学制粉机械粉碎法雾化法蒸发冷凝法羰基物热离解法还原法气相沉积机械研磨旋涡研磨二流雾化法离心雾化法电解法气体还原金属热还原熔盐电解水溶液电解机械粉碎法机械粉碎是靠压碎、碰撞、击碎和磨削等作用，将块状金属或合金机械地粉碎成粉末的过程。
其实质就是利用动能来破坏材料的内结合力，使材料分裂形成新的界面。
以压碎作用为主的碾碎、辊轧和鄂式破碎等； 以击碎作用为主的锤磨；击碎和磨削多方面作用的球磨、棒磨；除研磨外，其他粉碎方法主要用于物料破碎及粗粉制备。
颚式破碎机机械粉碎特点及应用研磨法主要作用：使粉末的粒度变细以及合金化、混料等。
粉末特征：表面有加工硬化、形状不规则、流动性差和团块等。
机械研磨法（球磨法）：用于脆性材料气流研磨法（旋涡研磨）：用于塑性金属球磨要素：磨球、物料、研磨介质和球磨筒 提高球磨效率的基本原则：动能准则（提高磨球的动能）、碰撞几率准则（提高磨球的有效碰撞几率）球磨法滚筒式球磨机示意图有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）球磨法球和物料的运动状态：泻落、抛落和临界转速。
转速较慢时，球和物料沿筒体上升至坡度角，然后滚下，称为泄落，此时粉碎主要靠摩擦作用； 转速较高时，球上升至更高的高度然后抛落下来，此时物料主要靠球落下时的冲击碰撞而粉碎； 当转速达到临界转速时，离心力大于重力，球体紧靠筒壁与筒体一起回转，此时物料粉碎作用停止。
球磨机中球体运动示意图泻落抛落临界转速D 为球磨筒直径球磨筒转速：n工=0.6n临界（细粉），n工=（0.70~0.75）n临界（粗粉）装球量：装填系数（装球体积与磨筒体积之比）以0.4~0.5为宜球料比：装料量应填满球间的空隙稍盖住球体表面。
01粉末的制取雾化法
温度和化学成分对液体金属的表面张力的影响
(1)所有金属，除铜、镉外，其表面张力都随温度 升高（降低）而降低（增大）。 (2)氧、氮、碳、硫、磷等活性元素大大降低液金 属的表面张力。
温度和化学成分对液体金属粘度的影响
超声波雾化
▪ 高速气体脉冲以60120kHz的特征频率和4个 马赫数的高速冲击熔化金 属流。
▪ 所得粉末呈球形，平均粒 度细而且粒度分布范围窄。
熔滴雾化法
▪ 熔融金属经坩埚底部的小孔流出，流入真空或惰 性气体中，膨胀并形成球形颗粒
▪ 控制粉末粒度最重要的参数是小孔直径、熔融金 属的流速，特别是熔液的密度和表面张力。
B. 金属液过热温度的影响
在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度愈高， 细粉末多，愈容易得球形粉末。
温度高的液滴冷凝过程长，表面张力收缩液 滴表面的作用时间长，容易得到球形粉末。 特别是水雾化时，增加过热温度，总是增加 球状粉末。
生产上按金属与合金的熔点选择过热温度 低熔点金属（锡、铅、锌等)为50一100℃，铜合金为100 一150℃，铁及合金钢为150—250℃。
▪ (II)原始液滴形成区：在气流的 冲刷下，从金属液流柱或纤维束 的表面不断分裂出许多液滴。
▪ (III)有效雾化区：由于气流能 量集中于焦点，对原始液滴产生 强烈击碎作用，使其分散成细的 液滴颗粒。
▪ (IV)冷却凝固区：形成的液滴 颗粒分散开，并最终凝结成粉末 颗粒。
喷嘴的结构
喷嘴是雾化浆置中使雾化介质获 得高能量、高速度的部件，也是 对雾化效率和雾化过程稳定性起 重要作用的关键性部件。
▪ 二流雾化法是用高速气流或高压水击碎金属液流。
第一章-特种陶瓷粉体的制备2
(2) 较细粉料的粉碎需要大量滚碾磨擦，因而
希望振动频率高些，破碎后期一般粉料较细，
因而破碎后期振动频率要高以提高效率。
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➢振磨工艺原理
4、振磨工艺优缺点
优—粉料在单位时间内受研磨体的冲击与研磨作 用次数极大，其作用次数成千倍于球磨机，因此粉碎 效率很高。粉碎粒度细，混入杂质较少：一方面粉碎 是靠疲劳破坏而粉碎，另一方面由于研磨效率高，所 用时间短，因此减少了混入杂质的可能性。
2. 物料的分散性好，微米级的颗粒粒度非常均匀；
3. 能耗低，为滚筒式的1/4.
4. 生产中易于监控，温控极好。
5. 对于研磨铁氧体磁性材料，可直接用金属磨筒及
2钢021/球8/2 介质进行研磨。
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（三）振动球磨机
1、惯性式振动磨机基本结构
振动球磨机是由激振器产生的高频圆振动，使球磨机内的 研磨介质产生了由高速自转和低速公转组合的高强度旋转冲击 运动。这种复合运动对物料形成强力冲击破碎和研磨作用，一 般可202将1/8/物2 料研磨到微米甚至亚微米级、粒度分布范围窄。 23
这种杂质有时可用酸洗的方法去掉。但当被磨原料也 与酸发生作用，或球磨筒和研磨体材料不与酸作用时，那 么这种杂质就很难去除。
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机械粉 粹法
滚筒球磨 振动磨
行星磨 搅拌磨 气流磨 高能球磨
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（一）滚筒式球磨机
滚筒式球磨机对粉料作的功： （1）磨球自由落体撞击功。 （2）球—球，球—内衬之间的滚动、碾压、磨擦功
玛瑙（SiO2）、氧化锆增韧氧化铝、钢球等材料。下表给出了 某些瓷介质研磨体的性能。
材质 氧化铝磨
体 氧化锆磨
粉末的制备PPT课件
气流研磨三种类型：
旋涡研磨 冷流冲击 流态化床气流磨
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旋涡研磨
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冷流冲击
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喷嘴喷向空间时，气体压力急剧下降，形成绝热 膨胀过程。这一过程会同时产生两种效应：
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。
积比）的可压缩变形粉末。
在机械合金化时对其他组分 其基体或者粘接剂的作用。
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过程：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。
冲击：Colliding 这些都能形成破碎作用. 那么破碎粉末所 需要的作用力与缺陷结构和裂纹扩展敏感程度 相关.
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粉碎作用力的作用形式
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研磨的理论基础 ——机械力化学
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。
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气 雾 化 的 四 个 区 域
b
负压紊流区 颗粒形成区 有效雾化区 冷却凝固区
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