【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一、粉末制備技術(shù) 熔鹽電解法可以制取鈦、鋯、鉭、鈮、釷、鈾、鈹?shù)燃兘饘俜勰?，也可制取如鉭－鈮等合金粉末，以及制取各種難熔化合物粉末。影響熔鹽電解過(guò)程和電流效率的主要因素有：電解質(zhì)成分、電解質(zhì)溫度、電流密度和極間距離等。圖 115為電解制鉭示意圖。 圖 115 電解制鉭示意圖71 一、粉末制備技術(shù)3. 本章 小結(jié) 綜上所述，制取粉末的方法使多種多樣的，并且在工程中應(yīng)用的所有金屬材料幾乎都可以加工成為粉末形態(tài)。 在選擇制取粉末方法時(shí)，應(yīng)該考慮到對(duì)粉末所提出的要求和遵循經(jīng)濟(jì)的原則。當(dāng)需要采用廉價(jià)的粉末作原料時(shí)，經(jīng)濟(jì)問(wèn)題便是先決條件；但是當(dāng)需要粉末具有嚴(yán)格的性能要求時(shí)，則也可選用昂貴的制粉方法。 表 15 金屬和合金粉末的推薦制取方法72 一、粉末制備技術(shù) 續(xù) 表 15 73 二、粉末的性能及其測(cè)定 u u u u u u u u u u 5. 粉末的粒度及其測(cè)定u u 74二、粉末的性能及其測(cè)定u 6. 粉末的比表面及其測(cè)定u u u 7. 金屬粉末工藝性能測(cè)試u u u 75 二、粉末的性能及其測(cè)定（ 1） 粉末體 固態(tài)物質(zhì)按分散程度不同可分為致密體、粉末體和膠體三類(lèi)，大小在 1mm以上的稱(chēng)為致密體或常說(shuō)的固體， 以下的稱(chēng)為膠體，而介與兩者之間的稱(chēng)為粉末體。 76 二、粉末的性能及其測(cè)定 粉末體簡(jiǎn)稱(chēng)粉末，是由大量顆粒及顆粒之間的空隙所構(gòu)成的集合體。粉末體內(nèi)顆粒之間有許多小孔隙而且聯(lián)結(jié)面很少，面上的原子之間不能形成強(qiáng)的健力。因此它不像致密體那樣具有固定形狀，而表現(xiàn)出與液體相似的流動(dòng)性。但由于相對(duì)移動(dòng)時(shí)有摩擦，故粉末的流動(dòng)性是有限的。77 二、粉末的性能及其測(cè)定（ 2） 粉末顆粒 粉末中能分開(kāi)并獨(dú)立存在的最小實(shí)體稱(chēng)為單顆粒。單顆粒如果以某種形式聚集就構(gòu)成所謂二次顆粒，其中的原始顆粒就稱(chēng)為一次顆粒。78 二、粉末的性能及其測(cè)定 顆粒的聚集狀態(tài)和聚集程度不同，粒度的含義和測(cè)試方法也就不同。粉末顆粒的聚集狀態(tài)和程度對(duì)粉末的工藝性能影響很大。從粉末的流動(dòng)性和松裝密度看，聚集顆粒相當(dāng)于一個(gè)大的單顆粒，流動(dòng)性和松裝密度均比細(xì)的單顆粒高，壓縮性也較好。而在燒結(jié)過(guò)程中，則一次顆粒的作用比二次顆粒顯得更重要。79 二、粉末的性能及其測(cè)定 (1)金屬及多數(shù)非金屬顆粒都是結(jié)晶體。 (2)制粉工藝對(duì)粉末顆粒的結(jié)晶構(gòu)造起著主要作用。一般說(shuō)來(lái)，粉末顆粒具有多晶結(jié)構(gòu)，而晶粒的大小取決于工藝特點(diǎn)和條件，對(duì)于極細(xì)粉末可能出現(xiàn)單晶顆粒。粉末顆粒實(shí)際構(gòu)造的復(fù)雜性還表現(xiàn)為晶體的嚴(yán)重不完整性，即存在許多結(jié)晶缺陷，如空隙、畸變、夾雜等。因此粉末總是貯存有較高的晶格畸變能，具有較高的活性。 80 (3)粉末顆粒的表面狀態(tài)十分復(fù)雜。一般粉末顆粒愈細(xì)，外表面愈發(fā)達(dá)；同時(shí)粉末顆粒的缺陷多，內(nèi)表面也就相當(dāng)大。粉末發(fā)達(dá)的表面貯藏著相當(dāng)高的表面能，因而超細(xì)粉末容易自發(fā)地聚集成二次顆粒，并且在空氣中極易氧化和自燃。 二、粉末的性能及其測(cè)定81 二、粉末的性能及其測(cè)定 粉末是顆粒與顆粒間的空隙所 組成的集合體。因此研究粉末體時(shí)應(yīng)分別研究單顆粒、粉末體和粉末體中空隙等的一切性質(zhì)。 單顆粒的性質(zhì)： （ 1）由粉末材料決定的性質(zhì)，如點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、理論密度、熔點(diǎn)、塑性、彈性、電磁性質(zhì)、化學(xué)成分等；（ 2）由粉末生產(chǎn)方法所決定的性質(zhì)，如粒度、顆粒形狀、密度、表面狀態(tài)、晶粒結(jié)構(gòu)、點(diǎn)陣缺陷、顆粒內(nèi)氣體含量、表面吸附的氣體與氧化物、活性等。 82 粉末體的性質(zhì)：除單顆粒的性質(zhì)、以外，還有平均粒度、粒度組成、比表面、松裝密度、振實(shí)密度、流動(dòng)性、顆粒間的摩擦狀態(tài)。 粉末的孔隙性質(zhì)：總孔隙體積、顆粒間的孔隙體積、顆粒內(nèi)孔隙體積、顆粒間孔隙數(shù)量、平均孔隙大小、孔隙大小的分布以及孔隙的形狀。 二、粉末的性能及其測(cè)定83 二、粉末的性能及其測(cè)定 在粉末的實(shí)踐應(yīng)用中 通常按 化學(xué)成分 、物理性能 和 工藝性能 來(lái)進(jìn)行劃分和測(cè)定粉末的性能。 化學(xué)成分主要是指粉末中 金屬的含量 和雜質(zhì)含量 。 物理性能包括顆粒形狀與結(jié)構(gòu)、粒度與粒度組成、比表面積、顆粒密度、顯微硬度，以及光學(xué)、電學(xué)、滋學(xué)和熱學(xué)等諸性質(zhì)。84 實(shí)際上，粉末的熔點(diǎn)、蒸氣壓、比熱容與同成分的致密材料差別很小，一些性質(zhì)與粉末冶金關(guān)系不大，因此本部分僅介紹顆粒形狀、粒度及粒度組成、比表面、顆較密度、粉末體密度及其測(cè)試的方法。 工藝性能包括 松裝密度、振實(shí)密度、流動(dòng)性、壓縮性和成形性。85 二、粉末的性能及其測(cè)定 由于粉末在 裝料、出料、運(yùn)輸 過(guò)程以及 貯存 時(shí)受到 震動(dòng) 等都可能造成 物料的分布不均勻 。因此，取樣要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 (GB5314— 85)進(jìn)行。如果粉末是裝在容器中的，則按表 21數(shù)目取樣。如果整批粉末是通過(guò)一個(gè)孔口連續(xù)流動(dòng)的，則取樣應(yīng)在全部出料時(shí)間內(nèi)，按一定的 時(shí)間間隔 進(jìn)行。 取樣數(shù)目取決于要求的精確度。至少應(yīng)取 三份試樣，一份在出料開(kāi)始后不久，一份在出料過(guò)程中，一份在出料結(jié)束前不久。8687 二、粉末的性能及其測(cè)定 如果是在連續(xù)流動(dòng)出料時(shí)取樣，則在垂直于粉流方向上，等速地用粉流截面的矩形取樣器貫穿粉末流即可。取出的粉末注入總樣容器內(nèi)。取樣器如圖 21所示。 總樣容器內(nèi)的試樣粉末，要分 成若干份，以隨后進(jìn)行測(cè)試之用。 可用分樣器進(jìn)行分樣。以達(dá)到測(cè)定 粉末性能所要求的粉重。 圖 21 插入式取樣器88 二、粉末的性能及其測(cè)定 金屬粉末的化學(xué)分析與常規(guī)的分析方法相同，首先測(cè)定主要成分的含量，然后測(cè)定其它成分包括雜質(zhì)的含量。 粉末的化學(xué)成分包括主要 金屬的含量 和 雜質(zhì)的含量 。 雜質(zhì)主要包括： (1)與主要金屬結(jié)合，形成因溶體或化臺(tái)物的金屬或非金屬成分、如還原鐵粉中的 硅、錳、碳、硫、磷、氧 等； (2)從原料和從粉末生產(chǎn)過(guò)程中帶入的機(jī)械夾雜，如二氧化硅、氧化鋁、硅酸鹽、難熔金屬碳化物等酸不溶物； 89 (3)粉末表面吸附的氧、水蒸氣和其它氣體 (氮、二氧化碳 )； (4)制粉工藝帶進(jìn)的雜質(zhì)，如水溶液電解粉末中的氫，氣體還原粉末中溶解的碳、氮和氫，羰基粉末中溶解的碳等。 金屬粉末的氧含量，除采用庫(kù)侖分析法測(cè)定全氧以外．還可根據(jù) GB4164— 84和 GB51E8—85的標(biāo)準(zhǔn)分別測(cè)定金屬粉末中可被氫還原的氧含量。 二、粉末的性能及其測(cè)定90 二、粉末的性能及其測(cè)定 菲水滴定法 是將含有金屬氧化物的金屬粉末試祥置于純凈、干燥的氫氣流中加熱，金屬氧化物與氫反應(yīng)生成水，然后用試劑滴定出水的含量，從而確定氧的含量。 氫損測(cè)定 是把金屬粉末的試祥在純氫氣流中燃燒足夠長(zhǎng)的時(shí)間 (如鐵粉為 1000l050℃ ，1h，銅粉為 875℃ ， )，粉末中的氧被還原生成水蒸氣，某些元素 (碳、硫 )與氫生成揮發(fā)性化合物，與揮發(fā)性金屬 (鋅、鎘、鉛 )一同排出，測(cè)得試樣粉末的質(zhì)量損失稱(chēng)為氫損。91氫損按下式計(jì)算：式中 A為粉末試樣加燒舟的質(zhì)量 B為氫中煅燒后殘留物加燒舟的質(zhì)量 C為燒舟的質(zhì)量 氫損法被認(rèn)為是對(duì)金屬粉末中可被氫還原的氧化物的氧含量的估計(jì)，若粉末中有在分析條件下不被氫所還原的氧化物（如二氧化硅，氧化鈣等），則測(cè)定的氧值將低于實(shí)際氧含量。 二、粉末的性能及其測(cè)定92 金屬粉末的雜質(zhì)測(cè)定方法還可采用 酸不溶物 法。粉末試樣用某種無(wú)機(jī)酸 (銅用硝酸，鐵用鹽酸 )溶解。將不溶物沉淀并過(guò)濾，在 980℃ 下煅燒 lh后稱(chēng)重，再按下式計(jì)算酸不溶物含量，例如測(cè)定鐵粉時(shí)：式中 A為鹽酸不溶物的質(zhì)量 B為粉末試樣的質(zhì)量 二、粉末的性能及其測(cè)定93 二、粉末的性能及其測(cè)定 顆粒的形狀是指粉末顆粒的 幾何形狀 。任何不同顆粒的幾何形狀不可能完全相同，因此可以籠統(tǒng)地劃分為 規(guī)則形狀 和 不規(guī)則形狀 兩大類(lèi)。 規(guī)則形狀的顆粒外形可近似地用某種幾何形狀地名稱(chēng)描述，它們與粉末生產(chǎn)方法密切相關(guān)。94 表 22描述了顆粒形狀和生產(chǎn)方法之間的關(guān)系。粉末顆粒外形如圖 22所示。 表 22 顆粒形狀與粉末生產(chǎn)方法的關(guān)系 二、粉末的性能及其測(cè)定95 二、粉末的性能及其測(cè)定 圖 22 粉末顆粒形狀 一般說(shuō)來(lái)，準(zhǔn)確描述粉末顆粒的形狀是很困難的。在測(cè)定和表示粉末粒度時(shí)，常常采用 表形狀因子 、 體積形狀因子和 比形狀因子 。96 二、粉末的性能及其測(cè)定 對(duì)于任意形狀的顆粒，其表面積和體積可以認(rèn)為與某一相當(dāng)直徑的平方和立方成正比，而 比例系數(shù)則與選擇的直徑有關(guān) 。形狀愈復(fù)雜，則比形狀因子就愈大（表 23）。顆粒的形狀對(duì)粉末的流動(dòng)性、松裝密度以及壓制和燒結(jié)均有影響。 表 23 某些金屬粉末的形狀因子97 二、粉末的性能及其測(cè)定5. 粉末的粒度及其測(cè)定 粉末的粒度和粒度組成對(duì)金屬粉末的加工性能有重大影響，在很大程度上，它們決定著最終粉末冶金材料和制品的性能。粉末的粒度和粒度的組成主要與粉末的制取方法和工藝有關(guān)。機(jī)械粉碎粉末一般較粗，氣相沉積粉末極細(xì)，而還原粉末和電解粉末則可以通過(guò)還原溫度或電流密度，在較寬的范圍的范圍內(nèi)變化。98 用直徑表示顆粒大小稱(chēng)為粒度粒徑。由于組成粉末的無(wú)數(shù)顆粒不屬于同一粒徑，于是又用不同粒徑的顆粒占全部粉末的百分含量來(lái)表示粉末顆粒大小的狀況，稱(chēng)為粒度組成，又稱(chēng)粒度分布。因此，粒度僅指單顆粒而言，粒度組成則指整個(gè)粉末體。但通常所說(shuō)的粒度包含有粉末平均粒度的意思，也就是粉末的某種統(tǒng)計(jì)學(xué)平均粒徑。 二、粉末的性能及其測(cè)定99 二、粉末的性能及其測(cè)定 多數(shù)粉末顆粒由于形狀不對(duì)稱(chēng)，僅用一維幾何尺寸不能精確地表示顆粒地真實(shí)大小，可用長(zhǎng)、寬、高三維尺寸的某種平均值來(lái)度量，這稱(chēng)為幾何學(xué)粒度徑。由于度量顆粒的幾何尺寸非常麻煩，計(jì)算幾何學(xué)平均粒徑比較繁瑣，因此又有通過(guò)測(cè)定粉末的沉降速度、比表面、光波衍射和散射等性質(zhì)，而用當(dāng)量或名義直徑表示粒度的方法?？梢圆捎盟姆N粒徑作為基準(zhǔn)。 100 （ 1） 幾何學(xué)粒徑 dg：用顯微鏡投影幾何學(xué)原理測(cè)得的粒徑稱(chēng)為投影徑。一般要根據(jù)與顆粒最穩(wěn)定平面垂直方法投影所測(cè)得的投影像來(lái)測(cè)量，然后取各種幾何學(xué)平均徑；還可根據(jù)與顆粒最大投影面積 f與顆粒體積 v相同的矩形、正方形或圓、球的邊長(zhǎng)或直徑來(lái)確定顆粒的平均粒徑，稱(chēng)名義粒徑。 二、粉末的性能及其測(cè)定101 二、粉末的性能及其測(cè)定 （ 2） 當(dāng)量粒徑 de：用沉降法、離心法或水力學(xué)方法（風(fēng)篩法，水篩法）測(cè)得的粉末粒度稱(chēng)為當(dāng)量粒徑。當(dāng)量粒徑中有一種斯托克斯徑，其物理意義是與被測(cè)粉末具有相同沉降速度且服從斯托克斯定律的同質(zhì)球形粒子的直徑。由于粉末的實(shí)際沉降速度還受顆粒形狀和表面狀態(tài)的影響，故形狀復(fù)雜、表面粗糙的粉末，斯托克斯徑總比按體積計(jì)算的幾何學(xué)名義徑小。102 （ 3） 比表面粒徑 dsp ：利用吸附法、透過(guò)法和潤(rùn)濕熱法測(cè)定粉末的比表