粉末冶金工艺及设备

1、粉末冶金工艺及设备实验指导书班级： 姓名： 学号： 南京农业大学工学院机械工程系机械制造教研室编2011年10月3粉磨粒度测试、烧结和性能测试一、实验目的实验目的是为了培养学生采用粉未冶金工艺制备特种陶瓷和掏瓷金属复合材料的基本实验技能、学习相关的工艺知识，加深感性认识，为进一步的理论学习打下扎实的基础。同时也培养学生对该领域的兴趣，使学生学到一定的从事科学研究工作的方法。 二、实验原理1粉未粒度与粒度分布粒度是指用适当的方法测得的单个粉末颗粒的线性尺寸。由于组成粉末的无数颗粒大小不一，因此用不同大小的颗粒占全部粉末颗粒的百分含量表征粉末颗粒大小的分布状况，称为粒度分布或粒度组成。粒度，特别是

2、粒度分布，取决于测量方法，例如显微镜观察、筛分、沉降分析等等。 粒度球形粉末的粒度由其直径定义，但除球形粉未之外多数情况下粒度是不容易定义和测量的。一种常用的方法是将所有粉未假定为球形。在这一简单的假设前提下，可以将不规则粉末粒度定义为一维尺寸，即颗粒表面二点之间的平均距离。由于一批粉末中颗粒大小有差别，因此通常所说的粒度包含粉末平均粒度的含义，也就是用粉末的某种统计平均粒度表征粉末。表1-1 测定平均粒度的方法及其意义类 型定 义意 义算术平均值代表一系列测量值的常见值几何平均值很好地代表对数正态分布的中值体积平均值其体积等于所有颗粒体积算术平均值的颗粒直径计算粒度的算术平均值是将一批颗粒的

3、直径累加并除以颗粒的总个数。表1-1汇总了算术平均值法和其他平均粒度的测定方法，并指出了各种方法的意义。需要那种方法取决于粒度的测量方法，即是否测量颗粒的体积或表面积。 粒度分布粉末的粒度分布常用各个粒度范围的质量百分数分布的图形表示。在这种方法中，将各个粒度范围的质量百分数表示为相应粒度的函数。金属粉末(例如铁粉和铜粉)的粒度分布范围相当宽，通常为10180m。在这种情况下，常常使用粒度的对数分布。对于较窄的粒度分布，例如1m到6m的难熔金属粉末，使用粒度的线性分布。将图中的各个点连接后，就得到粒度分布的曲线图。这种曲线可以有几种不同的形式。一种是单峰分布，曲线中只有一个峰，称为粒度峰值。粒

4、度峰值是颗粒出现最多或最可能存在的粒度值。粒度分布可以画成柱形图。在这种情况下，柱的宽度对应粒度范围，柱的高度表示此范围的质量分数频度。2筛分法筛分法是用一定大小筛孔的筛子将被测试样分成两部分：留在筛面上粒径较粗的不通过量(筛余量)和通过筛孔粒径较细的通过量(筛过量)。实际操作时，按被测试样的粒径大小及分布范围，一般选用5到6个不同大小筛孔的筛子叠放在一起。筛孔较大的放在上面，筛孔较小的放在下面。最上层筛子的顶部有盖，以防止筛分过程中试样的飞扬和损失，最下层筛子的底部有一容器，用于收集最后通过的细粉。被测试样由最上面的一个筛子加入，依次通过各个筛子后即可按粒径大小被分成着干个部分。按操作方法经

5、规定的筛分时间后，小心地取下各个筛子，仔细地称重并记录下各个筛子上的筛余量(未通过的物料量)，即可求得被测试样以重量计的颗粒粒径分布(频率分布和累积分布)。筛分法主要用于粒径较大颗粒的测量。对于金属粉末，选用的套筛系列如表1-2所示。对通过100目但留在150目筛网上的粉末的通常表示方法是“100+50目粉末”。表1-2 筛分金属粉末用的套筛 筛网目数网孔尺寸6025080180100150140106200752306332545在套筛中网孔最小的筛子是325目(44m)，将通过325目筛于的粉末称为亚筛析级粉末。对于球形粉末，网孔的大小与粉末颗粒的直径直接相关。但细长颗粒甚至当其长度大于网

6、孔大小时也可能通过筛网。当用筛分析测试这种细长颗粒粉末的粒度分布时必须考虑到这一点。 如果要描述粒度小于44m的粉末粒度分布，可以使用网孔细小的微孔筛。这种筛网是用光刻或电刻技术制成的，它们具有尺寸精确的网孔，通常网孔尺寸在540µm之间。这种筛网非常贵且易损坏，也不能使用振筛机，而只能使用真空型筛分机。3粉体模压成型理论粉体在室温模压成型过程中，粉体发生颗粒重新排列、颗粒破碎(指脆性粉末)、局部塑性变形和伴随的变形硬化(变形硬化仅指金属粉末)，这些变化均属于塑性变化的范畴(意指外加压力消失后，不能恢复原状)，除此之外，粉体和坯体还发生弹性变化。新的粉末成型理论综合了上述各种变形机制

7、，推导出新的粉体压制力程。4粉末烧结理论粉体材料通过烧结变成致密的块材的过程是一个使体系自由能降低的过程。粉体材料在烧结过程中通过扩散(包括晶格扩散、表面扩散、晶界扩散)、粘性流动、塑性流动，蒸发与凝聚等传质方式实现物质的转移，不断产生收缩，逐渐达到致密化。 三、实验设备和材料 1混粉用研钵六套，2天平一台， 3压片机一台， 4真空烧结炉一台，5千分尺两把，卡尺两把，6模具两套，7粉体原料适量，8甘油适量，9酒精适量四、实验内容与步骤1实验工艺流程如下：配方设计配料计算称粉混粉冷压成型测量压坯尺寸称量压坯重量真空无压烧结称量烧结体重量测量烧结体尺寸计算烧结体密度、孔隙度、收缩率。2关键工序的具

8、体步骤和注章事项(1) 混粉，干棍是把称量好的陶瓷粉料和金属粉料放入研钵中，研20分钟；湿混是把称量好的陶瓷粉料和金属粉料放入研钵中，再放入适量酒精，研20分钟，倒掉酒精，吹风干燥(2) 冷压成型.称取适量的重量待定)经过混粉的粉末 ；b.在阴，阳模的工作面涂上润滑剂(甘油50Vol+酒精(无水)50Vol %)； c.将粉末装入模具； d.加压：压力表的读数不超过4MPa(2个小格)，保压时间90秒；.脱模 ； f. 测量压坯尺寸； (3) 真空无压烧结 将压坯装入炉管 b开启真空系统(由指导老师操作) c当真空度达到9×10-2Pa时，开始升温升温速率严格按设备操作规程执行，当温度升至11001200（具体温度特定），保温30分钟，降温炉冷，炉温降至200以下时，关闭真空系统，取出试样(由指导老师操作) d升温之前必须打开冷却水，整个烧结过程中必须随时观察冷却水的运行情况，如发现忽然断水，必须马上切断炉子的电源，并用高位水箱的水冷却炉体。c称烧结体重量，测量尺寸。五、实验报告1压坯的重量 2压坯的体积 3压坯的密度及其影响因素 4烧结体的重量 5，烧结钵的体积6烧结体的密度、孔隙率、收缩率及其影响因素根据上述实验结