中南大学粉末冶金原理课本重点.pdf

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1、课 程 名 称：粉 末 冶 金 学 Powder Metallurgy Science第 漳 导 论 1 粉 末 冶 金 技 术 的 发 展 史 History of powder metallurgy粉 末 冶 金 是 采 用 金 属 粉 末（或 非 金 属 粉 末 混 合 物）为 原 料，经 成 形 和 烧 结 操 作 制 造 金 属 材 料、复 合 材 料 及 其 零 部 件 的 加 工 方 法。粉 末 冶 金 既 是 一 项 新 型 材 料 加 工 技 术，又 是 一 项 古 老 的 技 术。.早 在 五 千 年 前 就 出 现 了 粉 末 冶 金 技 术 雏 形，古 埃 及 人 用

2、此 法 制 造 铁 器 件；.1700年 前，印 度 人 采 用 类 似 方 法 制 造 了 重 达 6.5T的“D E L I柱”（含 硅 F e合 金，耐 蚀 性 好）。.1 9世 纪 初，由 于 化 学 实 验 用 箱（如 用 蜗）的 需 要，俄 罗 斯 人、英 国 人 采 用 粉 末 压 制、烧 结 和 热 锻 的 方 法 制 造 致 密 销，成 为 现 代 粉 末 冶 金 技 术 的 基 础。.2 0世 纪 初，现 代 粉 末 冶 金 的 发 展 起 因 于 爱 迪 生 的 长 寿 命 白 炽 灯 丝 的 需 要。鸨 灯 丝 的 生 产 标 志 着 粉 末 冶 金 技 术 的 迅 速

3、 发 展。.1923年 硬 质 合 金 的 出 现 导 致 机 加 工 的 革 命。.2 0 世 纪 3 0年 代 铜 基 含 油 轴 承 的 制 造 成 功，并 在 汽 车、纺 织、航 空、食 品 等 工 业 部 门 的 广 泛 应 用。随 后，铁 基 粉 末 冶 金 零 部 件 的 生 产，发 挥 了 粉 末 冶 金 以 低 的 制 造 成 本 生 产 高 性 能 零 部 件 的 技 术 优 点。.2 0世 纪 4 0年 代，二 战 期 间，促 使 人 们 开 发 研 制 高 级 的 新 材 料（高 温 材 料），如 金 属 陶 瓷、弥 散 强 化 合 金 作 为 飞 机 发 动 机 的

4、关 键 零 部 件。.战 后，迫 使 人 们 开 发 研 制 更 高 性 能 的 新 材 料，如 粉 末 高 速 钢、粉 末 超 合 金、高 强 度 铁 基 粉 末 冶 金 零 部 件（热 锻）。大 大 扩 大 了 粉 末 冶 金 零 部 件 及 其 材 料 的 应 用 领 域。.粉 末 冶 金 在 新 材 料 的 研 制 开 发 过 程 中 发 挥 其 独 特 的 技 术 优 势。2 粉 末 冶 金 工 艺 粉 末 冶 金 技 术 的 大 致 工 艺 过 程 如 下：原 料 粉 末+添 加 剂（合 金 元 素 粉 末、润 滑 剂、成 形 剂）成 形（模 压、CIP、粉 浆 浇 注、轧 制、挤

5、 压、温 压、注 射 成 形 等）I烧 结（加 压 烧 结、热 压、HIP等）粉 末 冶 金 材 料 或 粉 末 冶 金 零 部 件|一 后 续 处 理 Fig.1-1 Typical Processing flowchart for Powder Metallurgy Technique3 粉 末 冶 金 技 术 的 特 点 低 的 生 产 成 本：能 耗 小，生 产 率 高,材 料 利 用 率 高,设 备 投 资 少。t t t工 艺 流 程 短 和 加 工 温 度 低 加 工 工 序 少 少 切 削、无 切 削.材 料 成 分 设 计 灵 活、微 观 结 构 可 控（由 工 艺 特 征

6、决 定）：能 制 造 普 通 熔 练 法 不 可 能 生 产 的 材 料，如 W-Cu、Sn（V A g、WC-Co.Cu-石 墨、金 属 陶 瓷（TiC-NiCr,Al203-Ni 或 Cu,TiB2-Cu 等）、弥 散 强 化 材 料（A U V C u Al20：-Al,Y2O3-F e 基 合 金）、粉 末 超 合 金（非 相 图 成 分）、难 熔 金 属 及 其 合 金 如 铸 铝、含 油 轴 承、过 滤 材 料 等。高 的 性 能：粉 末 高 速 钢、粉 末 超 合 金 因 无 成 分 偏 析 和 稳 定 的 组 织（细 的 晶 粒）而 性 能 优 于 熔 炼 法 制 备 的 合

7、金；纳 米 材 料，金 属 一 陶 瓷 梯 度 复 合 材 料（梯 度 硬 质 合 金）。主 要 不 足 之 处：.由 于 受 设 备 容 量 的 限 制，传 统 粉 末 冶 金 工 艺 制 造 的 粉 末 冶 金 零 部 件 的 尺 寸 较 其 它 加 工 方 法（铸 造，机 加 工 等）小；.材 料 韧 性 不 高；.零 部 件 的 形 状 复 杂 程 度 和 综 合 力 学 性 能 有 限 等。正 被 新 型 成 形 技 术（如 无 模 成 形 技 术，温 压 成 形，注 射 成 形）逐 步 克 服。4 粉 末 冶 金 材 料 及 其 零 部 件 的 应 用 由 于 粉 末 冶 金 材

8、料 及 其 零 部 件 较 其 它 加 工 方 法 制 造 的 零 部 件 的 成 本 低，以 及 其 性 能 能 满 足 特 种 要 求，因 而 粉 末 冶 金 零 部 件 和 材 料 在 国 民 经 济 各 部 门 的 应 用 十 分 广 泛。如：.汽 车 制 造 业 的 各 种 粉 末 冶 金 零 部 件；.机 加 工 工 业 中 的 切 削 用 硬 质 合 金 和 粉 末 高 速 钢 刀 具；.电 子 工 业 用 粉 末 冶 金 磁 性 材 料 和 电 触 头；.计 算 机 的 原 器 件 用 电 子 封 装 材 料；.机 械 制 造 业 的 减 磨 零 件 和 结 构 部 零 件；.

9、航 天 航 空 业 中 的 耐 热 材 料 及 结 构 零 部 件；家 用 电 器 中 的 微 型 轴 承；.原 子 能 材 料；.武 器 系 统 和 作 战 平 台（高 效、低 成 本）；.建 材 工 业 用 金 刚 石 工 具 材 料 等。.环 保 与 化 工 用 催 化 剂 及 过 滤 器 件。总 之，粉 末 冶 金 材 料 与 人 们 的 生 活 密 不 可 分，在 国 民 经 济 和 国 防 建 设 中 发 挥 重 大 作 用。而 且，随 着 粉 末 冶 金 新 技 术 和 新 工 艺 的 开 发 与 应 用，粉 末 冶 金 的 技 术 上 的 优 越 性 也 更 加 显 著，应 用

10、 领 域 不 断 扩 大。如 温 压 成 形 技 术 的 出 现 使 粉 末 冶 金 零 部 件 在 轿 车 上 的 应 用 水 平 由 原 来 的 13.2Kg/辆 增 加 到 22Kg/辆，大 大 扩 大 了 粉 末 冶 金 零 部 件 的 应 用 范 围。5 粉 末 冶 金 的 未 来 发 展 大 量 高 性 能 铁 基 粉 末 冶 金 结 构 零 部 件 的 开 发 与 应 用。.组 织 均 匀 的 全 致 密、高 性 能 难 加 工 材 料 的 开 发 与 应 用。.非 平 衡 材 料（amorphous,microcrystalline,metastable alloys）.特 种

11、 新 型 材 料 的 开 发 与 应 用（纳 米 复 合 材 料，梯 度 复 合 材 料）.新 型 成 型 与 烧 结 技 术 的 开 发.计 算 机 仿 真 技 术 的 应 用6 粉 末 冶 金 技 术 与 其 他 材 料 加 工 技 术 间 的 关 系 粉 末 冶 金 作 为 一 种 加 工 方 法，主 要 从 成 本 和 性 能 上 弥 补 其 他 加 工 技 术 上 的 不 足。与 其 它 加 工 技 术 一 样 同 属 材 料 科 学 与 工 程 的 范 畴，为 人 类 社 会 的 文 明 和 进 步 不 断 提 供 物 质 基 础。特 别 是，在 新 材 料 的 研 制 和 开 发

12、 过 程 中，粉 末 冶 金 技 术 因 其 独 特 的 工 艺 优 势 将 继 续 发 挥 先 导 作 用。第 二 章 粉 末 的 性 能 与 测 试 方 法 简 介 1粉 末 及 粉 末 性 能 1 粉 末 颗 粒 与 粉 末 体 的 概 念 习 惯 上，人 们 按 分 散 程 度 将 自 然 界 的 固 体 分 为 三 类，即 致 密 体(lmm)、粉 末 体(0.In m-lm m)和 胶 粒(0.1 口 m)。然 而 随 着 纳 米 技 术 的 发 展，现 在 看 来,这 一 分 类 方 法 存 在 严 重 不 足 之 处。也 就 是 说，超 细 颗 粒 与 纳 米 颗 粒 均 同

13、属 于 粉 末 体 的 范 筹。粉 末 颗 粒 指 组 成 粉 末 体 的 最 小 单 位 或 个 体，简 称 颗 粒。粉 末 体 则 是 由 尺 寸 小 于 1mm的 颗 粒 及 颗 粒 间 孔 隙 所 组 成 的 集 合 体。可 流 动 性：由 于 粉 末 颗 粒 之 间 的 相 互 作 用 力 远 低 于 通 常 固 体 内 原 子 间 作 用 力 压 缩 性：由 于 颗 粒 间 存 在 相 当 数 量 的 孔 隙，也 具 有 可 压 缩 的 特 性。单 个 粉 末 颗 粒 可 能 是 单 一 晶 粒，也 可 能 是 多 晶 粒。主 要 取 决 于 粉 末 制 备 方 法 和 制 取 工

14、 艺 条 件、颗 粒 大 小 和 颗 粒 的 晶 体 学 特 性。2 粉 末 颗 粒 的 性 质 2.1 颗 粒 的 聚 集 状 态 由 于 粉 末 颗 粒 细 小，具 有 发 达 的 表 面 积，颗 粒 表 面 附 近 的 原 子 活 性 很 高，导 致 粉 末 颗 粒 发 生 某 些 聚 集 现 象。单 颗 粒：单 个 独 立 存 在 的 颗 粒 被 称 为 单 颗 粒(粉 末 中 能 分 开 并 独 立 存 在 的 最 小 实 体 称 为 单 颗 粒)。粗 粉 末 通 常 以 单 颗 粒 形 式 存 在。一 次 颗 粒(primary particle)：最 先 形 成 的 不 可 以

15、独 立 存 在 的 颗 粒，它 只 有 聚 集 成 二 次 颗 粒 时 才 能 独 立 存 在。二 次 颗 粒(secondaiy particle)：由 两 个 以 上 的 一 次 颗 粒 结 合 而 又 不 易 分 离 的 能 独 立 存 在 的 聚 集 颗 粒 被 称 为 二 次 颗 粒。若 能 被 分 离，就 成 为 单 颗 粒。细 粉 末 由 于 表 面 发 达 而 结 合，通 常 以 二 次 颗 粒 的 形 式 存 在。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

16、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,optical microscope,TEM,SEM,light scattering团 粒(agglomelate):由 单 颗 粒 或 二 次 颗 粒 依 靠 范 德 华 力 粘 结 而 成 的 聚 集 颗 粒。絮 凝 体(flocculate):在 液 体 介 质 中 由 单 颗 粒 或 二 次 颗 粒 结 合 的 更 松 软 的 聚 集 颗 粒。致 密 体：晶 粒 之 间 没 有 宏 观 的 孔 隙，靠 原 子 间 的 键 力 联 结 粉 末 体：颗 粒 之 间 有 许 多 小 孔

17、 隙，而 且 联 结 面 很 小，面 上 的 原 子 不 可 能 形 成 强 的 键 力 2.2 颗 粒 表 面 形 貌(surface morphology)粉 末 颗 粒 的 表 面 形 貌 一 般 来 说 凹 凸 不 平 的，即 使 是 采 用 机 械 破 碎 法 制 得 的 陶瓷 粉 末。从 理 论 上 讲，粗 大 的 颗 粒 在 冲 击 载 荷 的 作 用 下 会 发 生 沿 一 定 晶 面 的 解 理 断 裂，形 成 平 整 的 断 裂 面。但 由 于 受 力 状 态 的 复 杂 性，解 理 面 并 非 沿 同 一 晶 面 进 行，而 发 生 惯 穿 多 个 晶 面 的 断 裂，从

18、 而 导 致 颗 粒 表 面 的 凹 凸 不 平。而 对 于 通 常 的 金 属 粉 末 的 制 备 方 法 制 取 的 粉 末 颗 粒，由 于 出 现 优 先 成 核 与 生 长 的 客 观 条 件，易 形 成 凹 凸 不 平 的 欠 发 育 完 整 的 表 面。2.3内 部 结 构 大 部 分 的 粉 末 颗 粒 系 多 晶 结 构，粉 末 颗 粒 内 部 存 在 许 多 缺 陷，如 空 位、位 错、晶 格 弯 曲 等，还 存 在 孔 隙、裂 纹 等。另 外 还 有 夹 杂（还 原 法 制 粉 中 更 为 突 出）。3 粉 末 性 能 粉 末 性 能 包 括 物 理 性 能（颗 粒 的 密

19、 度、熔 点 和 显 微 硬 度 等）、儿 何 性 能（颗 粒 形 状，颗 粒 尺 寸 及 其 组 成）、化 学 性 质 和 工 艺 性 能（松 装 密 度，流 动 性，压 缩 性，成 形 性 和 烧 结 性 能）。特 别 是 粉 末 的 工 艺 性 能 受 控 于 前 三 种 粉 末 性 能。3.1 粉 末 的 物 理 性 能 3.1.1颗 粒 密 度 材 料 的 理 论 密 度 即 无 孔 隙 密 度，一 般 不 能 代 表 颗 粒 密 度。这 主 要 是 因 为 大 多 数 制 粉 方 法 所 制 备 的 粉 末 颗 粒 内 含 有 孔 隙（开 孔 或 闭 孔）和 裂 隙。通 常 采 用

20、 两 种 方 法 来 表 示 颗 粒 的 密 度。真 密 度（pore free density）即 固 体 材 料 的 理 论 密 度。除 一 些 具 有 不 同 晶 形 的 物 质（碳、氧 化 错、氧 化 铝、碳 化 硅 等）以 外，其 它 物 质 的 粉 末 颗 粒 的 真 密 度 与 其 理 论 密 度 相 同。（颗 粒 质 量 用 除 去 开 孔 和 闭 孔 的 颗 粒 体 积 除 得 的 商 值）有 效 密 度（fTective particle density）系 单 位 体 积 内 粉 末 颗 粒 的 质 量。颗 粒 中 存 在 的 闭 孔 体 积 计 算 在 内。很 明 显，

21、它 小 于 颗 粒 的 真 密 度。要 精 确 测 定 粉 末 颗 粒 的 有 效 密 度 儿 乎 是 不 可 能 的。一 般 采 用 比 重 瓶 法 测 定 其 近 似 值，因 而 也 称 为 比 重 瓶 密 度。（即 似 密 度 D2）D2=（F2-F 1）/V-（F3-F2）/D 液 F l:比 重 瓶 重 量 F 2:含 粉 末 后 的 比 重 瓶 重 量 F 3:比 重 瓶 加 粉 末 和 充 满 液 体 之 后 的 总 重 量 V=（F3-F2）/D液 粉 末 体 积 F3-F2 液 体 重 量，F3-F2/D液 液 体 体 积 D液（水）=1形 状 因 子：是 表 示 实 际 粉

22、 末 偏 离 球 形 的 程 度 的；表 面 形 状 因 子、体 积 形 状 因 子，及 两 者 的 比 值 一 比 形 状 因 子；S=fD2 V=kD3f:表 面 形 状 因 子 k：体 积 形 状 因 子，二 者 之 比 m=f7k 比 形 状 因 子，如 规 则 的 球 形 体:S=nD2,V=（l/6）nD3表 面 形 状 因 子 为 五，体 积 形 状 因 子 等 于 口/6,比 形 状 因 子 等 于 6.m=6；边 长 为 a 的 规 则 正 方 体，表 面 积 等 于 6a2,体 积 等 于 a3,f=6,k=l,m=6；形 状 愈 复 杂，表 面 愈 发 达，表 面 积 愈

23、 大，则 比 形 状 因 子 数 值 也 愈 大，树 枝 状 粉 末 的 比 形 状 因 子 m=12-18,薄 片 状=8 0,角 状 m=10其 他 任 何 形 状 的 颗 粒，F/K均 大 于 6；而 且 形 状 越 是 规 则，颗 粒 的 表 面 积 越 发 达,则 比 形 状 因 子 就 越 大。3.1.2 显 微 硬 度 粉 末 颗 粒 的 显 微 硬 度 主 要 取 决 于 构 成 固 体 物 质 的 原 子 间 的结 合 力、加 工 硬 化 程 度 和 纯 度，左 右 着 粉 末 的 压 缩 性。后 二 者 主 要 受 控 于 粉 末 制 取 方 法。如 还 原 铁 粉 颗 粒

24、 的 显 微 硬 度 可 采 用 适 当 的 退 火 工 艺 来 消 除 加 工 硬 化、降 低 其 中 氧、碳 含 量，达 到 降 低 颗 粒 显 微 硬 度 的 目 的。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

25、 硬 度 值，在 很 大 程 度 上 取 决 于 粉 末 中 各 种 杂 质 与 合 金 组 元 的 含 量 以 及 晶 格 缺 陷 的 多 少，因 此 代 表 了 粉 末 的 塑 性。3.3.3 粉 末 颗 粒 的 熔 点 对 于 普 通 粉 末 冶 金 用 金 属 粉 末，粉 末 颗 粒 的 熔 点 与 固 体 的 熔 点 儿 乎 相 同。但 当 粉 末 颗 粒 的 尺 寸 很 小 时，颗 粒 的 熔 点 大 幅 度 降 低。如 尺 寸 为 10nm的 纳 米 银 粉，其 熔 点 仅 为 97r03.2 颗 粒 的 形 状(Particle shape)颗 粒 形 状 一 般 分 为 两

26、大 类，即 规 则 形 状 与 不 规 则 形 状 颗 粒。主 要 取 决 于 粉 末 的 制 造 方 法。具 体 关 系 如 下：球 形 颗 粒 一 气 相 沉 积，液 相 沉 淀；近 球 形 一 气 体 雾 化，溶 液 置 换；片 状 一 机 械 研 磨；多 角 形 一 机 械 粉 碎；树 枝 状 一 电 解 法；多 孔 海 绵 状 一 还 原 法；不 规 则 形 状 一 水 雾 化、机 械 粉 碎、化 学 沉 积 严 格 来 说，所 谓 规 则 状 颗 粒 系 指 能 用 现 有 数 学 工 具 加 以 准 确 描 述 的 颗 粒。而 通 常 指 的 颗 粒 形 状 是 粉 末 颗 粒

27、的 外 形 轮 廓 投 影 的 形 状。而 颗 粒 的 形 状 的 表 征 到 目 前 为 止 仍 然 是 一 件 十 分 困 难 的 工 作。因 而，造 成 表 征 粉 末 颗 粒 尺 寸 时 也 只 能 给 出 很 粗 糙 的 表 达。一 些 典 型 的 粉 末 颗 粒 如 图 所 示。(此 处 附 图)目 前，对 于 颗 粒 形 状 的 描 述 仅 局 限 于 定 性 分 析，即 以 人 们 已 知 的 自 然 界 中 的 物 体 形 状 作 参 考 来 加 以 表 示。颗 粒 的 形 状 的 观 察 通 常 采 用 光 学 显 微 镜、扫 描 电 镜 和 透 射 作 为 分 析 手 段

28、。2 粉 末 粒 度 及 其 分 布(Particle size and its distribution)1 粒 度(particle s iz e)以 m m或 u m 的 表 示 的 颗 粒 的 大 小 称 为 颗 粒 直 径，简 称 粒 径 或 粒 度。习 惯 上，粉 末 颗 粒 的 大 小(即 粉 末 粒 度)采 用 一 维(one dimension)尺 寸 来 衡 量，粗 略 地 表 示 粉 末 颗 粒 的 粗 细 程 度，以 Um或 mm为 单 位。通 常 所 说 的 粒 度 指 的 是 粒 径。粉 末 粒 径 反 映 颗 粒 外 形 的 某 一 尺 寸。粒 径 的 具 体 数

29、 值 与 粉 末 颗 粒 的 形 状 及 粉 末 粒 度 的 分 析 方 法 有 关。因 为，对 于 具 体 的 测 试 方 法 是 建 立 在 一 定 的 有 关 粉 末 颗 粒 形 状 的 假 设 的 基 础 之 上 的。如 筛 分 析 法 指 网 孔 的 尺 寸；光 学 显 微 镜 法 或 扫 描 电 镜 法 则 代 表 颗 粒 投 影 的 某 一 尺 寸，即 定 向 径；沉 降 分 析、比 表 面 法 的 当 量 粒 径 或 等 效 球 径。投 影 径：DA=(4A/“)”2(令 颗 粒 的 投 影 面 积 A与 直 径 为 Di的 球 形 颗 粒 面 积 相 等)等 体 积 球 径：

30、Dv=(6V/n)”3(令 颗 粒 体 积 V与 直 径 为 的 球 形 颗 粒 的 体 积 相 等)表 面 径：Dsp=(S/n)1/2(令 颗 粒 的 表 面 积 S 与 球 形 颗 粒 的 表 面 积 相 等)体 比 表 面 径：DSV=6/S、.=6V/S前 三 种 表 示 方 法 都 基 于 了 不 同 的 对 颗 粒 形 状 的 假 设，相 互 之 间 无 法 进 行 换 算，且 几 何 意 义 不 明 显。第 四 种 方 法 不 需 对 粉 末 颗 粒 的 形 状 作 任 何 形 式 的 假 设，而 且 其 儿 何 意 义 很 明 显，即 为 颗 粒 中 心（centroid）到

31、 各 表 面 元（微 表 面 元 ds）按 其 表 面 积 加 权 距 离 的 两 倍。其 有 效 性 在 于：（1）便 于 比 较 不 同 形 状 粉 末 颗 粒 的 尺 寸 大 小；（2）能 有 效 地 说 明 粉 末 颗 粒 尺 寸 对 粉 末 的 工 艺 性 能（如 粉 末 的 压 制 与 烧 结 性 能）的 影 响。2.粒 度 组 成 或 粒 度 分 布（particle size distribution）2.1 粒 度 组 成 指 具 有 不 同 粒 径 范 围 的 颗 粒 在 粉 末 总 量 中 所 占 的 百 分 数（质 量 或 个 数）。对 于 具 体 的 测 试 方 法，

32、所 测 得 的 粒 度 分 布 是 粗 略 的。因 为，不 同 粒 度 范 围 的 颗 粒，其 形 状 存 在 一 定 的 差 异，而 这 种 差 异 恰 恰 反 映 了 颗 粒 尺 寸 的 大 小。2.2 表 示 方 法：列 表 法 直 方 分 布 图（histogram）和 频 度 分 布 曲 线：即 以 频 度（各 粒 度 范 围 的 颗 粒 数 占 所 统 计 颗 粒 总 数 的 百 分 数）为 纵 坐 标，粒 径 为 横 坐 标，矩 形 高 度 代 表 该 粒 级 的 频 度（百 分 数）。这 一 表 示 方 法 比 较 直 观，适 用 于 筛 分 析 和 显 微 分 析 法 测 定

33、 的 粒 度 分 布 的 表 征。若 粒 级 取 得 足 够 窄，矩 形 上 边 的 中 点 的 连 线 成 为 频 度 分 布 曲 线。（见 教 材）累 计 分 布 曲 线（cumulative curve）：分 为“正”和“负”累 计 分 布 曲 线 两 种。后 者 表 示 颗 粒 尺 寸 小 于 该 粒 度 数 值 的 粉 末 颗 粒 占 颗 粒 总 量 的 百 分 数；而 前 者 则 指 粉 末 颗 粒 数 量 大 于 该 粒 度 数 值 的 粉 末 颗 粒 占 颗 粒 总 量 的 百 分 数。若 将 二 者 绘 制 于 同 一 图 上，则 二 者 呈 对 称 分 布。（同 上）以 上

34、 表 示 方 法 一 般 基 于 显 微 镜 法 或 筛 分 析 法，且 分 析 过 程 极 其 复 杂，适 用 于 较 粗 粉 末 的 粒 度 组 成 分 析。而 对 于 微 细 粉 末 粒 度 组 成 的 测 定，常 采 用 一 种 快 速 分 析 方 法 一 激 光 衍 射 法。该 法 可 给 出 粒 度 组 成 的 连 续 分 布 曲 线 和 粉 末 的 平 均 粒 度。3 平 均 粒 度（Average particle size）常 用 平 均 粒 度 的 表 示 方 法：算 术 平 均 径 Da=ND/ENi体 积 平 均 径 D.=（N d/N j”3面 积 平 均 径 DA=

35、（Nd/NJ 1/2比 表 面 平 均 径 DSP=K/（P S）K=颗 粒 的 形 状 因 子；P=颗 粒 的 密 度 4 粒 度 分 析 方 法 4.1筛 分 析（Screening）：适 合 于 较 粗（38um）粉 末 的 粒 度 分 析。测 得 粉 末 颗 粒 的 最 大 外 形 尺 寸。目 或 网 目 数 m：指 筛 网 上 一 英 寸 长 度 内 的 网 孔 数。目 数 t,网 孔 Im=25.4/（a+d）其 中 a=网 孔 尺 寸；d=网 丝 径。且 一 英 时 等 于 25.4mm。筛 网 标 准:使 用 较 多 的 是 泰 勒 筛 制。其 分 度 方 法 是 以 200目

36、 的 筛 孔 尺 寸（0.074mm）为 基 准，依 次 乘 以 主 模 数 力 得 到 比 得 200目 更 粗 的 150、100、65、48、3 5 目;对 于 小 于 200目 的 筛 网，则 依 次 除 以 主 模 数 22得 到 比 200目 更 细 的 270、400目。若 所 需 的 筛 网 粒 级 更 加 密 集，则 可 用 副 模 数 2 去 乘 或 除。与 上 一 筛 制 相 比 较，筛 网 数 量 增 加 一 倍。筛 分 析 法 简 单 快 捷，工 业 用 铁、铜 基 粉 末 常 采 用 此 法 来 分 析 粉 末 的 粒 度 组 成。4.2 显 微 镜 法(Micro

37、scopy)：A 光 学：粒 度 大 于 1 U m；B 电 镜：粒 度 大 于 0.001Pm0此 法 测 得 的 是 颗 粒 定 向 径 或 投 影 径。并 且，易 于 观 察 颗 粒 的 表 面 形 貌。借 助 于 图 像 分 析 仪 可 进 行 快 速 定 量 分 析。4.3 沉 降 分 析(Sedimentation)：适 合 于 粒 度 细 小 粉 末 的 分 析。原 理：重 力 G=n(fpg/6浮 力 F=J i d3 P(,g/6运 动 阻 力 R=3 n d n Vo沉 降 天 平 法 测 定 根 据 斯 托 克 斯 Stocksian公 式，在 静 止 在 水 中，物 体

38、 沉 降 速 度 与 其 直 径 平 方 成 正 比：一(夕 pJg小 其 中：P 1 沉 降 物 质 密 度 g/cm3;P 2 介 质 密 度 g/cm3;d 颗 粒 直 径 cm;H 介 质 粘 度 当 颗 粒 受 力 处 于 平 衡 状 态 时(即 EFi=0),颗 粒 在 液 体 中 匀 速 运 动。不 难 想 象，粒 度 较 粗 的 颗 粒 在 沉 降 初 期，因 受 到 较 大 的 重 力 作 用 而 具 有 较 大 的 初 速 度 而 较 快 地 到 达 沉 降 天 平 的 托 盘。细 小 颗 粒 较 后 到 达。单 位 用 厘 米 克 秒 表 示：d=175(n/(P-Po)

39、-5(h/t)-5)n=沉 降 介 质 的 粘 度；P=颗 粒 的 密 度(有 效 密 度)；P 0=介 质 的 密 度；h=沉 降 起 始 高 度；1=沉 降 时 间 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(P 1-P 2)/(18 H)这 里，H=height=0.1mg=地 球 引 力 常 数=9.8m/s2(1=颗 粒 直 径=8X 10-6mP l=Ni 粉 密 度=8.9X 103kg/m3P 2=水 密 度=103k

40、g/m3n=水 的 粘 度=10-3kg/m/s算 出 的 速 度 为 2.8X10-4m/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 X 10-3一 般 采 用 沉 降 天 平 分 析。4.4 X-射 线 衍 射：纳 米 粉 末 的 粒 度 分 析 4.5 激 光 衍 射 5 粉 末 比 表 面(Specific surface area)粉 末 克 比 表 面 Sm：1克 质 量 的 粉 末 所 具 有 的 总 表 面 积，ng；粉 末 体 比 表 面 Sv：单 位 体 积 粉 末 所 具 有 的 总 表 面

41、积，m o便 于 不 同 材 质 粉 末 的 比 表 面 大 小 的 比 较。二 者 间 的 关 系：5丫=松 义 5,对 于 颗 粒 形 状 相 似 的 粉 末 体，S J,颗 粒 尺 寸 I o 粉 末 颗 粒 的 比 表 面 取 决 于 颗 粒 形 状、粉 末 粒 度 及 其 组 成、颗 粒 的 表 面 粗 糙 程 度。粉 末 的 比 表 面 决 定 了 粉 末 的 成 形 性 和 烧 结 性 的 好 坏，是 粉 末 的 重 要 性 能。3.1气 体 吸 附 法 一 BET法（测 量 二 次 颗 粒 和 一 次 颗 粒），原 理：利 用 气 体 在 固 体 表 面 的 物 理 吸 附 测

42、 定 物 质 比 表 面 的 原 理 是：测 量 吸 附 在 固 体 表 面 上 气 体 单 分 子 层 的 质 量 或 体 积，由 气 体 分 子 的 截 面 积 换 算 出 单 位 质 量 粉 末 的 表 面 积。Sm=VmN o V（224OOM）V 卡 吸 附 在 粉 末 颗 粒 表 面 的 单 分 子 气 体 的 总 体 积；此=阿 佛 加 德 罗 常 数；被 吸 附 气 体 分 子 的 截 面 积；M=粉 末 质 量 气 体 被 吸 附 是 由 于 固 体 表 面 存 在 有 剩 余 力 场，根 据 这 种 力 的 性 质 和 大 小 不 同，分 为 物 理 吸 附 和 化 学 吸

43、 附。前 者 是 范 德 华 力 的 作 用，气 体 以 分 子 状 态 被 吸 附;后 者 是 化 学 键 力 起 作 用，相 当 于 化 学 反 应，气 体 以 原 子 状 态 被 吸 附 测 试 方 法：分 为 容 量 法 和 质 量 法。前 者 直 接 测 量 被 吸 附 单 分 子 气 体 的 体 积，而 后 者 则 称 量 吸 附 前 后 粉 末 质 量 的 变 化，得 到 吸 附 量，再 转 换 成 气 体 分 子 的 体 积。5.2 空 气 透 过 法（Air perm eability）：测 量 空 气 流 过 一 定 厚 度 粉 末 床 后 压 力 的 变 化。适 合 于

44、微 小 粉 末 粒 度 和 比 表 面 的 测 定。F s s s气 体 透 过 法 测 外 比 表 面，测 二 次 颗 粒 3 粉 末 的 工 艺 性 能（Processing property）1 粉 末 松 装 密 度（叩 parent density）与 振 实 密 度（t叩 or packing density）松 装 密 度（俗 称 松 比）P粉 末 在 规 定 条 件 下 自 然 填 充 容 器 时，单 位 体 积 内 粉 末 质 量。取 决 于 粉 末 的 制 备 方 法 粉 末 颗 粒 的 形 状（导 致 机 械 啮 合 和 产 生 拱 桥 效 应 的 机 会）、颗 粒 的

45、密 度（自 然 填 充 的 动 力，固 体 的 理 论 密 度 和 内 孔 隙 存 在 与 否）及 表 面 状 态（粗 糙 程 度，决 定 了 颗 粒 之 间 的 摩 擦 力）、粉 末 的 粒 度 及 其 组 成（一 拱 桥 效 应 一 粉 末 颗 粒 间 的 摩 擦 力+颗 粒 重 力）及 粉 末 的 干 湿 程 度（液 膜 导 致 颗 粒 间 粘 附 力）。a、粒 度：粒 度 小，流 动 性 差，松 装 密 度 小 b、颗 粒 形 状：形 状 复 杂 松 装 密 度 小 粉 末 形 状 影 响 松 装 密 度，从 大 到 小 排 列：球 形 粉 类 球 形 不 规 则 形 树 枝 形 c、

46、表 面 粗 糙，摩 擦 阻 力 大，松 装 密 度 小 d、粒 度 分 布：细 分 比 率 增 加，松 装 密 度 减 小；粗 粉 中 加 入 适 量 的 细 粉，松 装 密 度 增 大;如 球 形 不 锈 钢 粉 e、粉 末 经 过 适 当 球 磨 和 氧 化 之 后，松 装 密 度 提 高 f、粉 末 潮 湿，松 装 密 度 提 高 g.颗 粒 密 度：颗 粒 密 度 大，自 动 填 充 能 力 强，松 装 密 度 大粉 末 振 实 密 度(tap density)在 规 定 的 条 件 下，粉 末 受 敲 打 或 振 动 填 充 规 定 容 器 时 单 位 体 积 的 粉 末 质 量。振

47、 动 作 用 为 颗 粒 间 的 相 互 填 充 创 造 条 件(输 入 动 力 和 减 小 颗 粒 间 填 充 前 的 摩 擦 力)。因 而，其 数 值 大 于 粉 末 的 松 比。振 动 使 粉 末 颗 粒 堆 积 紧 密，但 粉 末 体 内 仍 存 在 大 量 的 空 隙，所 占 体 积 称 为 空 隙 体 积。空 隙 体 积 与 粉 末 体 的 表 观 体 积 之 比 称 为 孔 隙 度 0;.粉 末 体 的 孔 隙 度 e=孔 隙 体 积/粉 末 表 观 体 积=b P/P”(相 对 密 度 d)；.相 对 体 积 B 是 相 对 密 度 的 倒 数 讪=P P L 且 9=1 T/

48、BP/P 现 比 值 称 为 粉 末 体 的 相 对 密 度，用 d 表 示，其 倒 数 B=l/d 称 为 相 对 体 积。粉 末 体 的 孔 隙 度 或 密 度 是 与 颗 粒 形 状、颗 粒 的 密 度 和 表 面 状 态、粉 末 的 粒 度 和 粉 末 组 成 有 关 的 一 种 综 合 性 质。由 大 小 相 同 的 规 则 球 形 颗 粒 组 成 的 粉 末 的 孔 隙 度 时，9=0.4 7 6,最 松 散 的 堆 积 0=0.2 5 9,最 紧 密 的 堆 积 如 果 颗 粒 的 大 小 不 等，较 小 的 颗 粒 填 充 到 大 颗 粒 的 间 隙 中，孔 隙 度 将 降 低

49、；颗 粒 形 状 影 响 孔 隙 度，形 状 越 复 杂，孔 隙 度 越 大；2 流 动 性(flowability,flow rate)：5 0 克 粉 末 从 标 准 漏 斗 流 出 所 需 的 时 间，以 秒/50g表 示 一 般 来 说，粉 末 的 流 动 性 与 其 松 比 成 正 比。即 粉 末 的 松 装 密 度 愈 高，其 流 动 性 愈 好。粉 末 的 流 动 性 反 映 颗 粒 间 内 摩 擦 力 的 大 小。在 粉 末 压 制 过 程 中，流 动 性 决 定 了 粉 末 填 充 模 腔 的 均 匀 性 和 自 动 压 制 可 实 现 程 度。若 粉 末 的 流 动 性 太

50、 差，需 对 粉 末 进 行 制 粒 处 理。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 下 降 a、与 颗 粒 密 度 和 粉 末 松 装 密 度 有 关：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 spherical A 1 粉，尽 管 相 对 密 度 较 大，但 由 于 颗 粒 密 度 小，流 动 性 仍 比 较 差；b