第二粉末材料制備

第二粉末材料制備第一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.1粉末冶金概述1、粉體材料發(fā)展歷史陶瓷、粉末冶金2、粉末冶金PowderMetallurgy

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)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。第二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（1）粉末冶金方法能生產(chǎn)用普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊性能的材料；新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料等；可實(shí)現(xiàn)多種類型材料的復(fù)合，如金屬與非金屬組成的摩擦材料；能生產(chǎn)各種復(fù)合材料；第三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（2）粉末冶金方法生產(chǎn)的某些材料，與普通的熔煉方法相比，性能優(yōu)越?？梢宰畲笙薅鹊販p少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織?？芍苽涓咝阅芟⊥劣来挪牧稀⑾⊥羶?chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料；可制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料；第四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日粉末冶金的不足之處：粉末的成本高；粉末冶金制品的大小和形狀受到一定的限制；燒結(jié)零件的韌性較差；第五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日原料粉末其它添加劑熱壓松裝燒結(jié)粉漿燒注混合壓制等靜壓制軋制擠壓燒結(jié)燒結(jié)浸適熱處理電鍍預(yù)燒結(jié)高溫?zé)Y(jié)復(fù)壓鍛打復(fù)燒拉絲燒結(jié)精整鍛造軋制擠壓燒結(jié)（浸油）熱處理粉末冶金成品第六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

機(jī)械制粉物理制粉化學(xué)制粉粉末的制備方法第七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日第八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日粉末的特性小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)第九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.2粉末的制備

機(jī)械研磨氣流研磨2.2.1機(jī)械制粉法第十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日機(jī)械制粉方法的實(shí)質(zhì)就是利用動(dòng)能來破壞材料的內(nèi)結(jié)合力，使材料分裂產(chǎn)生新的界面。一、機(jī)械研磨法--milling

能夠提供動(dòng)能的方法可以設(shè)計(jì)出許多種，例如有錘搗、研磨、輥軋等，其中除研磨外，其他幾種粉碎方法主要用于物料破碎及粗粉制備。第十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

物料顆粒受機(jī)械力作用而被粉碎時(shí)，還會(huì)發(fā)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)及表面物理化學(xué)性質(zhì)的變化，這種因機(jī)械載荷作用導(dǎo)致顆粒晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的變化稱為機(jī)械力化學(xué)。機(jī)械研磨的理論基礎(chǔ)——機(jī)械力化學(xué)第十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日顆粒結(jié)構(gòu)變化，如表面結(jié)構(gòu)自發(fā)地重組，形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)或重結(jié)晶；顆粒表面物理化學(xué)性質(zhì)變化，如表面電性、物理與化學(xué)吸附、溶解性、分散與團(tuán)聚性質(zhì)；在局部受反復(fù)應(yīng)力作用區(qū)域產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，如由一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)，釋放出氣體、外來離子進(jìn)入晶體結(jié)構(gòu)中引起原物料中化學(xué)組成變化。第十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日球磨制粉包括四個(gè)基本要素：

球磨筒 磨球 研磨物料 研磨介質(zhì)球磨制粉第十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

在球磨過程中，球磨筒將機(jī)械能傳遞到筒內(nèi)的球磨物料及介質(zhì)上，相互間產(chǎn)生正向沖擊力、側(cè)向擠壓力、摩擦力等，當(dāng)這些復(fù)雜的外力作用到脆性粉末顆粒上時(shí)，細(xì)化過程實(shí)質(zhì)上就是大顆粒的不斷解理過程；如果粉末的塑性較強(qiáng)，則顆粒的細(xì)化過程較為復(fù)雜，存在著磨削、變形、加工硬化、斷裂和冷焊等行為，不論何種性質(zhì)的研磨物料，提高球磨效率的基本原則是一致的。第十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日A、動(dòng)能準(zhǔn)則： 提高磨球的動(dòng)能B、碰撞幾率準(zhǔn)則： 提高磨球的有效碰撞幾率球磨制粉的基本原則第十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日滾筒式行星式振動(dòng)式攪動(dòng)式球磨制粉的基本方式第十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

轉(zhuǎn)速較低時(shí)，球料混合體與筒壁做相對(duì)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)并保持一定的斜度。隨轉(zhuǎn)速的增加，球料混合體斜度增加，抬升高度加大，這時(shí)磨球并不脫離筒壁；轉(zhuǎn)速達(dá)一臨界值V臨1時(shí)，磨球開始拋落下來，形成了球與筒及球與球間的碰撞；轉(zhuǎn)速增加到某一值時(shí)，磨球的離心力大于其重力，這時(shí)磨球、粉料與磨筒處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)研磨作用停止，這個(gè)轉(zhuǎn)速被稱為臨界轉(zhuǎn)速V臨2。第十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

假設(shè):只一個(gè)球；球直徑比球磨桶直徑??；球受到兩個(gè)力作用：P：離心力G：重力，a:加速度，g：重力加速度R:球磨筒半徑，D球磨筒直徑

V為線速度；n為球磨筒轉(zhuǎn)速；

磨球的受力分析第十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日第二十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日在拋落點(diǎn)平衡時(shí)（A點(diǎn)）：二力相等，P＝P’，

線速度v與球磨筒轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系：所以第二十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日故，臨界轉(zhuǎn)速為：以g＝9.8m/s2代入得：

代入得臨界狀態(tài)當(dāng)轉(zhuǎn)速加快，球不落下，球轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)A1點(diǎn)，此時(shí)在這臨界狀態(tài)下，

第二十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日D是磨筒的直徑滾筒球磨的轉(zhuǎn)速應(yīng)有一個(gè)限定條件V臨1<V實(shí)際<V臨2第二十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日限定條件實(shí)際上與動(dòng)能準(zhǔn)則相悖，因此滾筒球磨的球磨效率是很有限的。為了克服這個(gè)不足，人們又進(jìn)一步開發(fā)了新的球磨方法。第二十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日特點(diǎn)：通過振動(dòng)方式輸入能量，高能高效；能高速工作，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)能；填充率較高，磨粉粒度小，生產(chǎn)效率高?；疽?guī)律：振動(dòng)頻率、振幅越高，粉體粒度越細(xì)；粉料填充率越大，則粉末粒度越粗；研磨介質(zhì)的填充率有一個(gè)最優(yōu)范圍，一般為60%-80%。第二十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日特點(diǎn)：效率較低；轉(zhuǎn)速較慢；填充率有限；粉體雜質(zhì)含量較高；多作為實(shí)驗(yàn)室研究用。行星球磨第二十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

只要轉(zhuǎn)速和裝球量合適，在任何情況下磨筒底部都不會(huì)出現(xiàn)死角；由于磨球的動(dòng)能是由轉(zhuǎn)軸橫臂的攪動(dòng)提供的，研磨時(shí)不會(huì)存在如滾筒球磨那樣有臨界轉(zhuǎn)速的限制，因此，磨球的動(dòng)能大大增加。同時(shí)還可以采用提高攪動(dòng)轉(zhuǎn)速、減小磨球直徑的辦法來提高磨球的總撞擊幾率而不減小研磨球的總動(dòng)能，這樣才符合了提高機(jī)械球磨效率的兩個(gè)基本準(zhǔn)則。第二十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日特點(diǎn)：研磨效率及能量利用率在機(jī)械研磨機(jī)中最高；粉體粒度能達(dá)到亞微米級(jí)；適于工業(yè)化生產(chǎn)。第二十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日氣流研磨法

通過氣體傳輸粉料的一種研磨方法。與機(jī)械研磨法不同的是，氣流研磨不需要磨球及其它輔助研磨介質(zhì)。研磨腔內(nèi)是粉末與氣體的兩相混合物。根據(jù)粉料的化學(xué)性質(zhì)，可采用不同的氣源，如陶瓷粉多采用空氣，而金屬粉末則需要用惰性氣體或還原性氣體。由于不使用研磨球及研磨介質(zhì)，所以氣流研磨粉的化學(xué)純度一般比機(jī)械研磨法的要高。第二十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日1.動(dòng)能準(zhǔn)則： 提高粉末顆粒的動(dòng)能2.碰撞幾率準(zhǔn)則： 提高粉末顆粒的碰撞幾率氣流研磨制粉的基本原則第三十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日由于粉末顆粒的運(yùn)動(dòng)是從流態(tài)氣體中獲得的，因此，提高顆粒的動(dòng)能必須要提高載流氣體的速度。兩種辦法來實(shí)現(xiàn)：

提高氣體的入口壓力 氣體噴嘴的氣體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)通過這兩種辦法使噴嘴出口端的氣體流速達(dá)超音速第三十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日氣流研磨三種類型： 旋渦研磨 冷流沖擊 流態(tài)化床氣流磨第三十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日旋渦研磨（漢米塔克研磨機(jī)）適用于軟金屬粉末；粉末顆粒大多具有表面凹型特征（蝶狀粉末）。冷流沖擊-利用金屬的冷脆性第三十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日拉瓦爾管一種先收縮后擴(kuò)張、用以產(chǎn)生超聲速氣流的管道，管的橫截面為圓形或矩形。1883年，瑞典工程師拉瓦爾在他發(fā)明的汽輪機(jī)中，首先使用這種管道，因而得名。拉瓦爾管廣泛使用于超聲速風(fēng)洞（見風(fēng)洞）、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、火箭推進(jìn)器等需用超聲速氣流的設(shè)備中。

第三十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日加速效應(yīng)：加速后的氣體可超過音速；冷卻效應(yīng)：氣粉混合物的溫度能降到零度以下。這兩點(diǎn)對(duì)于顆粒的粉碎十分有利，其一是顆粒的撞擊動(dòng)能增大，其二是金屬顆粒的冷脆性提高。夾帶有粉料的高壓氣流通過拉瓦爾管型硬質(zhì)合金噴嘴噴向空間時(shí)，氣體壓力急劇下降，形成絕熱膨脹過程。這一過程會(huì)同時(shí)產(chǎn)生兩種效應(yīng)：第三十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日原理：物料在研磨室流態(tài)化，加速，自身相互碰撞、摩擦而細(xì)化；粉料隨氣體循環(huán)運(yùn)動(dòng)；與冷流沖擊不同的是粉末顆粒的粉碎是顆粒間不斷碰撞、摩擦作用的結(jié)果，因此只要保持足夠的研磨時(shí)間，粉末就能細(xì)化到一定程度。流態(tài)化床氣流磨第三十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日可獲得超細(xì)粉體，粉末粒度均勻；由于氣體絕熱膨脹造成溫度下降，故可研磨低熔點(diǎn)物料；粉末不與研磨系統(tǒng)部件發(fā)生過度的磨損，因此粉末雜質(zhì)含量少；針對(duì)不同的性質(zhì)的粉末，可使用空氣、N2、Ar等惰性氣體。流態(tài)化床氣流磨的特點(diǎn)：第三十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.2.2物理制粉法霧化法物理蒸發(fā)冷凝法第三十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

霧化法是一種典型的物理制粉方法，是通過高壓霧化介質(zhì)，如氣體或水強(qiáng)烈沖擊液流，或通過離心力使之破碎、冷卻凝固來實(shí)現(xiàn)的。一、霧化制粉法第三十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

霧化原理霧化聚并凝固第四十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日過程一：大的液珠當(dāng)受到外力沖擊的瞬間，破碎成數(shù)個(gè)小液滴，假設(shè)在破碎瞬間液體溫度不變，則液體的能量變化可近似為液體的表面能增加。很明顯，霧化時(shí)液體吸收的能量與霧化液滴的粒徑存在一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，即：吸收的能量越高則粒徑越小；反之亦然。第四十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日過程二：液體顆粒破碎的同時(shí)，還可能發(fā)生顆粒間相互接觸，再次成為一個(gè)較大的液體顆粒，并且液體顆粒形狀向球形轉(zhuǎn)化，這個(gè)過程中，體系的總表面能降低，屬于自發(fā)過程。過程三：液體顆粒冷卻形成小的固體顆粒。第四十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日A、能量交換準(zhǔn)則提高單位時(shí)間、單位質(zhì)量液體從系統(tǒng)中吸收能量的效率，以克服表面自由能的增加。B、快速凝固準(zhǔn)則提高霧化液滴的冷卻速度，防止液體微粒的再次聚集。提高霧化制粉效率基本準(zhǔn)則第四十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

霧化制粉分類雙流霧化:指被霧化的液體流和噴射的介質(zhì)流；單流霧化：直接通過離心力、壓力差或機(jī)械沖擊力實(shí)現(xiàn)霧化。第四十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

雙流霧化法氣霧化水霧化注：適合于金屬粉末制備第四十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

金屬液由上方孔流出時(shí)與沿一定角度高速射擊的氣體或水相遇，然后被擊碎成小液滴，隨著液滴與氣體或水流的混合流動(dòng)，液滴的熱量被霧化介質(zhì)迅速帶走，使液滴在很短的時(shí)間內(nèi)凝固成為粉末顆粒。氣流液流模具第四十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日霧化過程的四種情況動(dòng)能交換：霧化介質(zhì)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘僖旱蔚谋砻婺?；熱量交換：霧化介質(zhì)帶走大量的液固相變潛熱；流變特性變化：液態(tài)金屬的粘度及表面張力隨溫度的降低而不斷發(fā)生變化；化學(xué)反應(yīng)：高比表面積顆粒（液滴或粉粒）的化學(xué)活性很強(qiáng)，會(huì)發(fā)生一定程度的化學(xué)反應(yīng)。第四十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日氣霧化的四個(gè)區(qū)域負(fù)壓紊流區(qū)：高速氣流的抽吸作用，在噴嘴中心孔下方形成負(fù)壓紊流層；顆粒形成區(qū)：在氣流沖擊下，金屬液流分裂為許多液滴；有效霧化區(qū)：氣流匯集點(diǎn)對(duì)原始液滴產(chǎn)生強(qiáng)烈破碎作用，進(jìn)一步細(xì)化；冷卻凝固區(qū)：細(xì)化的液滴的熱量迅速傳遞給霧化介質(zhì)，凝固為粉末顆粒。第四十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日氣霧化制粉的影響因素

（1）氣體動(dòng)能 （2）噴嘴結(jié)構(gòu) （3）液流性質(zhì) （4）噴射方式第四十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（1）氣體動(dòng)能

根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)原理，噴嘴出口處的氣流速度可由下式表示式中g(shù)—重力加速度；R—?dú)怏w常數(shù)；K—壓容比，即Cp/Cv，空氣的K值等1.4；T—壓縮氣體進(jìn)噴嘴前的溫度，K；P1—?dú)怏w流往環(huán)境的壓力；P2—使氣體流出噴嘴的壓力；第五十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日如果以空氣為霧化介質(zhì)進(jìn)行霧化，假設(shè)T不變化，將P1=1大氣壓，K=1.4代入，則

K’為由g和R合成的一個(gè)比例常數(shù)?？芍?，隨著氣體壓力P的增大，氣體的流速V也同時(shí)增大，但存在一個(gè)極限值。第五十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日霧化介質(zhì)的動(dòng)能N=Mv2/2其中質(zhì)量M與氣體流量相對(duì)應(yīng)，v為流速比較M與v，v對(duì)提高動(dòng)能的效果更顯著，可得出以下結(jié)論：

增大氣體壓力，能夠增加氣體的噴射速度，因而有利于金屬液體霧化率的提高。前提條件，即保持金屬液的流量為定值。第五十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日Vg表示噴嘴處的氣體體積流量，ml表示金屬液漏嘴端的質(zhì)量流量。第五十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（2）噴嘴結(jié)構(gòu)嘴結(jié)構(gòu)應(yīng)具備以下基本條件：使霧化介質(zhì)獲得盡可能高的出口速度；使霧化介質(zhì)與金屬液流之間形成合理的噴射角度；使金屬液流產(chǎn)生最大的紊流；使金屬液流霧化穩(wěn)定，不會(huì)因出口負(fù)壓造成噴嘴堵塞。第五十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（3）液流性質(zhì)

金屬液的表面張力 金屬液的粘度 金屬液的的化學(xué)組成 金屬液的過熱溫度第五十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（4）噴射方式按照霧化介質(zhì)對(duì)流體的噴射角度不同第五十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

離心霧化法離心霧化法是借助離心力的作用將液態(tài)金屬破碎為小液滴，然后凝固為固態(tài)粉末顆粒的方法。1974年，首先由美國提出旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉法，后來又發(fā)展了旋轉(zhuǎn)錠模、旋轉(zhuǎn)園盤等離心霧化方法。第五十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)電極法粉末平均粒度為D=（M0.12/wd0.64）?(r/m)0.43式中 M—熔化速度 d—陽極直徑 w—角速度 D—熔體表面張力

m—密度第五十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)錠模法（旋轉(zhuǎn)坩堝法）第五十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)盤法

旋轉(zhuǎn)盤法最早于1976的美國Pratt&Whitney飛機(jī)制造公司研制出，用來制備超合金粉末。這種方法獲得的粉末平均粒度同園盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高，則平均粒度越小，細(xì)粉收得率越高。第六十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日霧化制粉的一些特性

1、霧化制粉主要用于金屬或合金，對(duì)于一些可熔的氧化物陶瓷材料，也可采用這種方法進(jìn)行加工。但由于氧化物陶瓷熔體的粘度、表面張力很大，所以一般不能獲得細(xì)微陶瓷粉體，但可獲得短纖維、小珠或空心球，例如，硅酸鋁纖維、氧化鋯磨球、氧化鋁空心球等。2、霧化制粉是一種快速凝固技術(shù)(RST)，能夠增加金屬元素的固溶度。第六十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日3.極大地降低了成分偏析，粉末成分均勻，某些有害相，如高溫合金中的相，可能因激冷而受到抑制，甚至消除。4.冷速提高，枝晶間距減小，晶粒細(xì)化，材料的晶體結(jié)構(gòu)向非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變，可獲得細(xì)晶、微晶、準(zhǔn)晶直至非晶粉末。第六十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日二、物理蒸發(fā)冷凝法

物理蒸發(fā)冷凝制粉是一種制備超微金屬粉末的重要方法，采用不同的能量輸入方式，使金屬氣化，然后再在冷凝壁上沉積從而獲得金屬粉末。由于粉末的粒度很小，比表面積很大，因而化學(xué)活性很強(qiáng)。為防止金屬粉末氧化，在冷凝室內(nèi)一般都要通入惰性氣體。這樣在金屬蒸氣脫離熔體的很短時(shí)間內(nèi)，會(huì)被周圍氣體迅速冷卻，金屬原子很快聚集成超微顆粒。同其他金屬粉末制備方法相比，物理蒸發(fā)冷凝法生產(chǎn)效率是較低，但這種方法可獲得最小粒徑達(dá)2nm的納米顆粒。第六十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日電阻加熱方式等離子體加熱方式激光加熱方式電子束加熱方式高頻感應(yīng)加熱方式按能量輸入方式來劃分：第六十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.2.3化學(xué)制粉法

化學(xué)氣相沉積法化學(xué)還原法電化學(xué)制粉法第六十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

氣相沉積制粉是通過某種形式的能量輸入，使氣相物質(zhì)發(fā)生氣-固相變或氣相化學(xué)反應(yīng)，生成金屬或陶瓷粉體。

物理氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法第六十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日一、化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)類型分解反應(yīng)

化學(xué)氣相沉積法化合反應(yīng)第六十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日二、化學(xué)氣相沉積制粉原理1、化學(xué)反應(yīng)2、均相形核3、晶粒生長4、團(tuán)聚制粉過程包括四個(gè)步驟:第六十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日由上式可知，化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的控制因素包括：1）反應(yīng)溫度；2）氣相反應(yīng)物濃度；3）氣相生成物濃度1.化學(xué)反應(yīng)對(duì)一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)，判斷其能否進(jìn)行的熱力學(xué)判據(jù)為：第六十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

氣相反應(yīng)發(fā)生后的瞬間，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)形成了產(chǎn)物蒸氣，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，產(chǎn)物蒸氣濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)，這時(shí)產(chǎn)物晶核就會(huì)形成。由于體系中無晶種或晶核生成基底，因此反應(yīng)產(chǎn)物晶核的形成是個(gè)均勻形核過程。假設(shè)晶核為球形，半徑為r，則形成一個(gè)晶核，體系自由能的變化為：2.均勻形核為固氣相的體積自由能差；為晶核的表面能。第七十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日-臨界形核半徑對(duì)應(yīng)大小的晶核則被稱為臨界晶核。第七十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日晶核的表面能；晶核中原子或分子的體積；玻爾茲曼常數(shù)；產(chǎn)物的氣相分壓；產(chǎn)物的飽和蒸氣壓；過飽和程度。P0P/P0第七十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日結(jié)論：

溫度越高，過飽和度越大，則臨界晶核尺寸越小，晶核形成能越低，對(duì)晶體生成越有利。第七十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日均相晶核形成之后，穩(wěn)定存在的晶核便開始晶粒生長過程。小晶粒通過對(duì)氣相產(chǎn)物分子的吸附或重構(gòu)，使自身不斷長大。理論和實(shí)踐表明：晶粒生長過程主要受產(chǎn)物分子從反應(yīng)體系中向晶粒表面的擴(kuò)散遷移速率所控制。3.晶粒生長

第七十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日顆粒之間由于存在著較弱的吸附力作用，主要包括范德華力、靜電引力等，顆粒之間會(huì)發(fā)生聚集，顆粒越小，則聚集效果越明顯，這一現(xiàn)象被稱為團(tuán)聚。對(duì)于超微粉末，團(tuán)聚是一個(gè)普遍存在并不容忽視的問題。4.團(tuán)聚

第七十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日三、化學(xué)氣相沉積類型

熱分解法熱分解法中最為典型的就是羰基物熱分解，它是一種由金屬羰基化合物加熱分解制取粉末的方法，整個(gè)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是制備金屬羰基化合物第七十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日第一步：合成羰基鎳(放熱反應(yīng)）第二步：羰基鎳熱分解（吸熱反應(yīng)）第七十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日氣相氫還原：還原劑--氫氣氣相金屬熱還原：還原劑--低熔點(diǎn)、低沸點(diǎn)金屬（Mg、Ca、Na..）兩類反應(yīng)的反應(yīng)物均選用低沸點(diǎn)的金屬鹵化物為主

氣相還原法第七十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

復(fù)合反應(yīng)法是一種重要的制取無機(jī)化合物，包括碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等方法，這種方法既可制備各種陶瓷粉體也可進(jìn)行陶瓷薄膜的沉積。所用的原料是金屬鹵化物(以氯化物為主)，在一定溫度下，以氣態(tài)參與化學(xué)反應(yīng)。

復(fù)合反應(yīng)法第七十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

碳化物反應(yīng)通式例如：第八十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日氮化物反應(yīng)通式例如：第八十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日硼化物反應(yīng)通式例如：第八十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日硅化物反應(yīng)通式例如：第八十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

化學(xué)還原法一、還原制粉的基本原理依據(jù)熱力學(xué)原理確定反應(yīng)能否發(fā)生——氧位圖第八十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日二、典型還原制粉類型氫還原法碳還原法第八十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

還原化合法第八十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

電化學(xué)制粉法一、電化學(xué)制粉分類水溶液電解有機(jī)電解質(zhì)電解熔鹽電解液體金屬陰極電解第八十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日電化學(xué)體系：陽極：Cu（純）陰極：Cu粉電解液：CuSO4、H2SO4、H2O以銅電解制粉為例第八十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日電化學(xué)反應(yīng)陰極反應(yīng)：陽極反應(yīng)：第八十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日電化學(xué)制粉的影響因素電流密度金屬離子濃度氫離子濃度電解液溫度刷粉周期第九十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.3粉末顆粒的特性及表征顆粒大小和形狀表征粉體特性的表征粉體的粒度與比表面測定第九十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日Fineparticle顆粒從個(gè)體顆粒出發(fā)，稱為顆粒學(xué)。Powder粉體從集合粉體出發(fā)，稱為粉體工程學(xué)。第九十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日一、顆粒大小和形狀表征

材料的機(jī)械、物理和化學(xué)性質(zhì)描述了組成材料的物質(zhì)組態(tài)的基本特性。當(dāng)物質(zhì)被“分割”成為粉體之后，上述三類性質(zhì)則不能全面描述材料的性質(zhì)，必須對(duì)粉體材料的組成單元-顆粒，進(jìn)行詳細(xì)描述。顆粒的大小和形狀是粉體材料最重要的物性表征量。第九十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日直徑D直徑D、高度H？顆粒的大小第九十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日人為規(guī)定了一些所謂尺寸的表征方法，主要包括：三軸徑當(dāng)量徑定向徑第九十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（1）三軸徑高度h：顆粒最低勢能態(tài)時(shí)正視投影圖的高度；寬度b：顆粒俯視投影圖的最小平行線夾距；長度l：顆粒俯視投影圖中與寬度方向垂直的平行線夾距。

設(shè)顆粒處于一小水平面上，正視和俯視投影圖如圖所示。在兩個(gè)投影圖中，定義一組描述顆粒大小的幾何量：高、寬、長。定義規(guī)則如下：第九十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日三軸調(diào)和平均徑

與顆粒外接長方體比表面積相等的球的直徑。

三軸平均徑計(jì)算公式：三軸平均徑三軸算術(shù)平均值。三軸幾何平均徑

與顆粒外接長方體體積相等的立方體的棱長。第九十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（2）當(dāng)量徑等效圓球體積直徑

顆粒與球或投影圓有某種等量關(guān)系的球或投影圓的直徑。第九十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日等體積球當(dāng)量徑與顆粒同體積球的直徑等表面積球當(dāng)量徑與顆粒等表面積球的直徑第九十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日比表面積球當(dāng)量徑與顆粒具有相同的比表面積的球的直徑投影圓當(dāng)量徑與顆粒投影面積相等的圓的直徑等周長圓當(dāng)量徑與顆粒投影周長相等的圓的直徑第一百頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（3）定向徑沿一定方向的顆粒的一維尺度。定向徑包括三種：第一百零一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

注意:

以上各種粒徑是純粹的幾何表征量，描述了顆粒在三維空間中的線性尺度。在實(shí)際粉末顆粒測量中，還要依據(jù)物理測量原理，例如運(yùn)動(dòng)阻力，介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)速度等獲得的顆粒粒徑，這時(shí)的粒徑已經(jīng)失去了通常的幾何學(xué)大小的概念，而轉(zhuǎn)化為材料物理性能的描述。因此，除球體以外的任何形狀的顆粒并沒有一個(gè)絕對(duì)的粒徑值，描述它的大小必須要同時(shí)說明依據(jù)的規(guī)則和測量的方法。第一百零二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日顆粒的形狀對(duì)粉體的物理性能、化學(xué)性能、輸運(yùn)性能和工藝性能有很大的影響。例如，球形顆粒粉體的流動(dòng)性、填形性好，粉末結(jié)合后材料的均勻性高。涂料中所用的粉末則希望是片狀顆粒，這樣粉末的覆蓋性就會(huì)較其他形狀的好?？茖W(xué)地描述顆粒的形狀對(duì)粉體的應(yīng)用會(huì)有很大的幫助。同顆粒大小相比，描述顆粒形狀更加困難些。為方便和歸一化起見，人們規(guī)定了某種方法，使形狀的描述量化，并且是無量綱的量。這些形狀表征量可統(tǒng)稱為形狀因子，主要有以下幾種：顆粒的形狀第一百零三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日與顆粒等體積的球的表面積與顆粒的表面積之比球形度可以看出：1.；

2.顆粒為球形時(shí)，達(dá)最大值。第一百零四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日一些規(guī)則形狀體的球形度：第一百零五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日一個(gè)任意形狀的顆粒，測得該顆粒的長、寬、高為l、b、h，定義方法與前面討論顆粒大小的三軸徑規(guī)定相同，則：扁平度延伸度扁平度m與延伸度nh第一百零六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日若以Q表示顆粒的幾何特征，如面積、體積，則Q與顆粒粒徑d的關(guān)系可表示為：式中，k即為形狀系數(shù)。對(duì)于顆粒的面積和體積描述，k有兩種主要形式，分別為：形狀系數(shù)第一百零七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日表面形狀因子(j表示針對(duì)于該種粒徑的規(guī)定)與π的差別表示顆粒形狀對(duì)于球形的偏離形狀系數(shù)第一百零八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日與的差別表示顆粒形狀對(duì)于球形的偏離體積形狀因子形狀系數(shù)第一百零九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日表面形狀因子與體積形狀因子的比值比表面積形狀系數(shù)形狀系數(shù)第一百一十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日一些規(guī)則幾何體的形狀因子第一百一十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日二、粉體特性的表征粉體的平均粒徑粒度分布粒度測定粉體的比表面積與測量原理第一百一十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日粉體平均粒徑計(jì)算公式粉體的平均粒徑第一百一十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日第一百一十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日說明：對(duì)同一粉體，由于采用不同的表征方法，其粒徑值也不同。故粉末粒徑不是一個(gè)固定值，在表示粉末粒徑時(shí)，必須同時(shí)說明粒徑值、表征方法及測量方法。第一百一十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日粒度分布第一百一十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日國際標(biāo)準(zhǔn)篩制：Tylor(泰勒)標(biāo)準(zhǔn)單位：目（篩號(hào)）目數(shù)為篩網(wǎng)上1英寸（25.4mm）長度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù)；目數(shù)越大，網(wǎng)孔越細(xì)。由于網(wǎng)孔是網(wǎng)面上絲間的開孔，每1英寸上的網(wǎng)孔數(shù)與絲的根數(shù)應(yīng)相等，故網(wǎng)孔的實(shí)際尺寸還與絲的直徑有關(guān)。

(a，d單位mm)25.4ad第一百一十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日制定篩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)先規(guī)定絲徑和網(wǎng)孔尺寸，再按公式算出目數(shù)，列成表格就得到標(biāo)準(zhǔn)篩系列，簡稱篩制。第一百一十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日得到比200目粗的篩孔尺寸得到比200目細(xì)的篩孔尺寸主模系列:標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則:以200目的篩孔尺寸0.074mm為基準(zhǔn)，乘或除?；?，則得到：n=1、2、3……等整數(shù)第一百一十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日副模系列：得到比200目粗的篩孔尺寸得到比200目細(xì)的篩孔尺寸n=1、2、3……等整數(shù)注：副模系列篩孔尺寸的分度更細(xì)，并且其中必有一半同主模系列計(jì)算的重復(fù)。第一百二十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日篩分的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)量大,代表性強(qiáng)便宜重量分布缺點(diǎn)下限38微米人為因素影響大重復(fù)性差非規(guī)則形狀粒子誤差速度慢第一百二十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日光學(xué)顯微鏡0.25--250μm電子顯微鏡0.001--5μm顯微鏡測定粒度要求統(tǒng)計(jì)顆粒的總數(shù)：粒度范圍寬的粉末--10000以上粒度范圍窄的