粉末冶金粉體常見(jiàn)的制備方法及綜述1.doc

粉末冶金粉體常見(jiàn)的制備方法及綜述 Powder metallurgy powder and preparation method of common 摘要：粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造鐵的第一個(gè)方法實(shí)質(zhì)上采用的就是粉末冶金方法。粉末冶金制品的應(yīng)用范圍十分廣泛，從普通機(jī)械制造到精密儀器；從五金工具到大型機(jī)械；從電子工業(yè)到電機(jī)制造；從民用工業(yè)到軍事工業(yè)；從一般技術(shù)到尖端高技術(shù)，均能見(jiàn)到粉末冶金工藝的身影。目前，我國(guó)粉末冶金行業(yè)整體技術(shù)水平低下、工藝裝備落后，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平相比存在較大差距。本文介紹了粉末冶金粉體的制備方法，包括物理方法和化學(xué)方法，物理法包括機(jī)械粉碎法，化學(xué)法包括氣相沉積法、霧化法和電解法，氣相沉積法、霧化法和電解法目前在工業(yè)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：粉末冶金；粉體；氣相沉積法，霧化法，電解法Abstract: the method of powder metallurgy originated in three thousand years . Manufacture of iron for the first method is essentially by powder metallurgy method. Powder metallurgy products, a wide range of applications, from the ordinary machinery manufacturing of precision instrument; from the hardware to the large machinery; from electronics to motor manufacturing; from the civilian industry to the military industry; from the general technology to sophisticated high technology, can see the figure of powder metallurgy process. At present, our country metallurgy industry overall technology level is low, the backward technology and equipment, with foreign advanced level of technology compared to exist bigger difference. This paper introduces the powder metallurgy powder preparation method, including physical methods and chemical methods, physical methods including mechanical crushing method, chemical method includes a vapor deposition method, spray method and the electrolytic method, vapor deposition, spray method and the electrolytic method currently in the industry has been widely used.Key words: powder metallurgy; powder; vapor deposition method, spraying method, electrolytic method1、 引言粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類(lèi)型制品的工藝技術(shù)。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它已成為解決新材料問(wèn)題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。2、 粉體的制備及綜述粉末冶金的生產(chǎn)工藝是從制取原材料粉末開(kāi)始的。這些粉末可以純金屬，也可以是非金屬，還可以是化合物。制取粉末的方法有很多，他的選擇主要取決于該材料的特殊性能及制取方法的成本。粉體的的制備方法如下：（一）物理法（機(jī)械粉碎法）機(jī)械粉碎法是一種常見(jiàn)的固相制粉工藝。尤其是制備粒度在微米級(jí)以上的陶瓷粉體時(shí)，用機(jī)械粉碎法方便快捷，成本也比較低廉。1、常用的粉碎法有：（1） 輥碾式 將單根或多根研棒或環(huán)等裝入磨腔內(nèi)，借助某種特殊力使磨腔內(nèi)的棒或環(huán)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，棒與棒之間或環(huán)與環(huán)之間以及它們與磨腔內(nèi)壁之間產(chǎn)生的碰撞、擠壓、研磨、剪切等作用，使它們之間的物料被破碎。（2） 高速旋轉(zhuǎn)式 主要是利用高速旋轉(zhuǎn)的部件產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊力、剪切力摩擦而使物料被粉碎。 高速旋轉(zhuǎn)粉碎機(jī)由于結(jié)構(gòu)及作用力的方式不同又分為：銷(xiāo)棒粉碎機(jī)（針狀磨）、擺式粉碎機(jī)、軸流式粉碎機(jī)（籠式磨）、篩分磨、離心分級(jí)磨等。（3） 球磨式 近期在球磨機(jī)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了多種形式的廣義球磨機(jī)，如振動(dòng)球磨、離心球磨、行星磨、離心滾動(dòng)磨等。（4） 介質(zhì)攪拌式 是依靠磨腔中機(jī)械攪拌棒、齒或片帶動(dòng)研磨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，利用研磨介質(zhì)之間的擠壓力和剪切力使物料粉碎。它實(shí)際上是一種內(nèi)部有動(dòng)件的球磨機(jī)，靠?jī)?nèi)部動(dòng)件帶動(dòng)磨介運(yùn)動(dòng)來(lái)對(duì)物料進(jìn)行粉碎。攪拌磨早期主要用于染料、油漆、涂料行業(yè)漿料分散與混合。后來(lái)經(jīng)多次改進(jìn)，逐步發(fā)展成為一種新型的高效超細(xì)粉碎機(jī)。有時(shí)稱(chēng)之為介質(zhì)磨，也有人稱(chēng)之為“剝片機(jī)”。（5） 氣流式粉碎機(jī) 是在高速氣流作用下，物料通過(guò)本身顆粒之間的撞擊，氣流對(duì)物料的剪切作用以及物料與其它部件的沖擊、摩擦、剪切而使物料粉碎。先后有：扁平式（圓盤(pán)式）氣流磨、循環(huán)式氣流磨、對(duì)撞式氣流磨、流化床氣流磨、靶式氣流磨、超音速氣流磨等。廣泛應(yīng)用于化工、材料、冶金、非礦、農(nóng)藥、電子、食品、生物工程、醫(yī)藥、軍工、航天、航空等領(lǐng)域。2、新近開(kāi)發(fā)的粉碎法有：液流式、射流粉碎機(jī)、超低溫、超臨界、超聲粉碎機(jī)等。構(gòu)筑法是通過(guò)物質(zhì)的物理狀態(tài)變化來(lái)生成粉體。由小至大（納米級(jí)）。（2） 化學(xué)法 包括氣相沉積法、霧化法和電解法等，其中，氣相沉積法、霧化法和電解法目前在工業(yè)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。 1、氣相法 氣相法是直接利用氣體或者通過(guò)各種手段將物質(zhì)（固相或液相）變成氣體，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或化學(xué)變化，最后在冷卻過(guò)程中凝聚長(zhǎng)大形成納米微粒的方法。氣相法又大致可分為氣體中蒸發(fā)法、化學(xué)氣相反應(yīng)法和濺射法。（1）氣體中蒸發(fā)法（蒸發(fā)冷凝法） 主要是將待蒸發(fā)物質(zhì)（金屬、合金或陶瓷）裝入一密封容器中，并通過(guò)泵將該容器抽至100Pa高真空（真空蒸發(fā)室），然后充入低壓（約為2KPa）惰性氣體（He，Ne，Ar。注：純度約為99.9996%），然后加熱（通過(guò)電阻、等離子體、電子束、激光、高頻感應(yīng)等加熱源）蒸發(fā)源，使物質(zhì)蒸發(fā)成霧狀原子（氣化或形成等離子體），與惰性原子碰撞而失去能量，然后驟冷，隨惰性氣體流冷凝到冷凝器上。將聚集的納米尺度粒子刮下、收集，即得到納米粉體。用此粉體最后在較高壓力下（1Gpa-10GPa）壓實(shí)，即得到納米材料。（2）氣相化學(xué)反應(yīng)法（也叫化學(xué)氣相沉積法CVD Chemical Vapor Deposition） 利用金屬化合物的蒸氣，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成所需要的化合物，在保護(hù)氣體環(huán)境下快速冷凝，從而制備各類(lèi)物質(zhì)的納米微粒。第一：揮發(fā)性金屬鹵化物和氫化物；第二：有機(jī)金屬化合物等蒸氣為原料，進(jìn)行氣相熱分解和其它化學(xué)反應(yīng)來(lái)合成細(xì)粉。它是合成高熔點(diǎn)無(wú)機(jī)化合物超細(xì)粉最引人注目的方法。 優(yōu)點(diǎn)：顆粒均勻、純度高、粒度小、分散性好、化學(xué)反應(yīng)活性高、工藝可控和過(guò)程連續(xù)等。 適合于制備各類(lèi)金屬、金屬化合物以及非金屬化合物納米微粒。如各種金屬、氮化物、碳化物、硼化物等。按體系反應(yīng)類(lèi)型：分為氣相分解和氣相合成。單一化合物的熱分解（氣相分解法） 對(duì)待分解的化合物或經(jīng)前期預(yù)處理的中間化合物進(jìn)行加熱、蒸發(fā)（物理變化）、分解（化學(xué)變化），得到目標(biāo)物質(zhì)的納米微粒。熱分解法要求必須具備目標(biāo)納米微粒物質(zhì)的全部所需元素的適當(dāng)化合物。兩種以上物質(zhì)之間的氣相反應(yīng)（氣相合成法）利用兩種以上物質(zhì)之間的氣相化學(xué)反應(yīng)，在高溫下合成出相應(yīng)的化合物，再經(jīng)過(guò)快速冷凝，制備各類(lèi)物質(zhì)的微粒。用該法可以進(jìn)行多種微粒的合成，具有靈活性和互換性。2霧化法自從第二次世界大戰(zhàn)期間開(kāi)始生產(chǎn)霧化鐵粉以來(lái)，霧化工藝獲得了不斷地發(fā)展，并日益完善。各種霧化高質(zhì)量粉末與新的致密技術(shù)相結(jié)合，便出現(xiàn)許多粉末冶金新產(chǎn)品，其性能往往優(yōu)于相應(yīng)的鑄鍛產(chǎn)品。霧化法是將液體金屬或合金直接破碎成為細(xì)小的液滴，其大小一般小于150m,而成為粉末。霧化法可以用來(lái)制取多種金屬粉末，也可制取各種預(yù)合金粉末。實(shí)際上，任何能形成液體的材料都可以進(jìn)行霧化。用于制造大顆粒粉末的工藝稱(chēng)為“制粒”。它是讓熔融金屬通過(guò)小孔或篩網(wǎng)自動(dòng)地注入空氣或水中，冷凝后便得到金屬粉末。這種方法制得的粉末粒度較粗，一般為0.51mm，它適于制取低熔點(diǎn)金屬粉末。借助高壓水流或氣流的沖擊來(lái)破碎液流，稱(chēng)為水霧化或氣霧化，也稱(chēng)二流霧化(圖6)；用離心力破碎液流稱(chēng)為離心霧化(圖5)；在真空中霧化叫做真空霧化(圖7)；利用超聲波能量來(lái)實(shí)現(xiàn)液流的破碎稱(chēng)作超聲波霧化(圖8)。圖5離心霧化示意圖圖6水霧化和氣霧化示意圖(a)水霧化；(b)氣霧化圖7真空（溶氣）霧化示意圖圖8超聲霧化示意圖3電解法在一定條件下，粉末可以在電解槽的陰極上沉積出來(lái)。一般說(shuō)來(lái)，電解法生產(chǎn)的粉末成本較高，因此在粉末生產(chǎn)中所占的比重是較小的。電解粉末具有吸引力的原因是它的純度高。電解法制取粉末主要采用水溶液電解和熔鹽電解。水溶液電解可以生產(chǎn)銅、鐵、鎳、銀、錫、鉛、鉻、錳等金屬粉末；在一定條件下也可以使幾種元素同時(shí)沉積而制得鐵鎳、鐵鉻等合金粉末。圖1-14為電解過(guò)程示意圖。圖1-14 電解過(guò)程示意圖3、 結(jié)束語(yǔ) 目前，工業(yè)中用得最多的是通過(guò)粉碎法，應(yīng)用最多的粉體是通過(guò)粉碎法、化學(xué)法產(chǎn)生的微米級(jí)和亞微米級(jí)粉體，納米粉體的生產(chǎn)及使用量相對(duì)較少。隨著技術(shù)的進(jìn)步，粉末冶金材料和制品的今后發(fā)展方向1、有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展。2、制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金。3、用增強(qiáng)致密化過(guò)程來(lái)制造一般含有混合相組成的特殊合金。4、制造