1粉末冶金材料及制备技术粉末冶金材料及制备技术 郑海忠郑海忠 E-mail: haizhongzheng@E-mail: haizhongzheng@ 联系方式：联系方式：M M栋栋106106室室( (答疑地点答疑地点) ) 13576993858 13576993858 南昌航空大学材料学院南昌航空大学材料学院 2目目 录录Ø 绪论绪论Ø 一、粉末的制取一、粉末的制取Ø 二、粉末的性能及测定二、粉末的性能及测定 Ø 三、成形三、成形 Ø 四、烧结四、烧结Ø 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品 3u原料粉末的制备原料粉末的制备 制备方法：化学法、物理法及机械法 粉末种类：铁粉、不锈钢粉、低碳钢粉、合金粉、铜粉、铝粉、非金属粉等 粉末形状：光滑形、不规则形 绪论绪论 41. 在不同状态下制备粉末的方法在不同状态下制备粉末的方法1.1 在固态下制备粉末的方法在固态下制备粉末的方法 （（1）从固态金属与合金制取金属与合金粉末的有机械粉碎法）从固态金属与合金制取金属与合金粉末的有机械粉碎法和电和电 化腐蚀法；化腐蚀法； （（2）从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的还原法；）从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的还原法； （（3）从金属和非金属粉末、金属氧化物和非金属粉末制取金）从金属和非金属粉末、金属氧化物和非金属粉末制取金属化合物粉末的还原－化合法。
属化合物粉末的还原－化合法 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 51.2 在液态下制备粉末的方法在液态下制备粉末的方法 （（1））从液态金属与合金制取金属与合金粉末的雾从液态金属与合金制取金属与合金粉末的雾化法；化法； （（2）从金属盐溶液置换和还原制金属、合金以及）从金属盐溶液置换和还原制金属、合金以及包覆粉末的置换法、溶液氢还原法；从金属熔盐中沉包覆粉末的置换法、溶液氢还原法；从金属熔盐中沉淀制金属粉末的熔盐沉淀法；从辅助金属浴中析出制淀制金属粉末的熔盐沉淀法；从辅助金属浴中析出制金属化合物粉末的金属浴法；金属化合物粉末的金属浴法； （（3）从金属盐溶液电解制金属与合金粉末的水溶）从金属盐溶液电解制金属与合金粉末的水溶液电解法；从金属熔盐电解制金属和金属化合物粉末液电解法；从金属熔盐电解制金属和金属化合物粉末的熔盐电解法的熔盐电解法 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 61.3 在气态下制备粉末的方法在气态下制备粉末的方法 （（1）从金属蒸气冷凝制取金属粉末的蒸）从金属蒸气冷凝制取金属粉末的蒸气冷凝法；气冷凝法； （（2) ) 从气态金属羰基物离解制取金属、从气态金属羰基物离解制取金属、合金粉末以及包覆粉末的羰基物热离解法；合金粉末以及包覆粉末的羰基物热离解法； （（3）从气态金属卤化物气相还原制取金）从气态金属卤化物气相还原制取金属、合金粉末以及金属、合金涂层的气相氢属、合金粉末以及金属、合金涂层的气相氢还原法；从气态金属卤化物沉积制取金属化还原法；从气态金属卤化物沉积制取金属化合物粉末以及涂层的化学气相沉积法。
合物粉末以及涂层的化学气相沉积法 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 7 从实质过程看，现有制粉方法大体可归纳为从实质过程看，现有制粉方法大体可归纳为两大类，即两大类，即机械法机械法和和物理化学法物理化学法 机械法是将原材料机械地粉碎，而化学成分机械法是将原材料机械地粉碎，而化学成分基本上不发生变化；基本上不发生变化； 物理化学法是借助化学的或物理的作用，改物理化学法是借助化学的或物理的作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末的变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末的 粉末的生产方法很多，从工业规模而言，应粉末的生产方法很多，从工业规模而言，应用最广泛的是用最广泛的是还原法、雾化法和电解法还原法、雾化法和电解法；而气相；而气相沉淀法和液相沉淀法在特殊应用时亦很重要沉淀法和液相沉淀法在特殊应用时亦很重要 表表1-1为制取粉末的一些方法为制取粉末的一些方法 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 8 表表1-1 粉末生产方法粉末生产方法 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 9续表续表1-1 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 102.常用的粉末制备方法常用的粉末制备方法2.1 机械粉碎法机械粉碎法 固态金属的机械粉碎既是一种独立的制粉方法，又固态金属的机械粉碎既是一种独立的制粉方法，又常常作为某些制粉方法的补充工序。
机械粉碎是靠常常作为某些制粉方法的补充工序机械粉碎是靠压碎压碎、、击碎击碎和和磨削磨削等作用，将块状金属、合金或化合物机械地等作用，将块状金属、合金或化合物机械地粉碎成粉末的依据物料粉碎的最终程度，可以分为粉碎成粉末的依据物料粉碎的最终程度，可以分为粗粗碎碎和和细碎细碎两类以压碎为主要作用的有两类以压碎为主要作用的有碾压碾压、、锟轧锟轧以及以及颚式破碎颚式破碎等；以击碎为主的有锤磨；属于击碎和磨削等等；以击碎为主的有锤磨；属于击碎和磨削等多方面作用的机械粉碎有球磨、棒磨等实践表明，机多方面作用的机械粉碎有球磨、棒磨等实践表明，机械研磨比较适用于脆性材料塑性金属或合金制取粉末械研磨比较适用于脆性材料塑性金属或合金制取粉末多采用多采用涡旋研磨、冷气流粉碎涡旋研磨、冷气流粉碎等方法 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 112.1.1机械研磨法机械研磨法 研磨的任务包括：减少或增大粉末粒度；合金研磨的任务包括：减少或增大粉末粒度；合金化；固态混料；改善、转变或改变材料的性能等化；固态混料；改善、转变或改变材料的性能等在大多数情况下，研磨的任务是使粉末的粒度变细。
在大多数情况下，研磨的任务是使粉末的粒度变细研磨后的金属粉末会有加工硬化，现状不规则以及研磨后的金属粉末会有加工硬化，现状不规则以及出现流动性变坏和团块等特征出现流动性变坏和团块等特征 （（1））研磨规律研磨规律 在研磨时，有四种力作用于颗粒材料上：在研磨时，有四种力作用于颗粒材料上：冲击、冲击、磨耗、剪切磨耗、剪切以及以及压缩压缩 在球磨机中球体运动的方式有四种（如图在球磨机中球体运动的方式有四种（如图1-1））：：滑动、滚动、自由下落以及在临界转速时球体滑动、滚动、自由下落以及在临界转速时球体的运动的运动 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 12 临界转速与圆筒直径有关，其关系为：临界转速与圆筒直径有关，其关系为： 球体发生滚动的临界条件为：球体发生滚动的临界条件为： 一、粉末制备技术一、粉末制备技术图图1-1 在球磨机中球体运动示意图在球磨机中球体运动示意图 (a)滑动；滑动；(b)滚动；滚动；(c)自由下落；自由下落；(d)在临界转速时球体的运动在临界转速时球体的运动 13（（2））影响球磨的因素影响球磨的因素 球磨机中的研磨过程取决于众多因素：装料量、球球磨机中的研磨过程取决于众多因素：装料量、球磨筒尺寸、球磨机转速、研磨时间、球体与被研磨物料磨筒尺寸、球磨机转速、研磨时间、球体与被研磨物料的比例、研磨介质以及球体直径等。
的比例、研磨介质以及球体直径等 研磨硬而脆的材质时，可选用球筒直径研磨硬而脆的材质时，可选用球筒直径D D与长度与长度L L之之比比D/L>3D/L>3的球磨机，这时可保证球体的冲击作用当的球磨机，这时可保证球体的冲击作用当D/L<3D/L<3时，只发生摩擦作用，此时适于研磨塑性的材质时，只发生摩擦作用，此时适于研磨塑性的材质 在一定范围内，增加装球量能提高研磨效率如果在一定范围内，增加装球量能提高研磨效率如果把球体体积与球筒容积之比称为装填系数，则一般球磨把球体体积与球筒容积之比称为装填系数，则一般球磨机的装填系数取机的装填系数取0.40.4～～0.50.5为宜随转速的提高，装填系为宜随转速的提高，装填系数可略为增大数可略为增大 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 14 在研磨过程中要注意球体与物料的比例一般在球在研磨过程中要注意球体与物料的比例一般在球体装填系数为体装填系数为0.40.4～～0.50.5时，装料量应以填满球体的空隙，时，装料量应以填满球体的空隙，稍掩盖住球体表面为原则。
可取装料量为球磨筒容积的稍掩盖住球体表面为原则可取装料量为球磨筒容积的2020％％ 球体的大小对物料的粉碎有很大的影响实践中，球体的大小对物料的粉碎有很大的影响实践中，球磨铁粉一般选用球磨铁粉一般选用1010～～20mm20mm的钢球；球磨硬质合金混合的钢球；球磨硬质合金混合料时，则选用料时，则选用5 5～～10mm10mm大小的硬质合金球大小的硬质合金球 （（3））强化球磨强化球磨 球磨粉碎物料是一个很慢的过程，因此提高研磨效球磨粉碎物料是一个很慢的过程，因此提高研磨效率、强化球磨效果很有意义例如采用振动球磨和行星率、强化球磨效果很有意义例如采用振动球磨和行星球磨即属于此图球磨即属于此图1-2为一种湿式振动球磨机为一种湿式振动球磨机 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 152.1.2机械合金化机械合金化 它是种高能球磨法用这种方法可制造具有可控细显微组织它是种高能球磨法用这种方法可制造具有可控细显微组织的复合金属粉末它是在高速搅拌球磨的条件下，利用金属粉末的复合金属粉末它是在高速搅拌球磨的条件下，利用金属粉末混合物的重复冷焊和断裂进行进行合金化的。
也可以在金属粉末混合物的重复冷焊和断裂进行进行合金化的也可以在金属粉末中加入非金属粉末来实现机械合金化中加入非金属粉末来实现机械合金化 用机械合金化制造的材料，其内部的均一性与原材料粉末的用机械合金化制造的材料，其内部的均一性与原材料粉末的粒度无关因此，用较粗的原材料粉末粒度无关因此，用较粗的原材料粉末(50～～100μｍｍ)可制成超可制成超细弥散体（颗粒间距小于细弥散体（颗粒间距小于1μｍｍ）制造机械合金化弥散强化高）制造机械合金化弥散强化高温合金的原材料都是工业上广泛采用的纯粉末，粒度约为温合金的原材料都是工业上广泛采用的纯粉末，粒度约为1~200μｍｍ 对用于机械合金化的粉末混合物，其唯一限制对用于机械合金化的粉末混合物，其唯一限制( (除上述粒度要求和需要控制极低的氧含量外)是混合物至少有1515％％（容积）的可压缩变形的金属粉末 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 16 图图1-3为机械合金化装置示意图为机械合金化装置示意图 机械合金化与滚动球磨的区别在于使球体运动的驱动力不同机械合金化与滚动球磨的区别在于使球体运动的驱动力不同。
图图1-2 斯韦科湿式振动球磨机斯韦科湿式振动球磨机 图图1-3 机械合金化装置示意图机械合金化装置示意图 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 172.2 2.2 雾化法雾化法 雾化：将熔融金属或合金直接破碎成细小液滴，然后冷凝成粉末始于第二次世界大战生产铁粉 方法：二流雾化（水流、气流）、离心雾化、真空雾化、超声波雾化等 流程：金属→熔化→破碎→液滴→冷凝→粉末 一、粉末制备技术一、粉末制备技术雾化雾化聚并聚并凝固凝固外力冲击相互接触冷却 18过程一：大的液珠当受到外力冲击的瞬间，破碎成数个小液滴，假设在破碎瞬间液体温度不变，则液体的能量变化可近似为液体的表面能增加很明显，雾化时液体吸收的能量与雾化液滴的粒径存在一个对应关系，即：吸收的能量越高则粒径越小；反之亦然 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 19过程二：液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表面能降低，属于自发过程。
过程三：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 20 金属或合金先由电阻炉或感应电炉融化，再注入金属液中间包内金属液由上方孔流出时液流与沿一定角度高速射击的气体或水相遇，然后被击碎成小液滴，随着液滴与气体或水流的混合流动，液滴的热量被雾化介质迅速带走，使液滴在很短的时间内凝固成为粉末颗粒 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 21雾化过程的四种情况雾化过程的四种情况动能交换：雾化介质的动能转变为金属液滴的表面能；热量交换：雾化介质带走大量的液固相变潜热；流变特性变化：液态金属的粘度及表面张力随温度的降低而不断发生变化；化学反应：高比表面积颗粒（液滴或粉粒）的化学活性很强，会发生一定程度的化学反应 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 22气雾化的四个区域气雾化的四个区域•负压紊流区负压紊流区—高速气流的抽吸作用，在喷嘴中心孔下方形成负高速气流的抽吸作用，在喷嘴中心孔下方形成负压紊流层；压紊流层；•颗粒形成区颗粒形成区—在气流冲击下，金属液流分裂为许多液滴；在气流冲击下，金属液流分裂为许多液滴；•有效雾化区有效雾化区—气流汇集点对原始液滴产生强烈破碎作用，进一气流汇集点对原始液滴产生强烈破碎作用，进一步细化；步细化；•冷却凝固区冷却凝固区—细化的液滴的热量迅速传递给雾化介质，凝固为细化的液滴的热量迅速传递给雾化介质，凝固为粉末颗粒。
粉末颗粒 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 23 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 24 原理：熔融金属借助介质（水、气、离心力、真空、超声波能量）的作用破碎成液滴，然后凝固成粉末整个过程只要克服液体金属原子间的结合力就能把液体金属分散成液滴相比较而言，机械法要克服固体金属原子间的结合力因此，从能量消耗来看，雾化法是一种简便且经济的粉末冶金方法 一、粉末制备技术一、粉末制备技术u 雾化制粉分类雾化制粉分类雾化制粉分类雾化制粉分类双流雾化双流雾化 指被雾化的液体流和喷射的介质流；单流雾化单流雾化 直接通过离心力、压力差或机械冲击力实现雾化 252.22.2 1.二流雾化（水雾化或气雾化） 借助高压水流或气流的冲击来破碎熔融金属流 图2-2水雾化和气雾化示意图(a)水雾化；(b)气雾化 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 26 （1）二流雾化形式 a.平行喷射：气流与金属流平行； b.垂直喷射：气流或水流与金属流成垂直方向； c.V 形喷射：气流或水流与金属流成一定角度； d.锥形喷射：气体或水从平均分布在圆周上的小孔喷出，构成一个封闭的锥体，交汇于锥顶点，将流经该处的金属流击碎； e.旋涡环形喷射：压缩气体从切想方向进入喷嘴内腔，然后以高速喷出形成一封闭的锥体，金属流在锥底被击碎。
一、粉末制备技术一、粉末制备技术 27图2-5二流雾化形式 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 28图2-7V形水喷射形式 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 29图2-6二流雾化喷嘴结构α—气流与金属流间的交角；A—喷口与金属流轴间的距离；D—喷射宽度；P——漏嘴突出喷嘴部分(2)二流雾化喷嘴 作用：使雾化介质获得高能量、高速度，稳定雾化效率和雾化过程 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 30（（3 3））气雾化雾化介质：高压惰性气体粉末形状：球形图2-9气雾化粉末形成过程图2-8气雾化装置 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 31（4）水雾化 起源：1872年Marriott（英国）发明蒸汽熔化金属并雾化；1950’s英国PM Ltd.发明雾化喷嘴，制备有色金属；1954英国B.S.A.Co Ltd 和瑞典Hoganas生产水雾化铁粉 雾化介质：高压水 粉末形状：不规则形 粉末粒度： 其中 D—常数； α——金属流与水流轴间的夹角 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 32图2-10水雾化装置 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 33气雾化和水雾化的区别气雾化和水雾化的区别粉粉末末形形状状：气气雾雾化化容容易易获获得得球球形形粉粉末末。
水水雾雾化化获获得得粉粉末末表表面面张张力力较较小小的的呈呈土土豆豆状状或或不不规规则则形形状状，，只只有有那那些些表表面面张张力力较大的合金，例如镍基合金，才能得到球形合金粉末较大的合金，例如镍基合金，才能得到球形合金粉末化化学学成成分分：不不论论是是采采用用水水雾雾化化还还是是采采用用气气雾雾化化，，制制作作出出的的合金粉末的化学成份不会因为制作方法的不同而产生差异合金粉末的化学成份不会因为制作方法的不同而产生差异 金金相相组组织织：采采用用气气雾雾化化制制作作的的合合金金粉粉末末，，合合金金的的过过冷冷度度要要比比采采用用水水雾雾化化制制作作的的小小许许多多，，所所以以相相同同的的化化学学成成份份，，采采用用不同的雾化方法制出的合金粉末的金相组织会不一样不同的雾化方法制出的合金粉末的金相组织会不一样 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 34气雾化颗粒形貌水雾化铜粉颗粒形貌 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 35(5)水雾化机理： a. 溅落机理：所得金属液滴与水滴飞行方向相反； b. 擦落机理：所得金属液滴与水滴飞行方向相同图2-11水雾化模式 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 36（6）雾化粉末性能： a. 粒度、粒度分布及可用粉末收得率； b. 粉末形状、松装密度、流动性、坯块密度及比表面； c. 粉末的纯度和结构。
7）影响二流雾化粉末性能的因素： a. 雾化介质 气雾化可得球形粉末，水雾化得不规则形粉末，水冷却能力强且廉价，用于含氧化物的金属或合金，用于制取易氧化金属或合金粉末 b. 金属流 金属的表面张力、粘度、过热度及金属流直径； c. 雾化装置 金属流长度、喷射长度、喷射角度 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 37油雾化油雾化¡19801980’s Sumitomo Metals s Sumitomo Metals 发明，主要用发明，主要用来制备低氧含量粉末来制备低氧含量粉末¡优点：杂质含量低：优点：杂质含量低：O (<0.01%)O (<0.01%)¡缺点：缺点：C C含量不易控制；含量不易控制； 多生产高碳钢粉末多生产高碳钢粉末粉末粒度：粉末粒度：~7070umum 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 382.2.离心雾化（离心力） 一、粉末制备技术一、粉末制备技术离离心心雾雾化化法法是是借借助助离离心心力力的的作作用用将将液液态态金金属属破破碎碎为为小小液液滴滴，，然然后后凝凝固固为为固固态态粉粉末末颗颗粒粒的的方方法法。
1974年年，，首首先先由由美美国国提提出出旋旋转转电电极极雾雾化化制制粉粉法法，，后后来来又又发发展展了了旋转锭模、旋转园盘等离心雾化方法旋转锭模、旋转园盘等离心雾化方法 39 40 旋转电极雾化：将要雾化的金属作为旋转自耗电极，国定的钨电极产生电弧，使金属熔化制备高合金粉末、活性金属粉末（Zr、Ti）、超合金粉末等 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 41 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 42 旋转坩埚雾化：有一固定电极和一个旋转水冷坩埚，电极和坩埚内的金属之间产生电弧时金属熔化，在离心力作用下，熔融金属在坩埚出口处被破碎成液滴制备铝合金、钛合金、镍合金粉末 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 43旋转盘法旋转盘法：旋转盘法最早于1976的美国Pratt & Whitney 飞机制造公司研制出，用来制备超合金粉末这种方法获得的粉末平均粒度同园盘转速有关，转速越高，则平均粒度越小，细粉收得率越高 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 44 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 45旋转轮法旋转轮法 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 46旋转杯旋转杯 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 47旋转网旋转网 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 483. 超声波雾化 利用超声波能量破碎金属流成液滴。
高速气体脉冲以60000~120000Hz的特征频率和4个马赫数的高速冲击金属，将金属流破碎成液滴粉末形状：球形粉末特性：平均粒度小，粒度分布范围窄图2-4超声波雾化示意图 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 494.真空雾化（真空溶气雾化） 雾化原理：熔融金属在真空状态下用具有一定压力下的气体（氢气）快速饱和，气体膨胀形成细的粉末喷射流 粉末特征：纯度高 粉末形状：球形图2-3真空雾化示意图 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 50 图图1-4 水雾化和气雾化示意图水雾化和气雾化示意图 图图1-5 雾化的多种形式雾化的多种形式 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 512.2.4雾化粉末显微结构的控制雾化粉末显微结构的控制 在快速冷却的合金粉末中，显微组织结构的控制取决于形核和在快速冷却的合金粉末中，显微组织结构的控制取决于形核和长大因素。
在凝固中，较大的温度梯度的情况易于形成非晶态，相长大因素在凝固中，较大的温度梯度的情况易于形成非晶态，相反，要在低的冷却速率和小的温度梯度的条件下，易形成具有偏析反，要在低的冷却速率和小的温度梯度的条件下，易形成具有偏析的显微组织结构的显微组织结构图图1-8是显微组织结构与粉末颗粒温度梯度和温是显微组织结构与粉末颗粒温度梯度和温度之间的关系度之间的关系 图图1-8 温度梯度和温度对快速凝固粉末的显微组织结构的影响温度梯度和温度对快速凝固粉末的显微组织结构的影响 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 522.3 还原法还原法 用还原剂还原金属氧化物及盐类来制取金属粉末是一种广泛采用的制粉方法还原剂可呈固态、气态或液态；被还原的物料也可采用固态、气态或液态物质表表1-4为用不同还原剂和被还原的物质进行还原为用不同还原剂和被还原的物质进行还原作用来制取粉末的一些例子作用来制取粉末的一些例子 一、粉末制备技术一、粉末制备技术表表1-4 还原法广义的使用范围还原法广义的使用范围 53mnXOMeXMeO+=+2.3.1还原过程的基本原理还原过程的基本原理2.3.1.1.金属氧化物还原热力学条件金属氧化物还原热力学条件 X-还原剂, Me-金属氧化物, XO-金属氧化物; 每种氧化物都有各自的离解压，离解压越低，氧化物越稳定; MeO有离解压，XO也有离解压，前者离解压大于后者, MeO才能被X还原，他们的离解反应为： 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 54(1)(2)上述金属氧化物还原过程标准自由能变化是 即 ΔZ φ(1) < ΔZφ(2) PO2(XO) < PO2(MO) 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 55 即XO离解反应标准自由能变化应小于MO离解反应自由能的变化，这样XO才比MO稳定，这时，XO的离解压小于MO的离解压，还原反应正向进行。
氧对X的亲和力大于对Me的亲和力，推广之，对氧的亲和力大于被还原的金属时，都可以作为该金属氧化物的还原剂 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 56金属氧化过程标准自由能变化与温度的关系是：直线关系, 截距A表示在绝对零度T=0时，形成该金属氧化物的自由能 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 57ΔZ°-T of oxides 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 58上图说明：上图说明： 1) T升高，各种金属的氧化反应难度增大；原因：ΔZ=RTln Po2(XO),也随温度升高，金属氧化物的离解压Po2(XO)将增大，金属对氧的亲和力将减小2) ΔZ-T关系线在相变温度处，特别是在沸点处发生明显的转折这是由于系统的熵在相变时发生了变化3) CO生成的ΔZ-T关系的走向是 向下，即CO的ΔZ随温度升高而减小4) 图中位置愈低的氧化物，其稳定度愈大，即该元素对氧的亲和力也愈大 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 59 2.3.1.1.金属氧化物还原金属氧化物还原动力学动力学–速度问题速度问题 即反应进行的速度及其影响因素 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 60 在还原过程中，还原进行的速度和还原的程度是与还原的条件有关在还原过程中，还原进行的速度和还原的程度是与还原的条件有关的。
影响还原反应速度和还原程度的因素是很复杂的影响还原反应速度和还原程度的因素是很复杂的图1-9是氧是氧化物被还原形成金属粉末的示意图，其反应速率取决于两个扩散流化物被还原形成金属粉末的示意图，其反应速率取决于两个扩散流图图1-10为吸附自动催化的反应速度与时间的关系为吸附自动催化的反应速度与时间的关系 图图1-9 氧化物颗粒部分还原为氧化物颗粒部分还原为 图图1-10 吸附自动催化的反应速度吸附自动催化的反应速度 金属粉末的示意图金属粉末的示意图 与时间的关系与时间的关系 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 61反应的分类 (1)均相反应：反应在同一个相中进行，即各相反应物之间无相界面如二种气体间的反应:(2)多相反应：反应在多个相中进行，即有明显界面反应过程 固—固反应：S-S界面. 固相反应合金: 物质迁移, 相交共析. 固—液反应：S-L界面. 金属熔化, 相熔解, 析出. 固—气反应：S-G界面. 气体金属还原,金属表面氧化。
一、粉末制备技术一、粉末制备技术 622.3.2碳还原法碳还原法Fe, Cu, W, Ni, Mo powders 温度高于570℃时，Fe2O3还原成Fe的过程a、 b、c、 温度低于570℃时，FeO 不稳定，Fe3O4直接还原成金属FeFe d、 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 63碳还原铁的制备过程碳还原铁的制备过程 轧制铁鳞轧制铁鳞磁选磁选粉碎粉碎分级分级加入焦碳加入焦碳装料装料隧道窑还原（隧道窑还原（1100-1150C））粉碎粉碎磁选磁选分级分级还原还原磁选磁选合批合批包装包装 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 64影响还原过程及铁粉质量的因素影响还原过程及铁粉质量的因素（（1）原料）原料杂质：杂质：Si+Fe Fe2SiO4；；粒度：增加反应界面；粒度：增加反应界面；（（2）固体碳还原剂）固体碳还原剂 类型：木碳类型：木碳 焦碳焦碳 无烟煤无烟煤用量：用量：（（3）还原工艺条件）还原工艺条件温度：温度升高有利还原反应进行，但过高可使海绵温度：温度升高有利还原反应进行，但过高可使海绵铁烧结变硬，从而使铁烧结变硬，从而使CO难以扩散通过，且海绵铁难以扩散通过，且海绵铁有渗碳的趋势有渗碳的趋势料层厚度：料层厚度：密封：密封： 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 65（（4）添加剂）添加剂松装固体碳；松装固体碳；废铁粉；废铁粉；气体还原剂；气体还原剂；碱金属盐；碱金属盐；（（5）海绵铁的后处理）海绵铁的后处理退火处理退火处理 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 662.3.3气体还原法气体还原法 该法不仅可以制取铁、镍、钴、铜以及钨等金该法不仅可以制取铁、镍、钴、铜以及钨等金属粉末，还可以制取一些合金粉末。
气体还原法制属粉末，还可以制取一些合金粉末气体还原法制取的铁粉比固体还原法制取的要纯，从而得到了很取的铁粉比固体还原法制取的要纯，从而得到了很大的发展钨粉的生产主要是用氢还原法大的发展钨粉的生产主要是用氢还原法 （（1））氢还原法制取铁粉氢还原法制取铁粉 （（2））水冶法生产钴粉水冶法生产钴粉 （（3））氢还原法制取钨粉氢还原法制取钨粉 影响钨粉粒度和纯度的主要因素有：原料；影响钨粉粒度和纯度的主要因素有：原料；氢气；还原速度、时间和料层厚度；以及添加剂等氢气；还原速度、时间和料层厚度；以及添加剂等 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 67W粉及氧化钨的形态： WO3（α相）黄色，WO2.90（β相）兰色，WO2.72 紫色 WO2 褐色总反应式： 当T＞584℃时， T＝700℃时有 Kp（a）=4.73 Kp（b）=2.78 Kp（c）=0.93 Kp（d）=0.18 氢还原法制取钨粉氢还原法制取钨粉 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 68W粉粉:一次颗粒一次颗粒;二次颗粒二次颗粒;700℃，WO2开始挥发，1050℃显著挥发;400℃，WO3开始挥发。
W粉易长大，主要机理不是聚集再结晶，而是挥发沉积引起的如何得到中细颗粒的如何得到中细颗粒的W粉？粉？ 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 692.3.4金属热还原金属热还原 金属热还原法主要应用于制取稀有金属粉末，如钛、金属热还原法主要应用于制取稀有金属粉末，如钛、锆、铀、钍、铌等金属粉末在金属还原法中，多采用锆、铀、钍、铌等金属粉末在金属还原法中，多采用钠、钙、镁作金属还原剂钠、钙、镁作金属还原剂2.3.5难熔化合物粉末的制取难熔化合物粉末的制取 制取难熔化合物粉末（碳化物、硼化物、氮化物和制取难熔化合物粉末（碳化物、硼化物、氮化物和硅化物）的主要方法，与还原法制取金属粉末极为相似硅化物）的主要方法，与还原法制取金属粉末极为相似碳、硼和氮能与过渡族金属元素形成间隙固溶体或间隙碳、硼和氮能与过渡族金属元素形成间隙固溶体或间隙化合物，而硅与这类金属元素只能形成非间隙固溶体或化合物，而硅与这类金属元素只能形成非间隙固溶体或非间隙化合物非间隙化合物 难熔化合物具有高熔点、高硬度以及其他有用的性难熔化合物具有高熔点、高硬度以及其他有用的性能，因此在现代技术中已被广泛地用来作为硬质合金、能，因此在现代技术中已被广泛地用来作为硬质合金、耐热材料、电工材料、耐蚀材料以及其他材料地基体。
耐热材料、电工材料、耐蚀材料以及其他材料地基体 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 70难熔金属化合物化合反应难熔金属化合物化合反应还原-化合反应碳化物Me+C==MeCMeO+C==MeC+CO或MeO+CO==MeC+CO2Me+CnHm==MeC+H2硼化物Me+B==MeBMeO+B4C==MeB+CO 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 712. 6 气相沉积法气相沉积法 在粉末冶金技术中应用气相沉积法有几种方式：金属蒸气冷凝、羰基物热离解、气相还原以及化学气相沉积2.6.1金属蒸气冷凝金属蒸气冷凝法法 这种方法主要用于制取具有大的蒸气压的金属（如锌、镉这种方法主要用于制取具有大的蒸气压的金属（如锌、镉等）粉末由于这些金属的特点是具有较低的熔点和等）粉末由于这些金属的特点是具有较低的熔点和较高的挥发性如果将这些金属蒸气在冷却面上冷凝下来，便可形成很细的球形粉末2.6.2羰基物热离解法羰基物热离解法 羰基物热离解法羰基物热离解法( (简称羰基法简称羰基法) )就是离解金属羰基化合物而就是离解金属羰基化合物而制取金属粉末的方法。
用这种方法不仅可以生产纯金属粉末，制取金属粉末的方法用这种方法不仅可以生产纯金属粉末，而且如果同时离解几种羰基物的混合物，则可制得合金粉末；而且如果同时离解几种羰基物的混合物，则可制得合金粉末；如果在一些颗粒表面上沉积热离解羰基物，就可以制得包覆粉如果在一些颗粒表面上沉积热离解羰基物，就可以制得包覆粉末图1-12是常压羰基法制取镍粉的工艺流程是常压羰基法制取镍粉的工艺流程 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 72 图图1-12 常压羰基法制取镍粉的工艺流程示意图常压羰基法制取镍粉的工艺流程示意图2.6.3化学气相沉积法化学气相沉积法 化学气相沉积法（化学气相沉积法（CVD)CVD)是从气态金属卤化物（主要是氯化是从气态金属卤化物（主要是氯化物）还原化合沉积制取难熔化合物粉末和各种涂层，包括碳物）还原化合沉积制取难熔化合物粉末和各种涂层，包括碳化物、硼化物、硅化物和氮化物等的方法在沉积法中化物、硼化物、硅化物和氮化物等的方法在沉积法中也可也可用等离子弧法这种方法可用来制取微细碳化物，用等离子弧法这种方法可用来制取微细碳化物，图图1-13为为等离子弧法装置示意图。
等离子弧法装置示意图 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 73 图图1-13 等离子弧法装置示意图等离子弧法装置示意图2.6.4气相还原法气相还原法 气相还原法包括气相氢还原法和气相金属热还原法气相气相还原法包括气相氢还原法和气相金属热还原法气相氢还原是指用氢还原气态金属卤化物，主要是还原金属氯化氢还原是指用氢还原气态金属卤化物，主要是还原金属氯化物此法可制取钨、钼、铌、铬、钒、镍、钴等金属粉末，物此法可制取钨、钼、铌、铬、钒、镍、钴等金属粉末，也可同时还原几种金属氯化物而制得合金粉末，也可以制取也可同时还原几种金属氯化物而制得合金粉末，也可以制取包覆粉末此法所得粉末一般都是很细或超细的而用镁还包覆粉末此法所得粉末一般都是很细或超细的而用镁还原气态四氯化钛、四氯化锆等属于气相金属热还原原气态四氯化钛、四氯化锆等属于气相金属热还原 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 742.7 液相沉淀法液相沉淀法 用液相沉淀法可以制取复合粉末，一般有两种方案： （1）用基体金属和弥散相金属盐或氢氧化物在某种溶液中同时析出达到均匀分布，然后经过干燥、分解、还原过程以得到基体金属和弥散相的复合粉末。
（2）将弥散相制成最终粒度，然后悬浮在含基体金属的水溶液中作为沉淀结晶核心待基体金属以某种化合物沉淀后，经过干燥和还原就得到以弥散相为核心，基体金属包覆在弥散相核心外面的包覆粉末 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 752.8 电解法电解法 在一定条件下，粉末可以在电解槽的阴极上沉积出来一般说来，电解法生产的粉末成本较高，因此在粉末生产中所占的比重是较小的电解粉末具有吸引力的原因是它的纯度高电解法制取粉末主要采用水溶液电解和熔盐电解 水溶液电解可以生产铜、铁、镍、银、锡、铅、铬、锰等金属粉末；在一定条件下也可以使几种元素同时沉积而制得铁－镍、铁－铬等合金粉末图图1-14为电解过程示意图为电解过程示意图 图图1-14 电解过程示意图电解过程示意图 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 76 熔盐电解法可以制取钛、锆、钽、铌、钍、铀、铍等纯金属粉末，也可制取如钽－铌等合金粉末，以及制取各种难熔化合物粉末影响熔盐电解过程和电流效率的主要因素有：电解质成分、电解质温度、电流密度和极间距离等。
图图1-15为电解制钽为电解制钽示意图 图图1-15 电解制钽示意图电解制钽示意图 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 77采用燃烧火焰采用燃烧火焰----化学气相法生产纳米粉末在此法化学气相法生产纳米粉末在此法中中, ,稳定的平头火焰是由低压燃料稳定的平头火焰是由低压燃料/ /氧气混合气的燃氧气混合气的燃烧产生的化学母体与燃料一起导入燃烧室烧产生的化学母体与燃料一起导入燃烧室, ,在火在火焰的热区进行快速热分解由于燃烧室表面温度分焰的热区进行快速热分解由于燃烧室表面温度分布良好布良好, ,气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀, ,并并在很窄的热区进行热分解在很窄的热区进行热分解, ,因而能生产出粒度分布因而能生产出粒度分布集中的高质量的纳米粉集中的高质量的纳米粉2.9.1燃烧火焰燃烧火焰----化学气相法化学气相法生产纳米粉末生产纳米粉末2.9其它制粉新技术其它制粉新技术 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 78 目前，该法已用于生目前，该法已用于生产产SiOSiO2 2、、TiOTiO2 2、、AlAl2 2O O3 3、、SnOSnO2 2、、V V2 2O O5 5、、ZrOZrO2 2等氧化等氧化物纳米粉。
该法生产的纳物纳米粉该法生产的纳米粉末成本十分低廉，按米粉末成本十分低廉，按年产年产100100吨纳米粉估算吨纳米粉估算, ,每每公斤纳米粉的成本不会高公斤纳米粉的成本不会高于于5050美元 一、粉末制备技术一、粉末制备技术2.9.1燃烧火焰燃烧火焰----化学气相法化学气相法生产纳米粉末生产纳米粉末 79 美国采用普通搅拌器、激光与便宜的反应材料,可快速、便宜、干净地生产1～100nm的银粉与镍粉2.9.2激光生产纳米粉末激光生产纳米粉末 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 80 例如例如, ,将硝酸银溶液与一种还原剂导入搅拌器中将硝酸银溶液与一种还原剂导入搅拌器中, ,用激光短时照射混合物用激光短时照射混合物, ,同时进行搅拌当激光同时进行搅拌当激光脉冲射到液体时，形成极小的脉冲射到液体时，形成极小的“热点热点”, ,使硝酸使硝酸银与还原剂发生反应银与还原剂发生反应, ,生成极小的银颗粒通过生成极小的银颗粒通过改变激光强度、搅拌器转速与反应成分改变激光强度、搅拌器转速与反应成分, ,可控制可控制银粉粒度银粉粒度, ,在一定程度上也可控制颗粒形状。
在一定程度上也可控制颗粒形状 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 81 该法生产速度为该法生产速度为0.5-30g/min,0.5-30g/min,比其他比其他纳米粉末制备方法生产率高本方法所用纳米粉末制备方法生产率高本方法所用反应材料不污染环境，而以前生产银粉所反应材料不污染环境，而以前生产银粉所用的联氨是一种致癌物用这种方法生产用的联氨是一种致癌物用这种方法生产的银粉可用于制造焊料、牙科填料、电路的银粉可用于制造焊料、牙科填料、电路板、高速摄影胶片等板、高速摄影胶片等 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 82 大功率电脉冲施于氩气保大功率电脉冲施于氩气保护的金属丝上护的金属丝上, ,并受到大并受到大功率脉冲产生的特殊场约功率脉冲产生的特殊场约束柱形等离子体被加热束柱形等离子体被加热到到1500015000Ｋ以上高温Ｋ以上高温, ,因而因而电阻剧增电阻剧增, ,引起特殊场崩引起特殊场崩溃金属蒸气的高压引起溃金属蒸气的高压引起爆炸爆炸, ,产生冲击波产生冲击波, ,形成的形成的金属气溶胶快速绝热冷却金属气溶胶快速绝热冷却, ,制得纳米粉制得纳米粉2.9.3电爆炸金电爆炸金属丝制取纳米粉属丝制取纳米粉 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 83 此法可生产铝、镍、银、铜、锌、铂、此法可生产铝、镍、银、铜、锌、铂、钼、钛、锆、铟、钨及其合金粉钼、钛、锆、铟、钨及其合金粉. . 这些粉末可用于推进剂、炸药、烟这些粉末可用于推进剂、炸药、烟火、金属与陶瓷的粘结、助烧结剂、催火、金属与陶瓷的粘结、助烧结剂、催化剂、合成有机金属化合物等。
化剂、合成有机金属化合物等 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 84 澳大利亚开发出一种机械化学法澳大利亚开发出一种机械化学法, ,可廉价生产可廉价生产纳米金属粉与陶瓷粉它采用球磨机来激活化学纳米金属粉与陶瓷粉它采用球磨机来激活化学反应反应, ,使形成极细的纳米金属或化合物晶粒使形成极细的纳米金属或化合物晶粒, ,再分再分离与提取微细晶粒例如机械研磨离与提取微细晶粒例如机械研磨FeCl3, ,由钠、由钠、钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物用适当钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物用适当洗涤法去除氯化物后洗涤法去除氯化物后, ,便可得到纳米铁颗粒便可得到纳米铁颗粒2.9.4机械化学法生产廉价的纳米粉末机械化学法生产廉价的纳米粉末 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 85 这一方法可成功生产这一方法可成功生产10～～20nm的粉末的粉末, ,化学化学纯度高纯度高, ,表面氧化物低于表面氧化物低于10%～～15%也可生产也可生产氧化物粉末氧化物粉末, ,粒度小于粒度小于5nm 潜在高技术应用潜在高技术应用: :切削工具、先进陶瓷、高切削工具、先进陶瓷、高密度磁记录介质、磁流体、催化剂等。
密度磁记录介质、磁流体、催化剂等 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 86美国科学家采用声化学美国科学家采用声化学技术制取纳米金属粉技术制取纳米金属粉声化学是研究液体中高声化学是研究液体中高强度超声波产生的小气强度超声波产生的小气泡的形成、长大与内向泡的形成、长大与内向破裂等现象的学科破裂等现象的学科 2.9.5声化学制取纳米金属粉声化学制取纳米金属粉 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 87这些超声波气泡的破裂这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在产生很强的局部加热而在冷液中形成冷液中形成“热点热点”,瞬时温度约为瞬时温度约为5000℃,压力约压力约1GPa,持续时间约持续时间约10亿分之一秒亿分之一秒 粗略而形象地说粗略而形象地说, ,上述这些数据相当于太阳的表上述这些数据相当于太阳的表面温度面温度, ,大洋底部的压力大洋底部的压力, ,闪电的时间当气泡破闪电的时间当气泡破裂时裂时, ,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个金属原子金属原子, ,而后聚集为原子簇这些原子簇含有几而后聚集为原子簇这些原子簇含有几百个原子百个原子, ,直径约为直径约为2 2～～3 3nm。
一、粉末制备技术一、粉末制备技术 88 这些小的磁性金属原子簇这些小的磁性金属原子簇, ,像顺磁体材料像顺磁体材料一样一样, ,磁矩由原子簇的原子自旋构成磁矩由原子簇的原子自旋构成, ,且所有且所有自旋均在同一方向上自旋均在同一方向上, ,因而磁矩比普通材料高因而磁矩比普通材料高100多倍包覆这些颗粒可形成稳定铁胶体多倍包覆这些颗粒可形成稳定铁胶体, ,颗粒永远处于悬浮态颗粒永远处于悬浮态, ,现已作为现已作为“磁流体磁流体”工工业化生产业化生产, ,用于扬声器用于扬声器, ,磁性墨水磁性墨水, ,磁流体密封磁流体密封, ,润滑剂润滑剂, ,轴承轴承, ,医学等 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 893. 小结小结 综上所述，制取粉末的方法使多种多样的，并且在工程中应用的所有金属材料几乎都可以加工成为粉末形态 在选择制取粉末方法时，应该考虑到对粉末所提出的要求和遵循经济的原则当需要采用廉价的粉末作原料时，经济问题便是先决条件；但是当需要粉末具有严格的性能要求时，则也可选用昂贵的制粉方法 表1-5为为一些金属和合金粉末推荐的制取方法。
表1-5 金属和合金粉末的推荐制取方法 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 90 续续表1-5 一、粉末制备技术一、粉末制备技术 91 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定1.粉末及粉末性能粉末及粉末性能1.1粉末体粉末体 固态物质按分散程度分为致密体、粉末体和胶体 固体（致密体）：一种晶粒的集合体粒度＞1mm 粉末（粉末体）：由大量颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体粒度介于0.1μ m~1mm特点是颗粒之间有空隙，且连接面少，面上的原子键不能形成强的键力，没有固定形状，具有与液体相似的流动性，但由于移动时有摩擦，流动性有限 胶体：粒度＜0.1μ m 921.2粉末颗粒粉末颗粒1.2.1颗粒聚集状态颗粒聚集状态 单颗粒:粉末中能分开并独立存在的最小实体 二次颗粒：单颗粒如果以某种形式聚集。
一次颗粒往往不能单独存在而聚集在一起，聚集力主要是物理作用力，而非强化学健结合;¡ 一次颗粒粒度测定: 惰性气体表面吸附方法BET¡二次颗粒粒度测定: x-ray, 金相显微镜, TEM, 等 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 93图2-1颗粒示意图a —单颗粒；b—聚集颗粒（二次颗粒）; c —晶粒； a —一次颗粒 图2－1描绘了由若干一次颗粒聚集成二次颗粒的情形一次颗粒之间形成一定的粘结面，在二次颗粒内存在一些细微的孔一次颗粒或单颗粒可能是单颗粒，而更普遍情况下是多晶颗粒，但晶粒间不存在空隙 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 94¡团团粒粒：：由单颗粒或二次颗粒依靠范德华的作用下结合而成的粉末颗粒，易于分散. ¡絮絮凝凝体体：：用溶胶凝胶Sol-Gel方法制备的粉末，是一种小颗粒聚合在一起的结合¡通常，粗 颗粒以单颗粒存在，细颗粒由于表面发达而结合，以二次颗粒形式存在 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 95 1.2.2粉末颗粒结晶构造粉末颗粒结晶构造 (1)金属及多数非金属颗粒都是结晶体。
金属及多数非金属颗粒都是结晶体 (2)制粉工艺对粉末颗粒的结晶构造起着主要作用制粉工艺对粉末颗粒的结晶构造起着主要作用 一般说来，粉末颗粒具有多晶结构，而晶粒的大小取决一般说来，粉末颗粒具有多晶结构，而晶粒的大小取决于工艺特点和条件，对于极细粉末可能出现单晶颗粒于工艺特点和条件，对于极细粉末可能出现单晶颗粒 粉末颗粒实际构造的复杂性还表现为晶体的严重不完整粉末颗粒实际构造的复杂性还表现为晶体的严重不完整性，即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等因此粉性，即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等因此粉末总是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性末总是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性 与颗粒的外部结构比较，颗粒的内部结构非常复杂 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 961.2.3表面状态表面状态 粉末颗粒的表面状态十分复杂一般粉末颗粒愈细，外表面愈发达；同时粉末颗粒的缺陷多，内表面也就相当大粉末发达的表面贮藏着高的表面能，因而超细粉末容易自发地聚集成二次颗粒，并且在空气中极易氧化和自燃。
¡缺陷缺陷：表面缺陷，加工硬化，内空隙¡颗颗粒粒表表面面状状态态 ： 内表面、外表面、 全表面， 内表面远比外表面复杂、丰富 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 971.3粉末性能粉末性能 粉末是颗粒与颗粒间的空隙所粉末是颗粒与颗粒间的空隙所组成的集合体因此研究粉末体时组成的集合体因此研究粉末体时应分别研究单颗粒、粉末体和粉末体中空隙等的一切性质应分别研究单颗粒、粉末体和粉末体中空隙等的一切性质 单颗粒的性质：单颗粒的性质： （（1）由粉末材料决定的性质，如点阵结构、理）由粉末材料决定的性质，如点阵结构、理论密度、熔点、塑性、弹性、电磁性质、化学成分等；论密度、熔点、塑性、弹性、电磁性质、化学成分等； （（2）由粉末生产方法所决定的性质，如粒度、颗粒形状、密度、）由粉末生产方法所决定的性质，如粒度、颗粒形状、密度、表面状态、晶粒结构、点阵缺陷、颗粒内气体含量、表面吸附的气表面状态、晶粒结构、点阵缺陷、颗粒内气体含量、表面吸附的气体与氧化物、活性等体与氧化物、活性等 粉末体的性质：粉末体的性质：除单颗粒的性质以外，还有平均粒度、粒度组成、除单颗粒的性质以外，还有平均粒度、粒度组成、比表面、松装密度、振实密度、流动性、颗粒间的摩擦状态。
比表面、松装密度、振实密度、流动性、颗粒间的摩擦状态 粉末的孔隙性质：粉末的孔隙性质：总孔隙体积、颗粒间的孔隙体积、颗粒内孔隙总孔隙体积、颗粒间的孔隙体积、颗粒内孔隙体积、颗粒间孔隙数量、平均孔隙大小、孔隙大小的分布以及孔隙体积、颗粒间孔隙数量、平均孔隙大小、孔隙大小的分布以及孔隙的形状 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 98 在实践中在实践中通常按通常按化学成分化学成分、、物理性能物理性能和和工艺性能工艺性能来进行来进行划分和测定划分和测定 化学成分主要是指化学成分主要是指金属的含量金属的含量和和杂质含量杂质含量 物理性能包括颗粒形状与结构、粒度与粒度组成、比表物理性能包括颗粒形状与结构、粒度与粒度组成、比表面积、颗粒密度、显微硬度，以及光学、电学、滋学和热学面积、颗粒密度、显微硬度，以及光学、电学、滋学和热学等诸性质实际上，粉末的熔点、蒸气压、比热容与同成分等诸性质实际上，粉末的熔点、蒸气压、比热容与同成分的致密材料差别很小，一些性质与粉末冶金关系不大，因此的致密材料差别很小，一些性质与粉末冶金关系不大，因此本部分仅介绍颗粒形状、粒度及粒度组成、比表面、颗粒密本部分仅介绍颗粒形状、粒度及粒度组成、比表面、颗粒密度、粉末体密度及其测试的方法。
度、粉末体密度及其测试的方法 工艺性能包括工艺性能包括松装密度、振实密度、流动性、压缩性和松装密度、振实密度、流动性、压缩性和成形性 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 99 1.3.1化学成分化学成分 化学检验是检测粉末中金属和杂质的含量，采用四分法或滑槽式分样器制样后进行，检测执行标准是： 国际：ASTM（American Standard of testing Manual)标准 中国：GB5314-85 杂质来源：杂质来源： a. 与主金属结合形成固溶体或化合物的金属或非金属； b. 机械夹杂（SiO2、Al2O3、硅酸盐、难熔金属碳化物等酸不溶物）； c. 粉末表面吸附的氧、水蒸气、氮、二氧化碳等； d. 制粉工艺带入的杂质（氢、碳等） 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 100a.氢损测定 定义定义：把金属粉末混合后，在氢气流中煅烧足够长的时间，粉末中的氧被还原成水蒸气，某些元素（C、S）与氢生成挥发性化合物与挥发金属（Zn、Cd、Pb)一同排出，然后测得金属粉末质量的损失。
此时的氢损值接近粉末中可测的氧含量如果在实验条件下，还存在没有被氢还原的氧化物（Al3O2、CaO等），则氢损值低于实际氧含量；如果存在与氢形成挥发性化合物的元素（C、S）或存在挥发金属（Zn、Cd、Pb)时，则氢损值高于实际氧含量煅烧时间： Fe粉1000~1050℃1h；Cu粉875 ℃ 0.5h 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 101A——粉末加烧舟的质量；B——煅烧后残留物加烧舟的质量； C——烧舟的质量表2-2氢损实验的还原温度和时间 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 102 b. b.滴定法滴定法 滴定法是在氢损法的基础上进行了修改，该法避免测定C、S或挥发金属，只测加热的氢气流产生的水蒸气量 测定过程测定过程：采用一个较小的、单独用途的石墨坩埚，在2000℃温度下熔化样品，并用惰性气体保护，样品中的氧以CO形式释放出来，用红外线吸收法测定氧或氧被转换成CO2，通过热导率差异来测定c.c.酸不溶物法酸不溶物法 流程流程：试样→无机酸溶解→过滤不溶物沉淀→煅烧沉淀→称重→计算酸不溶物含量（不包括挥发的不溶物） 无机酸无机酸：不同粉末用不同酸（铁粉用盐酸，铜粉用硝酸） 不溶物：硅酸盐、氧化铝、泥土、难熔金属等 不溶物来源来源：原料、炉衬、燃料 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 1031.3.2物理性能物理性能(1)颗粒形状颗粒形状 颗粒的形状是指粉末颗粒的颗粒的形状是指粉末颗粒的几何形状几何形状。
可以笼统地划分可以笼统地划分为为规则形状规则形状和和不规则形状不规则形状两大类规则形状的颗粒外形可近两大类规则形状的颗粒外形可近似地用某种几何形状地名称描述，它们与粉末生产方法密切似地用某种几何形状地名称描述，它们与粉末生产方法密切相关表2-2描述了颗粒形状和生产方法之间的关系粉末描述了颗粒形状和生产方法之间的关系粉末颗粒外形如图颗粒外形如图2-2所示 表表2-2 颗粒形状与粉末生产方法的关系颗粒形状与粉末生产方法的关系 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 104 图图2-2 粉末颗粒形状粉末颗粒形状 一般说来，准确描述粉末颗粒的形状是一般说来，准确描述粉末颗粒的形状是很困难很困难的在测定和表示粉末粒度时，常常采用定和表示粉末粒度时，常常采用表形状因子表形状因子、、体积形状因子体积形状因子和和比形状因子比形状因子。
二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 105 对于任意形状的颗粒，其表面积和体积可以认为与某一对于任意形状的颗粒，其表面积和体积可以认为与某一相当的直径的平方和立方成正比，而相当的直径的平方和立方成正比，而比例系数则与选择的直比例系数则与选择的直径有关径有关形状愈复杂，则比形状因子就愈大（表形状愈复杂，则比形状因子就愈大（表2-3）颗粒的形状对粉末的流动性、松装密度以及压制和烧结均有影粒的形状对粉末的流动性、松装密度以及压制和烧结均有影响 表表2-3 某些金属粉末的形状因子某些金属粉末的形状因子 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 106¡延伸度延伸度: 对于任意形状的颗粒，取其最大尺寸作为长度l(图2－5），从垂直于最稳定平面的方向观察到颗粒的最大投影面上两切线间的最短距离作为宽度b，而与最稳定平面垂直的尺寸作为厚度t，则延伸度定义为n=l/b¡延伸度越大，说明颗粒越细长，如针状、纤维状粉末；而对称性越高的粉末，延伸度越小延伸度显然不能小于1 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 107 ¡扁扁平平度度:片状粉末用延伸度显然不能描述颗粒厚度方向的不对称性，因而又定义扁平度m=b/t。
此值越大，说明颗粒越扁 ¡齐齐格格指指数数：：（Zigg）指数 定义为延伸度/扁平度＝l/b/b/t=lt/b2，其值偏离1越大，表示颗粒形状对称性越小 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 108¡球形度：球形度：与颗粒相同体积的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积之比称为球形度它不仅表征了颗粒的对称性，而且与颗粒的表面粗糙程度有关一般情况下，球形度均远小于1¡圆形度圆形度：：与颗粒具有相等投影面积的圆的周长对颗粒投影像的实际周长之比称为圆形度 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 109¡粗糙度：粗糙度：（皱度系数）球形度的倒数称粗糙度¡颗粒表面有凹陷、缝隙和台阶等缺陷均使颗粒的实际表面积增大，这时皱度系数值也将增大¡确定粗糙度最精密的办法是用吸附法准确测定颗粒的比表面 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 110 粉末的理论密度不能代表粉末的真实密度，因为粉末总是有孔的，与颗粒外表面连同的孔叫开孔或半开孔（一端连同），颗粒内不与外表面连同的潜孔叫闭孔，计算粉末密度时是否计入孔隙体积会有不同的值 a.真密度：粉末质量与除去开孔和闭孔体积的粉末体积的比值，是材料的理论密度；b.假密度（有效密度）：粉末质量与包括闭孔在内的粉末体积的比值，假设没有开孔；c.表观密度：粉末质量与包括开孔和闭孔在内的粉末体积的比值，是粉末的真实密度，如松装密度、震实密度。
2)颗粒密度颗粒密度 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 111有效密度的测量：有效密度的测量：干燥后的粉末装入规定容积V 的比重瓶，约占瓶容积的1/3~1/2，连瓶一起称重然后加入液体盖过粉末试样，通过真空除气使润湿液体充满比重瓶，再次称重计算公式计算公式：式中m1——比重瓶质量； m2——比重瓶加粉末试样质量；m3——比重瓶加粉末试样和充满液体后的质量；Ρ——液体密度图2-9比重瓶 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 112(3)显微硬度显微硬度¡一般地, 粉末强度愈高,硬度愈高, 混合粉末的强度比合金粉末的硬度低, 合金化可以使得金属强化, 硬度随之提高；¡不同方法生产同一种金属的粉末，显微硬度是不同粉末纯度越高，则硬度越低，粉末退火降低加工硬化、减少氧、碳等杂质含量后，硬度降低 颗粒的显微硬度测量，采用普遍的显微硬度计测量金刚石角锥压头的压痕对角线长，经计算得到的粉末试样与树脂粉混匀，在100－200Mpa下，加热至140℃固化获得） 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 1131.3.3工艺性能工艺性能 金属粉末的工艺性能包括松装密度、振实密度、金属粉末的工艺性能包括松装密度、振实密度、流动性、压缩性和成形性。
工艺性能主要取决于粉末流动性、压缩性和成形性工艺性能主要取决于粉末的生产方法和粉末的处理工艺（球磨、退火、加润滑的生产方法和粉末的处理工艺（球磨、退火、加润滑剂、制粒等）剂、制粒等）(1)金属粉末的松装密度和振实密度的测定金属粉末的松装密度和振实密度的测定1)松装密度松装密度 松装密度是粉末试样自然地充满规定的容器时，松装密度是粉末试样自然地充满规定的容器时，单位容积的粉末质量松装密度可用漏斗法、斯柯特单位容积的粉末质量松装密度可用漏斗法、斯柯特容量计法或震动漏斗法来测定容量计法或震动漏斗法来测定 漏斗法是用图漏斗法是用图2-13所示的标准漏斗来测定金属所示的标准漏斗来测定金属粉末松装密度的本法仅适用于能自由流过孔径为粉末松装密度的本法仅适用于能自由流过孔径为2.5mm或或5mm标准漏斗的粉末标准漏斗的粉末 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 114 测量方法测量方法：用手指堵住标准漏斗小孔，将粉末倒入其中，量杯容积为25±0.05cm3，粉末自由通过漏斗的小孔流入量杯中，充满量杯后刮平，按公式计算松装密度： 式中m——粉末试样质量；V——量杯容积（ 25cm3）。
测量装置：霍尔流量计 小孔孔径：2.5mm或5mm 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 115图2-9霍尔流量计图2-9松装密度测量装置适用于不能自由通过5mm漏斗孔径和用震动漏斗法易改变特性的粉末 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 116图2-9震动漏斗装置示意图1—漏斗；2—滑块；3—定位块；4—量杯；5—杯座；6—调节螺钉；7—底座；8—开关；9—震动器支架；10—震动调节钮；11—震动器震动漏斗适用于不能自由流过5mm漏斗孔的金属粉末 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 1172)振实密度振实密度 振实密度指将粉末装入振动容器中，在规定条件下经过振实后所测得的粉末密度振实密度比松装密度高20~50% 测量方法测量方法：将定量粉末装入振动容器中，在规定条件下进行振动，直到粉末体积不能再小，测得粉末的振实体积，然后计算振实密度 式中m——粉末质量；V——粉末的振实体积 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 118图2-3振实密度测量装置示意图1—量筒；2—量筒支座；3—定向滑杆；4—轴套；5—凸轮；6—砧板 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 1193)影响松装密度和振实密度的因素影响松装密度和振实密度的因素 松装密度是粉末自然堆积的密度，因而取决于颗粒间的松装密度是粉末自然堆积的密度，因而取决于颗粒间的粘附力、相对滑动的阻力以及粉末体孔隙被小颗粒填充的程粘附力、相对滑动的阻力以及粉末体孔隙被小颗粒填充的程度、粉末体的密度、颗粒形状、颗粒密度和表面状态、粉末度、粉末体的密度、颗粒形状、颗粒密度和表面状态、粉末的粒度和粒度组成等因素。
的粒度和粒度组成等因素 a粉末颗粒形状愈规则，其松装密度就愈大；颗粒表面愈光粉末颗粒形状愈规则，其松装密度就愈大；颗粒表面愈光滑，松装密度也愈大滑，松装密度也愈大表表2-8为粒度大小和粒度组成大致相为粒度大小和粒度组成大致相同的三种铜粉，由于形状不同表现出密度和孔隙度的差异同的三种铜粉，由于形状不同表现出密度和孔隙度的差异 表表2-8 三种颗粒形状不同的铜粉密度三种颗粒形状不同的铜粉密度 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 120 b粉末颗粒愈粗大，其松装密度就愈大粉末颗粒愈粗大，其松装密度就愈大表表2-9表示粉末粒表示粉末粒度对松装密度的影响细粉末形成拱桥和互相粘结防碍了颗度对松装密度的影响细粉末形成拱桥和互相粘结防碍了颗粒相互移动，故粉末的松装密度减少粒相互移动，故粉末的松装密度减少 表表2-9 钨粉的粒度对松装密度的影响钨粉的粒度对松装密度的影响 c粉末颗粒愈致密，松装密度就愈大。
表面氧化物的生成提粉末颗粒愈致密，松装密度就愈大表面氧化物的生成提高了粉末的松装密度高了粉末的松装密度 d粉末粒度范围窄的粗细粉末，松装密度都较低当粗细粉末粒度范围窄的粗细粉末，松装密度都较低当粗细粉末按一定比例混合均匀后，可获得最大松装密度粉末按一定比例混合均匀后，可获得最大松装密度 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 121 (2)流动性流动性 粉末的流动性指50g粉末从标准流速漏斗流出所需的时间，单位为s/50g，其倒数是单位时间流出粉末的质量，称为流速 测量方法测量方法：先用手堵住漏斗底部小孔，把称量好的50g粉末倒入漏斗中，拿开手指粉末开始流出时计时，漏斗中粉末一流完，停止计时，记录全部粉末流完的时间连续测三次取其算术平均值即为粉末的流动性¡另外还可采用粉末自然堆积角试验测定流动性 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 122影响因素: 颗粒间的摩擦 ¡形状复杂，表面粗糙，流动性差;¡理论密度增加，比重大，流动性增加¡粒度组成，细粉增加 ,流动性变差;¡如果粉末的相对密度不变，颗粒密度越高，流动性越好；¡颗粒密度不变，相对密度的增大会使流动性提高; 如 Al粉，尽管相对密度较大，但由于颗粒密度小，流动性仍比较差; ¡同松装密度一样流动性受颗粒间粘附作用的影响，因此，颗粒表面吸附水分、气体, 加入成形剂减低粉末的流动性; 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 123意义¡粉末流动性影响压制过程自动装粉和压件密度的均匀性，自动压制工艺中必须考虑的重要工艺性能---制粒工序, 改善流动性; 124 (3)压缩性压缩性 压缩性指粉末在规定的压制条件下被压紧的能力；用规定的单位压力下粉末所能达到的坯块密度表示，即： 样品压模样品压模：硬质合金 样品尺寸样品尺寸： 的矩形或φ1″的圆棒 润滑方法润滑方法： a.模壁润滑:用润滑剂擦涂模腔、上下模冲，或将润滑剂注满模腔，再立即倒出，挥发后在模腔表面留下一层均匀的润滑剂薄膜； b.粉末润滑：将润滑剂与粉末混合均匀后压制。
压缩性测定压缩性测定：将粉末装入标准的封闭模具中，采用单轴双向压制，测量坯块尺寸并称其重量，即可计算出坯块密度 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 125意义: 压坯的密度大大影响最终烧结制品的密度影响因素影响因素: a 加工硬化，压缩性能差； b 粉末形状不规则，压缩性能差； c 密度减少时（空隙增加）压缩性差 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 126 (4)成形性成形性 成形性指粉末压制后，坯块保持原有形状的能力用坯块横向断裂强度表示 样品尺寸样品尺寸： 成形性测定：成形性测定：将压制好的样品在特定条件下作横向弯曲试验，样品断裂时施加的力对应的强度，可根据公式计算： 式中S——坯块强度； P——断裂所需的力； L——夹具跨度； t——试样厚度；w——试样宽度 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 127意义: 压坯加工能力，加工形状复杂零件的可能性影响因素影响因素: a 粉末形状不规则，颗粒间连接力强, 成型性好； b 细小颗粒，成型性好； 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 1282. 粉末的粒度及其测定粉末的粒度及其测定 粉末的粒度和粒度组成对金属粉末的加工性能有重大影响，在很大程度上，它们决定着最终粉末冶金材料和制品的性能。
粉末的粒度和粒度的组成主要与粉末的制取方法和工艺有关机械粉碎粉末一般较粗，气相沉积粉末极细，而还原粉末和电解粉末则可以通过还原温度或电流密度，在较宽的范围的范围内变化2.1粒度和粒度组成粒度和粒度组成 ¡以mm或μm的表示的颗粒的大小，简称粒径或粒度¡ 由于组成粉末的无数颗粒一般粒径不同，故又用具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量表示粉末的粒度组成，又称粒度分布 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 129¡严格讲，粒度仅指单颗粒而言，而粒度组成则指整个粉末体，但是通常说的粉末粒度包含有粉末平均粒度的意义，也就是粉末的某种统计性平均粒径¡粉末冶金用金属粉末的粒度范围很广，大致为500μm至0.1μm，可以按平均粒度划分为若干级别生产机械零件的粉末，大都在150目（104μm）以下，并有50%比325目（43μm）还细； 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 130¡硬质合金用钨粉则更细得多，靠近粒级的下限，所以W粉或WC粉的粒级划分要比表中的级别更窄，一般为20～0.5μm；但是生产过滤器的青铜粉就偏向用粗粒级的粉末 级 别 平均粒径范围，μm 级 别平均粒径范围，μm 粗粉 150～500 极细粉0.5～10 中粉40～150 超细粉＜0.1 细粉10～40 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 1312.1.1粒径基准粒径基准 多数粉末颗粒由于形状不对称，仅用一维几何尺多数粉末颗粒由于形状不对称，仅用一维几何尺寸不能精确地表示颗粒地真实大小，可用长、宽、高寸不能精确地表示颗粒地真实大小，可用长、宽、高三维尺寸地某种平均值来度量，这称为几何学粒度径。
三维尺寸地某种平均值来度量，这称为几何学粒度径由于度量颗粒地几何尺寸非常麻烦，计算几何学平均由于度量颗粒地几何尺寸非常麻烦，计算几何学平均粒径比较繁琐，因此又有通过测定粉末地沉降速度、粒径比较繁琐，因此又有通过测定粉末地沉降速度、比表面、光波衍射和散射等性质，而用当量或名义直比表面、光波衍射和散射等性质，而用当量或名义直径表示粒度的方法可以采用四种粒径作为基准径表示粒度的方法可以采用四种粒径作为基准 （（1））几何学粒径几何学粒径dg：用显微镜投影几何学原理：用显微镜投影几何学原理测得的粒径称为投影径一般要根据与颗粒最稳定平测得的粒径称为投影径一般要根据与颗粒最稳定平面垂直方法投影所测得的投影像来测量，然后取各种面垂直方法投影所测得的投影像来测量，然后取各种几何学平均径；还可根据与颗粒最大投影面积几何学平均径；还可根据与颗粒最大投影面积f与颗与颗粒体积粒体积v相同的矩形、正方形或圆、球的边长或直径相同的矩形、正方形或圆、球的边长或直径来确定颗粒的平均粒径，称名义粒径来确定颗粒的平均粒径，称名义粒径 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 132 Part 2Part 2Part 2Part 2：：：：粉末性能表征粉末性能表征1）二轴平均径 ； 2）三轴平均径 ；3）加和（调和）平均径 ；4）几何平均径 ；5）体积平均径 。
133 颗粒最大投影面积（f）或颗粒体积（V）相同的矩形、正方体或圆、球的边长或直径确定颗粒的平均粒径，称名义粒径： Part 2Part 2Part 2Part 2：：：：粉末性能表征粉末性能表征1）外接矩形名义径 ；2）圆名义径 ；3）正方形名义径 ；4）圆柱体名义径 ；5）立方体名义径 ；6）球体名义径 134 （（2））当量粒径当量粒径de：用沉降法、离心法或水利学方法（风筛法，：用沉降法、离心法或水利学方法（风筛法，水筛法）测得的粉末粒度称为当量粒径当量粒径中有一种斯托克水筛法）测得的粉末粒度称为当量粒径当量粒径中有一种斯托克斯径，其物理意义是与被测粉末具有相同沉降速度且服从斯托克斯斯径，其物理意义是与被测粉末具有相同沉降速度且服从斯托克斯定律的同质球形粒子的直径由于粉末的实际沉降速度还受颗粒形定律的同质球形粒子的直径由于粉末的实际沉降速度还受颗粒形状和表面状态的影响，故形状复杂、表面粗糙的粉末，斯托克斯径状和表面状态的影响，故形状复杂、表面粗糙的粉末，斯托克斯径总比按体积计算的几何学名义径小总比按体积计算的几何学名义径小 （（3））比表面粒径比表面粒径dsp ：利用吸附法、透过法和润湿热法测定粉：利用吸附法、透过法和润湿热法测定粉末的比表面，再换算成具有相同比表面值的均匀球形颗粒的直径表末的比表面，再换算成具有相同比表面值的均匀球形颗粒的直径表示，称为比表面粒径。
因此，由比表面相同、大小相等的均匀小球示，称为比表面粒径因此，由比表面相同、大小相等的均匀小球直径可以求得粉末的比表面粒径直径可以求得粉末的比表面粒径 （（4））衍射粒径衍射粒径dsc：对于粒度接近电磁波波长的粉末，基于光：对于粒度接近电磁波波长的粉末，基于光和电磁波（如和电磁波（如X线等）的衍射现象所测得的粒径称为衍射粒径线等）的衍射现象所测得的粒径称为衍射粒径X线小角度衍射法测定极细粉末的粒度就属于这一类线小角度衍射法测定极细粉末的粒度就属于这一类 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 1352.1.2粒度分布基准粒度分布基准 粉末粒度组成为各种粒径的颗粒在全体粉末总数量粉末粒度组成为各种粒径的颗粒在全体粉末总数量中所占的百分数，可用某种统计分布曲线或统计分布函中所占的百分数，可用某种统计分布曲线或统计分布函数来描述粒度的统计分布可以选择四种不同的基准数来描述粒度的统计分布可以选择四种不同的基准 （（1）个数基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒数占）个数基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒数占全部颗粒总数中的个数表示，又称为频度分布。
全部颗粒总数中的个数表示，又称为频度分布 （（2）长度基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总长）长度基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和的多少表示度占全部颗粒的长度总和的多少表示 （（3）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总表）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的总表面积和中的多少表示面积占全部颗粒的总表面积和中的多少表示 （（4）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总质）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总质量占全部颗粒的质量总和中的多少表示量占全部颗粒的质量总和中的多少表示 四种基准之间虽存在一定的换算关系，但实际应用四种基准之间虽存在一定的换算关系，但实际应用的是频率分布和质量分布的是频率分布和质量分布 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 136¡相对频度相对频度; ; 单位尺寸(微米)上的频度数 relative frequency例如：１０－１５微米总颗粒数占总颗粒数的３０％，即具有１０－１５微米粉末颗粒的频度值为３０％，相对频度应该是：＝３０％／（１５－１０）微米 ＝６％微米¡粒度分布曲线粒度分布曲线以颗粒数或颗粒频度对平均粒径所作的粒度分布曲线成为频度分布曲线，曲线峰值所对应的粒径称为多数径． 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 1372.1.3粒度分布函数粒度分布函数 粒度分布函数若用数学式表达，就称为分布函数。
黑赤－乔特由粒度分布函数若用数学式表达，就称为分布函数黑赤－乔特由正态几率分布函数导出计算粉末中具有粒径正态几率分布函数导出计算粉末中具有粒径d的颗粒频度的颗粒频度n的公式：的公式： 按正态分布函数作出频度分布曲线是以算术平均值为均值的，这按正态分布函数作出频度分布曲线是以算术平均值为均值的，这时算术平均值与多数径和累积分布曲线中的中位径是一致的，是一种时算术平均值与多数径和累积分布曲线中的中位径是一致的，是一种最理想的分布曲线而用各种粉末实测的粒度分布曲线常比正态分布最理想的分布曲线而用各种粉末实测的粒度分布曲线常比正态分布曲线复杂得多（图曲线复杂得多（图2-3） 图图2-3 粒度分布曲线的几种类型粒度分布曲线的几种类型 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 138 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定(a)原始粉末原始粉末(b)球磨球磨50h后的粉末后的粉末 1392.1.4平均粒度平均粒度 粉末粒度组成的表示比较麻烦，应用也不大方便，许多情粉末粒度组成的表示比较麻烦，应用也不大方便，许多情况下只需要知道粉末的平均粒度即可。
计算平均粒度的公式如况下只需要知道粉末的平均粒度即可计算平均粒度的公式如表表2-4所示公式中的粒径可以按前述四种基准中的任一种统所示公式中的粒径可以按前述四种基准中的任一种统计 表表2-4 粉末统计平均粒径的计算公式粉末统计平均粒径的计算公式 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 140用显微镜法测得颗粒数百分含量，按算术平均径计算时：¡fi和di分别为表2-10中的个数百分数和平均粒径以体积或质量百分数表示粒度组成，如筛分析、沉降分析等，实际上是按质量平均径计算平均粒度 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 141比表面平均径是吸附法和透过法用以表示粒度的形式，它实质上就是表中的体面积平均径克比表面， 所以各种平均粒径之间遵循不等式：最大值与最小值可相差三倍以上 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 142 例: 0-20微米 20-40微米 40-60微米 200个 700个 100个 N=1000个 算术平均径 da=(10x200+30x700+50x100)/1000 =28微米 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 143作业，数据如下作业，数据如下0～5μm 5～10μm 10～15μm 15～20μm3737497220～25μm 25～30μm 30～35μm 35～40μm1081641219340～45μm 45～50μm ＞50μm624019做粒度分布曲线，确立中位径，计算平均粒径。
二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 144级别粒级平均粒径颗粒数个数百分数累积百分数12345678910110～5μm 5～10μm10～15μm15～20μm20～25μm25～30μm 30～35μm35～40μm40～45μm45～50μm＞50μm2.5μm7.5μm12.5μm17.5μm22.5μm27.5μm32.5μm37.5μm42.5μm47.5μm50μm37374972108164121936240194.64.66.18.913.520.415.111.67.74.92.44.69.215.324.237.758.173.284.892.697.6100 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定算术平均径 da=2.5x4.6+7.5x4.6+12.5x6.1+…………+50x2.4 =27.5微米 145 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 146粒径基准方法名称测量范围，μm 粒度分布基准几何学粒径筛分析光学显微镜电子显微镜＞＞40500～～0.210～～0.01质量分布个数分布 同上 当量粒径重力沉降离心沉降50～～1.010～～0.05 质量分布同上比表面粒径气体吸附气体透过20～～0.00150～～0.2比表面积平均径同上 光衍射粒径光衍射X光衍射10～～0.001 0.05～～0.0001 体积分布体积分布 2.2粉末粒度的测定原理粉末粒度的测定原理 粉末粒度的测定是粉末冶金生产中检验粉末质量，以及调节粉末粒度的测定是粉末冶金生产中检验粉末质量，以及调节和控制工艺过程的重要依据。
测定粉末粒度的方法很多表和控制工艺过程的重要依据测定粉末粒度的方法很多表2-5为常用的一些测量粒度的方法及其应用的范围为常用的一些测量粒度的方法及其应用的范围 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 147a.筛分析法 粉末借助筛网的振动通过网孔，用筛网的孔定义粒度，如是针状颗粒，直径比网孔小，按长度可通过的网孔计算粒度 筛分设备：震筛机、试验筛 筛网目数： 其中a——网孔尺寸；b——丝径 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 148b.显微镜法显微镜法 光学显微镜的分辨能力，在理想情况下可达到光学显微镜的分辨能力，在理想情况下可达到0.2μm，它，它和光源的波长，透镜的数值孔径有关但在实际应用中，光和光源的波长，透镜的数值孔径有关但在实际应用中，光学显微镜的粒度测量范围是学显微镜的粒度测量范围是0.8~150μm，再小的粉末粒度再小的粉末粒度唯有电子显微镜等方法才能观察和测定唯有电子显微镜等方法才能观察和测定 由于反射光工作的光学显微镜仅能测量粒度大于由于反射光工作的光学显微镜仅能测量粒度大于5μm颗颗粒物质，因此粒度分析一般采用透射光工作的显微镜。
粒物质，因此粒度分析一般采用透射光工作的显微镜 为了计算颗粒的大小，在显微镜目镜上配有显微刻度尺为了计算颗粒的大小，在显微镜目镜上配有显微刻度尺常用于分析的显微刻度尺有三种：（常用于分析的显微刻度尺有三种：（1）带十字线的直线刻度）带十字线的直线刻度尺；（尺；（2）网络显微刻度尺；（）网络显微刻度尺；（3）花样显微刻度尺三种使）花样显微刻度尺三种使用时事先都应校准用时事先都应校准 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 149 用透射显微镜测定时，一般采用玻璃片制样此时，分散介用透射显微镜测定时，一般采用玻璃片制样此时，分散介质的选择是重要的，对分散介质的要求：质的选择是重要的，对分散介质的要求：（（1）分散介质与所）分散介质与所测粉末颗粒不起化学反应；（测粉末颗粒不起化学反应；（2）分散介质挥发的蒸气对显微）分散介质挥发的蒸气对显微镜镜头没有腐蚀作用；（镜镜头没有腐蚀作用；（3）分散介质应是无色透明并能较好）分散介质应是无色透明并能较好地湿润所测颗粒；（地湿润所测颗粒；（4）分散介质对人体健康没有危害分散介质对人体健康没有危害。
显微镜法测量的是颗粒的表现粒度，即颗粒的投影尺寸显微镜法测量的是颗粒的表现粒度，即颗粒的投影尺寸对称性好的球形颗粒（如雾化粉）或立方体颗粒可直接按直径对称性好的球形颗粒（如雾化粉）或立方体颗粒可直接按直径或长度计算但对于非球形的不规则颗粒，不能用直接计算的或长度计算但对于非球形的不规则颗粒，不能用直接计算的方法，必须考虑到不同的表示方法方法，必须考虑到不同的表示方法 实际上，粒度测量应用垂直投影法比较简单比垂直投影实际上，粒度测量应用垂直投影法比较简单比垂直投影法更简单的是线切割法法更简单的是线切割法 显微镜法最大的缺点是操作繁琐且费力显微镜法最大的缺点是操作繁琐且费力 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 150 c. c.沉降分析法沉降分析法 通过测量粉末颗粒在某一分散介质中的沉降速度来定义粒度球形和不规则形粉末具有相同的沉降速度，实际上测的是平均粒度 式中：v——沉降速度；d ——粉末颗粒直径； ρ——粉末密度；ρF ——介质密度； η——介质粘度。
二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 151沉降法分析一个球形粉末粒度，设颗粒直径为8微米，如果粉末分散在设定100mm高的水柱中，求粉末沉降的速度： v=h/t=gd2(ρρ1 1-ρρ2)/(18η) 这里，H=height=0.1m g=地球引力常数=9.8m/s2 d=颗粒直径=8×10-6m ρ ρ1 1=Ni粉密度=8.9×103kg/m3 ρ ρ2 =水密度=103kg/m3 η=水的粘度=10-3kg/m/s 算出的速度为2.8×10-4m/s，对于设定高度为0.1米, 相应的时间是约360s或6分钟,雷诺系数为2.2×10-3 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 152 d.沉降天平法 天平一端的金属吊盘吊在装满粉末悬浮液的玻璃沉降管中，同一粒径的粉末从距离沉降盘为H的液面自由降落，经过t1时间后，所有颗粒同时到达盘上，根据沉降公式可计算出粒径 式中h——经过时间t后颗粒运动距离图2-5沉降天平原理图图2-6一齐沉降法 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 153 e.比浊仪比浊仪 测量速度快，可测最细粒度0.1μm，避免了天平法沉降盘的震动缺点。
图2-6比浊仪结构示意图 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 154图2-6比浊仪测量粒度系统图 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 155比浊仪测量原理比浊仪测量原理：图为三种颗粒相继沉降的四种状态，x为光透过的水准面距液面的深度，透射光强度增强为I 经过时间t1后，状态a变到b，假设D1颗粒全部沉降到高度x以下，透射光强度从Ia变为Ib，经过时间t2后，D2颗粒全部沉降到x以下，透射光强度增强为Ic，经过时间t3后，三种颗粒全部沉降到x以下，透射光强度为I0根据下列公式可计算粒度式中I ——透过分散介质的光强度； Ia、 Ib、 Ic——透过悬浮液状态a、b、c时的光强度；q——与颗粒的消光系数、形状因子和仪器常数有光的因子 图2-6比浊仪测量粒度原理图 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 156f.X f.X 光比浊仪光比浊仪 采用X 光作为入射光源，可测0.1~1μm细颗粒，避免了细颗粒组分的散射效应，并可测得悬浮液的颗粒浓度测量原理测量原理：设有一矩形沉降槽，其中悬浮液的颗粒浓度开始各处均匀，记作（x,0），经过沉降时间t，在沉降高度x处，悬浮液的颗粒浓度变为（x, t），粒度小于Dt的颗粒累积质量百分数为： 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 157 5.2.4淘析法淘析法 颗粒在流动介质（气体或液体）中发生非自然沉降而分级。
气体陶析即风选，液体陶析称为水力分级 陶析原理陶析原理：流体逆着粉末向上运动，粉末按颗粒沉降速度大于或小于流体线速度而彼此分开图2-7 水平分级器原理 1586. 粉末的比表面及其测定粉末的比表面及其测定 单位质量粉末的表面积，即1kg或1g粉末所具有的总表面积 不同形状粉末比表面积不同，相同（平均）直径的粉末分两类计算： a.球形粉末：b.不规则形粉末：c.已知粉末粒度分布:式中σ—— 形状因子； d1、d2 ……——粒度； W1、W2……——与d对应的质量百分数； Y1——比最小粒度d1还小的颗粒累积质量百分数； σ0——比最小粒度d1还小的粉末的比表面 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 159 a.气体吸附法（气体吸附法（BET） 利用气体在固体表面的物理吸附测定物质的比表面吸附原理吸附原理：测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积，再由气体分子的横截面积计算1g物质的总表面积，即得壳比表面 气体吸附法测得的比表面既包括外表面，也包括内部孔隙表面 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 160图2-10BET装置原理1、2、3—玻璃阀；4—水银压力计；5—试样管；6—低温瓶（液氮）；7—温度计；8—恒温水套；9—量气球；10—汞瓶 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 161b.透过法 液体透过法：适用于粗粉末或孔隙较大的多孔性固体； 气体透过法：通过测量气体透过粉末层（床）的透过率计算粉末比表面和平均粒度。
气体透过法测的是粉末的外表面，不包括内部孔隙的表面，是测定粉末的重要工业方法 透过率：在给定时间和压力下，透过一定截面和厚度粉末床的气体体积比表面计算公式：式中△P——在厚度为的粉末床两端的压力差；g——重力加速度； A——粉末层横截面积；θ——孔隙度；Kc——柯青常数； Q0——单位时间通过的流量；L——粉末床厚度；η——流体粘度 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 162 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定 。