第2章 粉末的制取.ppt

从制备方法的原理可以分为三大类 机械制备物理制备化学制备 第二章粉末的制备 一 粉末的机械制备方法 机械制粉方法的实质就是利用动能来破坏材料的内部结合力 使材料分裂产生新的界面 分为研磨 锤捣 辊轧等机械研磨 球磨 研磨气流研磨 球磨法 四个基本要素球磨筒 磨球 研磨物料 研磨介质基本原理 球磨筒 传递机械能 磨球 球磨物料及介质 产生正向冲击力 侧向挤压力 摩擦力等 物料 细化 脆性粉末颗粒 大颗粒的不断破碎过程 塑性较强粉末 存在着磨削 变形 加工硬化 断裂和冷焊等行为 提高球磨效率的基本原则 1 动能准则 提高球磨的动能 2 碰撞几率准则 提高球磨的有效碰撞几率 球磨方式分类滚筒式球磨振动球磨搅拌球磨 不同球磨方式的运动特征 滚筒式球磨 a 低转速 b 适宜转速 c 临界转速滚筒式球磨研磨介质的运动形式 滚筒球磨的转速限定条件 V临1 V实际 V临2 振动球磨 工作原理 动画 振动球磨机结构示意图1 筒体 2一偏心轴 3一马达 4一弹簧 5一弹性联轴节 搅拌球磨 工作原理 动画 又称为高能球磨搅动球磨机结构示意图1 圆筒 2 冷却套 3 冷却剂入口 4 冷却剂出口 5 轴 6 7 8 水平搅拌转子 9 研磨体 气流研磨法 定义与基本要素 1 定义 不需磨球及其它研磨介质 而通过气体传输粉料的研磨方法 2 基本要素 研磨设备 气体 研磨物料 提高气流研磨效率的基本原则 动能原则 提高粉末颗粒的动能 碰撞几率准则 提高粉末颗粒的碰撞几率 单轨道式气流磨 动画 旋涡研磨 二 粉末的物理制备方法 雾化法物理蒸发冷凝法 物理气相沉积 PVD 法 雾化法 定义通过高压雾化介质强烈冲击液流 或通过离心力使之破碎 冷却来实现的一种典型物理制粉方法 基本原理过程一 大液珠 数个小液滴 过程二 破碎颗粒 一个较大液体颗粒过程三 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机械作用力雾化法特殊雾化法 多级雾化 固体雾化 双流雾化法 Double StreamAtomization 金属液流和雾化介质流类型气雾化 亚音速气流 超声 和水雾化 双流雾化制粉示意图 离心雾化法 CentrifugalAtomization 借助离心力的作用 将液态金属破碎为小液滴 然后凝固为固态粉末颗粒旋转电极法 旋转圆盘法 旋转水流法 旋转坩埚法等 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 1 漏包 2 电热体 3 金属液流 4 水流 5 环形喷射器 6 雾化室 7 进水管 8 进气管 3 旋转电极法 1974年 首先由美国提出 将雾化金属制成自耗阳极 阴极则采用钨电极 4 旋转坩埚法 又称旋转锭模法 5 其它离心雾化制粉方法 a 旋转轮 b 旋转杯 c 旋转网 机械作用力雾化法双辊 三辊 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 多级雾化装置原理图1 漏包 2 熔体 3 喷嘴 4 旋转盘 5 雾化锥 6 高压气流 7 冷却介质 固体雾化法高速气流中含有可除去的固体介质 即易清除的固体颗粒 食盐 同种金属粉末等 1 雾化室 2 水环 3 雾化器 4 输送管道 5 卸料阀 6 发送罐 7 空气压缩机 8 贮仓固体雾化实验装置示意图 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 电阻加热方式 等离子束加热方式 激光加热方式 电子束加热方式 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 高频感应加热蒸发 三 粉末的化学制备方法 液相沉淀法化学气相沉积法 CVD 还原反应法电解法 液相沉淀法 主要原理 在液相中采用各种水溶性化合物经混合 发生化学反应生成不溶于水的沉淀 将沉淀洗涤并热分解可形成超细粉 沉淀法可以分为直接沉淀法 均匀沉淀法和共沉淀法等 1直接沉淀法向盐溶液中直接加入沉淀剂进行反应得到细小沉淀物的方法 2均匀沉淀法依靠溶液内部缓慢均匀地生成沉淀剂而进行沉淀反应的方法 例如 尿素水解制备盐类 NH2 2CO十3H2O 2NH4OH 沉淀剂 十CO2 3共沉淀法在溶液中同时沉淀两种或两种以上金属离子得到均匀性好的复合氧化物的方法 例 在氨水溶液中制备氧化锆 氧化钇复合粉体 ZrOCl2十4NH4OH Zr OH 4 十2NH4Cl十2NH3十H2OYCl3十3NH4OH Y OH 3 十3NH4Cl CVD法 主要原理 利用挥发性化合物的蒸气通过分解或相互反应合成所需粉体的方法 1 分解沉积 CH3SiCl3 SiC 3HCl 2 反应沉积 TiCl4 CH4 TiC 4HCl 还原反应法 基本原理 MeO X 还原剂 Me 金属 XO方法 碳还原法 如 FeO C Fe CO 气体还原法 如 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 金属还原法 如 MeX Me Me X Me 式中 Me 还原剂 MeX 被还原的化合物 还原 化合法 如 MeO 2C MeC CO目前铁粉大部分由还原法生产 电解法是又一种制取金属粉末的方法 它的基本原理和电镀相同 Fe Ni Cr Cu Zn等的粉末 都可用电解法制造 电解铁粉与铜粉都是用电解金属盐的水溶液制造的 它们有时直接呈粉状析出 有时需将电解析出物进一步机械粉碎 以制成粉末 电解法 电解粉末纯度高 颗粒呈树枝状或针状 其压制性和烧结性都很好 但生产率低 成本高 纯铜粉大多是用该法制成 电解铁粉由于价格高 仅用于要求纯度高或制造高密度零件的场合 以铜粉制备为例 水溶液一般为硫酸铜和少许硫酸 阳极为铜板 在阳极 铜将失去电子变成离子进入溶液 OH 失去电子变成水和氧气 Cu Cu2 2e2OH 2e H2O O2 而在阴极 铜离子得到电子析出铜 氢离子得到电