粉末的制取精选文档.ppt

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1、粉末的制取本讲稿第一页，共四十五页一、粉末的机械制备方法一、粉末的机械制备方法机机机机械械械械制制制制粉粉粉粉方方方方法法法法的的的的实实质质就就就就是是是是利利利利用用用用动动动动能能能能来来来来破破破破坏坏坏坏材材材材料料料料的的的的内内内内部部部部结合力，使材料分裂产生新的界面。结合力，使材料分裂产生新的界面。结合力，使材料分裂产生新的界面。结合力，使材料分裂产生新的界面。分为分为研磨研磨、锤捣、辊轧等、锤捣、辊轧等、锤捣、辊轧等、锤捣、辊轧等机械研磨（球磨）机械研磨（球磨）机械研磨（球磨）机械研磨（球磨）研磨研磨研磨研磨气流研磨气流研磨本讲稿第二页，共四十五页q球磨法球磨法四个基本要素

2、四个基本要素球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质基本原理基本原理（球球磨磨筒筒）传传递递机机械械能能（磨磨磨磨球球球球、球球球球磨磨磨磨物物物物料料料料及及及及介介介介质质质质）产产产产生生生生正正正正向向向向冲冲冲冲击击击击力力力力、侧侧侧侧向向向向挤挤挤挤压压压压力力力力、摩摩摩摩擦擦擦擦力力力力等等等等（物物料料）细细化化（脆脆脆脆性性性性粉粉粉粉末末末末颗颗颗颗粒粒粒粒：大大大大颗颗颗颗粒粒粒粒的的的的不不不不断断断断破破破破碎碎碎碎过过过过程程程程；塑塑塑塑性性性性较较较较强强强强粉粉粉粉末末末末：存在着磨削、变形、加工硬化、断裂和冷焊等行为。）存在着磨削

3、、变形、加工硬化、断裂和冷焊等行为。）存在着磨削、变形、加工硬化、断裂和冷焊等行为。）存在着磨削、变形、加工硬化、断裂和冷焊等行为。）本讲稿第三页，共四十五页提高球磨效率的基本原则提高球磨效率的基本原则（1）动能准则：提高球磨的动能。）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。）碰撞几率准则：提高球磨的有效碰撞几率。球磨方式分类球磨方式分类 滚筒式球磨滚筒式球磨 振动球磨振动球磨振动球磨振动球磨 搅拌球磨搅拌球磨 不同球磨方式的运动特征不同球磨方式的运动特征不同球磨方式的运动特征不同球磨方式的运动特征本讲稿第四页，共四十五页 滚筒式球磨滚筒式球磨滚筒式球磨滚筒式球磨

4、(a)(a)低转速；低转速；低转速；低转速；(b)(b)适宜转速；适宜转速；适宜转速；适宜转速；(c)(c)临界转临界转临界转临界转速速速速滚筒式球磨研磨介质的运动形式滚筒式球磨研磨介质的运动形式滚筒式球磨研磨介质的运动形式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：滚筒球磨的转速限定条件：滚筒球磨的转速限定条件：滚筒球磨的转速限定条件：V V临临临临1V V实际实际实际实际 V V临临临临2本讲稿第五页，共四十五页振动球磨振动球磨工作原理（工作原理（动画动画动画动画）：）：振动球磨机结构示意图振动球磨机结构示意图振动球磨机结构示意图振动球磨机结构示意图11筒体；筒体；筒体；筒体；2

5、 2一偏心轴；一偏心轴；一偏心轴；一偏心轴；3 3一马达；一马达；一马达；一马达；4 4一弹簧；一弹簧；一弹簧；一弹簧；5 5一弹性联轴节一弹性联轴节一弹性联轴节一弹性联轴节本讲稿第六页，共四十五页搅拌球磨搅拌球磨 工作原理（工作原理（工作原理（工作原理（动画动画动画动画）：又称为）：又称为）：又称为）：又称为高能球磨高能球磨高能球磨高能球磨搅动球磨机结构示意图搅动球磨机结构示意图搅动球磨机结构示意图搅动球磨机结构示意图11圆筒；圆筒；圆筒；圆筒；22冷却套；冷却套；冷却套；冷却套；33冷却剂冷却剂冷却剂冷却剂入口；入口；入口；入口；44冷却剂出口；冷却剂出口；冷却剂出口；冷却剂出口；55轴；

6、轴；轴；轴；6 6，7 7，88水平搅拌转子；水平搅拌转子；水平搅拌转子；水平搅拌转子；99研磨体研磨体研磨体研磨体本讲稿第七页，共四十五页q气流研磨法气流研磨法 定义与基本要素定义与基本要素定义与基本要素定义与基本要素 （1 1）定定义义：不不需需磨磨球球及及其其它它研研磨磨介介质质，而而通通过过气气体传输粉料的研磨方法。体传输粉料的研磨方法。（2 2）基本要素：研磨设备、气体、研磨物料。）基本要素：研磨设备、气体、研磨物料。）基本要素：研磨设备、气体、研磨物料。）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；动能原则

7、：提高粉末颗粒的动能；动能原则：提高粉末颗粒的动能；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。碰撞几率准则：提高粉末颗粒的碰撞几率。本讲稿第八页，共四十五页单轨道式气流磨单轨道式气流磨单轨道式气流磨单轨道式气流磨动画动画动画动画本讲稿第九页，共四十五页旋涡研磨旋涡研磨本讲稿第十页，共四十五页二、粉末的物理制备方法二、粉末的物理制备方法 雾化法雾化法 物理蒸发冷凝法物理蒸发冷凝法/物理气相沉积物理气相沉积(PVD)法法本讲稿第十一页，共四十五页q雾化法雾化法 定义定义通通过过高高压压雾雾化化介介质质强强烈烈冲冲击击液液流流，或或通通过过离离心心力力使使之之破破碎碎、冷冷

8、却却来来实实现现的的一一种种典典型型物理制粉方法。物理制粉方法。本讲稿第十二页，共四十五页 基本原理基本原理过程一过程一：大液珠：大液珠：大液珠：大液珠数个小液滴。数个小液滴。数个小液滴。数个小液滴。过程二过程二过程二过程二：破碎颗粒：破碎颗粒：破碎颗粒：破碎颗粒一个较大液体颗粒一个较大液体颗粒一个较大液体颗粒一个较大液体颗粒过程三过程三过程三过程三：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。本讲稿第十三页，共四十五页提高雾化制粉效率的两条基本准则提高雾化制粉效率的两条基本准则能能量量交交换换准准则则：提提高高

9、单单位位时时间间内内单单位位质质量量液液体体从从系系统统中中吸吸收收能能量量的的效效率率，以以克克服服表表面面自自由由能的增加；能的增加；快快速速凝凝固固准准则则：提提高高雾雾化化液液滴滴的的冷冷却却速速度度，防防止液体微粒的再次聚集。止液体微粒的再次聚集。本讲稿第十四页，共四十五页雾化方法雾化方法双流雾化法双流雾化法离心雾化法离心雾化法真空雾化法真空雾化法机械作用力雾化法机械作用力雾化法特殊雾化法：特殊雾化法：多级雾化、固体雾化多级雾化、固体雾化本讲稿第十五页，共四十五页双流雾化法双流雾化法（Double-StreamAtomizationDouble-StreamAtomization）：

10、）：）：）：金属液流和雾化介质流金属液流和雾化介质流类型类型气雾化气雾化（亚音速气流（亚音速气流、超声、超声）和水雾化和水雾化双流雾化制粉示意图双流雾化制粉示意图双流雾化制粉示意图双流雾化制粉示意图本讲稿第十六页，共四十五页本讲稿第十七页，共四十五页本讲稿第十八页，共四十五页本讲稿第十九页，共四十五页离心雾化法（离心雾化法（CentrifugalAtomization）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，然后凝固为固态粉末颗粒滴，然后凝固为固态粉末颗粒旋旋转转电电极极法法、旋旋转转圆圆盘盘法法、旋旋转转水水流流法法、旋旋转坩埚法转坩埚法等等本讲稿第二十

11、页，共四十五页(1)旋转圆盘法旋转圆盘法/D.P.G法法最最最最早早早早于于于于19761976年年年年由由由由美美美美国国国国的的的的PrattPrattWhitneyWhitney飞飞飞飞机机机机制制制制造造造造公公公公司司司司研研研研制制制制出出出出来来来来、用用用用以以以以制制制制备备备备超超超超合合合合金金金金粉粉粉粉末末末末，而而而而后后后后这这这这种种种种离离离离心心心心雾雾雾雾化化化化装装装装置置置置相相相相继继继继在在在在日日日日本、前苏联等国问世。本、前苏联等国问世。本、前苏联等国问世。本、前苏联等国问世。11带叶片的旋转带叶片的旋转带叶片的旋转带叶片的旋转圆盘；圆盘；圆盘

12、；圆盘；22漏包漏包漏包漏包本讲稿第二十一页，共四十五页(2)旋转水流雾化法旋转水流雾化法最早由美国钒合金钢公最早由美国钒合金钢公最早由美国钒合金钢公最早由美国钒合金钢公司用来制造不锈钢粉。司用来制造不锈钢粉。司用来制造不锈钢粉。司用来制造不锈钢粉。11漏包；漏包；漏包；漏包；22电热体；电热体；电热体；电热体；33金属液流；金属液流；金属液流；金属液流；44水流；水流；水流；水流；55环形喷射器；环形喷射器；环形喷射器；环形喷射器；66雾化雾化雾化雾化室；室；室；室；77进水管；进水管；进水管；进水管；88进气进气进气进气管管管管本讲稿第二十二页，共四十五页(3)旋旋转转电电极极法法：197

13、41974年年年年，首首首首先先先先由由由由美美美美国国国国提提提提出出出出，将将将将雾雾雾雾化金属制成自耗阳极，阴极则采用钨电极。化金属制成自耗阳极，阴极则采用钨电极。化金属制成自耗阳极，阴极则采用钨电极。化金属制成自耗阳极，阴极则采用钨电极。本讲稿第二十三页，共四十五页(4)旋转坩埚法旋转坩埚法：又称又称旋转锭模法旋转锭模法本讲稿第二十四页，共四十五页(5)其它离心雾化制粉方法其它离心雾化制粉方法(a)(a)旋转轮；旋转轮；旋转轮；旋转轮；(b)(b)旋转杯；旋转杯；旋转杯；旋转杯；(c)(c)旋转网旋转网旋转网旋转网本讲稿第二十五页，共四十五页机械作用力雾化法机械作用力雾化法双辊（三辊）

14、雾化法双辊（三辊）雾化法a a、水溶液急冷式、水溶液急冷式、水溶液急冷式、水溶液急冷式,b,b、快淬辊式、快淬辊式、快淬辊式、快淬辊式1-1-惰性气体；惰性气体；惰性气体；惰性气体；2-2-喷嘴；喷嘴；喷嘴；喷嘴；3-3-感应加热器；感应加热器；感应加热器；感应加热器；4-4-双辊；双辊；双辊；双辊；5-5-急冷装置急冷装置急冷装置急冷装置本讲稿第二十六页，共四十五页电动力学雾化法电动力学雾化法本讲稿第二十七页，共四十五页真空雾化法（可溶性气体雾化法）真空雾化法（可溶性气体雾化法）利利用用不不同同压压力力下下气气体体在在液液态态金金属属中中的的溶溶解解度不同而将金属雾化成粉末的工艺方法度不同而

15、将金属雾化成粉末的工艺方法本讲稿第二十八页，共四十五页多级雾化法多级雾化法多多种种雾雾化化机机构构组组合合在在一一起起；第第第第一一一一级级级级一一一一般般般般为为为为双双双双流流流流雾雾雾雾化化化化、后后后后几几几几级为离心雾化或机械作用力雾化等级为离心雾化或机械作用力雾化等级为离心雾化或机械作用力雾化等级为离心雾化或机械作用力雾化等多级雾化装置原理图多级雾化装置原理图多级雾化装置原理图多级雾化装置原理图11漏包；漏包；漏包；漏包；22熔体；熔体；熔体；熔体；33喷嘴；喷嘴；喷嘴；喷嘴；44旋转盘；旋转盘；旋转盘；旋转盘；55雾化锥；雾化锥；雾化锥；雾化锥；66高压气流；高压气流；高压气流；

16、高压气流；77冷却介质冷却介质冷却介质冷却介质本讲稿第二十九页，共四十五页固体雾化法固体雾化法 高高高高速速速速气气气气流流流流中中中中含含含含有有有有可可可可除除除除去去去去的的的的固固固固体体体体介介介介质质质质，即即即即易易清清除除的的固固体体颗粒（食盐）、同种金属粉末等颗粒（食盐）、同种金属粉末等 1 1、雾化室；、雾化室；、雾化室；、雾化室；2 2、水环；、水环；、水环；、水环；3 3、雾化器；、雾化器；、雾化器；、雾化器；4 4、输送管道；、输送管道；、输送管道；、输送管道；5 5、卸料阀；卸料阀；卸料阀；卸料阀；6 6、发送罐；、发送罐；、发送罐；、发送罐；7 7、空气压缩机；、

17、空气压缩机；、空气压缩机；、空气压缩机；8 8、贮仓、贮仓、贮仓、贮仓固体雾化实验装置示意图固体雾化实验装置示意图固体雾化实验装置示意图固体雾化实验装置示意图本讲稿第三十页，共四十五页q物理蒸发冷凝法物理蒸发冷凝法/物理气相沉积法物理气相沉积法（PVD）采采用用不不同同的的能能量量输输入入方方式式使使金金属属汽汽化化，然然后后再再在在冷冷凝壁上沉积，从而获得金属粉末。凝壁上沉积，从而获得金属粉末。类型类型类型类型电阻加热电阻加热方式方式等离子束加热等离子束加热等离子束加热等离子束加热方式方式激光加热激光加热激光加热激光加热方式方式方式方式电子束加热电子束加热电子束加热电子束加热方式方式方式方式

18、高频感应加热高频感应加热方式方式本讲稿第三十一页，共四十五页电阻加热蒸发电阻加热蒸发本讲稿第三十二页，共四十五页激光加热蒸发激光加热蒸发激光加热蒸发激光加热蒸发本讲稿第三十三页，共四十五页电子束加热蒸发电子束加热蒸发电子束加热蒸发电子束加热蒸发本讲稿第三十四页，共四十五页高频感应加热蒸发高频感应加热蒸发高频感应加热蒸发高频感应加热蒸发本讲稿第三十五页，共四十五页三、粉末的化学制备方法三、粉末的化学制备方法液相沉淀法液相沉淀法化学气相沉积法（化学气相沉积法（CVD）还原反应法还原反应法电解法电解法本讲稿第三十六页，共四十五页q液相沉淀法液相沉淀法主主要要原原理理：在在液液相相中中采采用用各各种种

19、水水溶溶性性化化合合物物经经混混合合、发发生生化化学学反反应应生生成成不不溶溶于于水水的的沉沉淀淀，将沉淀将沉淀洗涤洗涤并并热分解热分解可形成超细粉。可形成超细粉。沉沉淀淀法法可可以以分分为为直直接接沉沉淀淀法法、均均匀匀沉沉淀淀法法和和共共沉淀法沉淀法等。等。本讲稿第三十七页，共四十五页1直接沉淀法直接沉淀法向向盐盐溶溶液液中中直直接接加加入入沉沉淀淀剂剂进进行行反反应应得得到到细细小小沉沉淀淀物的方法。物的方法。2均匀沉淀法均匀沉淀法 依依靠靠溶溶液液内内部部缓缓慢慢均均匀匀地地生生成成沉沉淀淀剂剂而而进进行行沉沉淀淀反反应的方法。应的方法。（例如：尿素水解制备盐类例如：尿素水解制备盐类例

20、如：尿素水解制备盐类例如：尿素水解制备盐类）(NH(NH2)2COCO十十3H3H2O2NH4OHOH（沉淀剂）（沉淀剂）（沉淀剂）（沉淀剂）十十十十CO2本讲稿第三十八页，共四十五页3共沉淀法共沉淀法在在溶溶液液中中同同时时沉沉淀淀两两种种或或两两种种以以上上金金属属离离子子得得到到均均匀匀性好的复合氧化物的方法。性好的复合氧化物的方法。例：在氨水溶液中制备氧化锆例：在氨水溶液中制备氧化锆-氧化钇复合粉体。氧化钇复合粉体。ZrOClZrOCl2十十十十4NH4 4OHZr(OH)4 4 十十十十2NH4 4ClCl十十十十2NH2NH3 3十十H2 2OOYClYCl3 3十十十十3NH3N

21、H4 4OHY(OH)Y(OH)3 十十十十3NH3NH4ClCl本讲稿第三十九页，共四十五页qCVD法法主要原理主要原理：利用挥发性化合物的蒸气通过分解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。或相互反应合成所需粉体的方法。1）分解沉积：）分解沉积：CHCH3SiClSiCl33()SiC()+3HCl()2）反应沉积：）反应沉积：TiClTiCl44()+CH()+CH44()TiC()+4HCl()()TiC()+4HCl()本讲稿第四十页，共四十五页q 还原还原反应反应法法 基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：MeO+X(MeO+X(还原剂还原剂还原剂还原剂)=M

22、e(金属金属)+XO)+XO方法：方法：方法：方法：碳还原法碳还原法：如：如：如：如：FeO+CFe+COFeO+CFe+CO气体还原法气体还原法：如：如：FeFe2OO3 3+3CO2Fe+3CO+3CO2Fe+3CO2 金属还原法金属还原法：如：如：如：如：MeX+MeMeX+Me(式中：式中：式中：式中：Me还原剂；还原剂；MeX被还原的化合物被还原的化合物)还原还原-化合法化合法：如：如：MeO+2CMeC+COMeO+2CMeC+CO目前铁粉大部分由还原法生产。目前铁粉大部分由还原法生产。本讲稿第四十一页，共四十五页 电解法是又一种制取金属粉末的方法，它的基本原理和电解法是又一种制取

23、金属粉末的方法，它的基本原理和电镀相同。电镀相同。FeFe、NiNi、CrCr、CuCu、ZnZn等的粉末，都可用电解法等的粉末，都可用电解法制造。制造。电解铁粉与铜粉都是用电解金属盐的水溶液制造的。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。步机械粉碎，以制成粉末。q电解法电解法本讲稿第四十二页，共四十五页电解粉末纯度高，颗粒呈树枝状或针状，其压制性和烧电解粉末纯度高，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。结性都很好，但生产率低，成本高。纯铜粉大多是

24、用该法制成。电解铁粉由于价格高，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。仅用于要求纯度高或制造高密度零件的场合。本讲稿第四十三页，共四十五页以铜粉制备为例，水溶液一般为硫酸铜和少许硫酸，阳以铜粉制备为例，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，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：失去电子变成水和氧气：CuCu2+2e 2OH-2eH2O+O2而在阴极，铜离子得到电子析出铜，氢离子得到电子放出氢而在阴极，铜离子得到电子析出铜，氢离子得到电子放出氢气：气：Cu2+2eCu 2H+2eH2本讲稿第四十四页，共四十五页铜离子在阴极析出可以有两种形式，即电镀层和铜粉。铜离子在阴极析出可以有两种形式，即电镀层和铜粉。一般电解液中铜离子浓度较低、电流密度较强时易一般电解液中铜离子浓度较低、电流密度较强时易得到铜粉。得到铜粉。根据电解法的原理可知，经此法制得的粉料纯度高。另根据电解法的原理可知，经此法制得的粉料纯度高。另外粉料粒形多呈树枝状，故压制性能也较好。但其成外粉料粒形多呈树枝状，故压制性能也较好。但其成本较高，因制备过程控制较为复杂、耗电量大。本较高，因制备过程控制较为复杂、耗电量大。本讲稿第四十五页，共四十五页