材料工程基础讲稿30.ppt

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1、粉末冶金概论用金属粉末或与非金属粉末的混合物为原料，经成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。与生产陶瓷有相似处——金属陶瓷法。1、粉末冶金工艺1）制取金属粉末、合金粉末、金属化合物以及包覆粉末；2）原料粉末成形；3）烧结4）处理制得成品。2、粉末冶金的发展简史粉末冶金材料和制品出现年代钨1909难熔碳化物1900--1914电触头材料1917--1920WC-Co硬质合金1903--1925烧结摩擦材料1929多孔青铜轴承1921--1930WC-TiC-Co硬质合金1929—1932烧结磁铁1936多孔铁轴承1936机械零件、合金钢机械零件1936-

2、-1946烧结铝1946金属陶瓷(TiC-Ni)1949钢结硬质合金1957粉末高速钢1968超细化粉末冶金1980现代：高纯度、超细化粉末材料，如生物、特殊功能材料超导等3、粉末冶金的特点在技术上和经济上具有一系列的特点。从制取材料方面来看，能生产具有特殊性能的结构材料、功能材料和复合材料。1)粉末冶金方法能生产用普通熔炼法无法生产的具有特殊性能的材料：控制孔隙度：如可生产各种多孔材料、多孔含油轴承等；利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材料，例如，钨-铜假合金型的电触头材料、金属和非金属组成的摩擦材料等；生产各种复合材料，如由难熔化合物和金属组成的

3、硬质合金和金属陶瓷、弥散强化复合材料；纤维强化复合材料等。2)生产的某些材料，与普通熔炼法相比具有新的特点：高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法好，如粉末高速钢、粉末超合金可避免成分的偏析→具有均匀的组织和稳定的性能，同时具有细晶粒组织使热加工性改善；生产难熔金属材料或制品，一般依靠粉末冶金法，例如，钨、钼等难熔金属，即使用熔炼法能制造，但比粉末冶金的制品的晶粒要粗，纯度要低。从制造机械零件看，制造机械零件具有少切屑、无切屑特点，减少机加工量，节约金属材料，提高劳动生产率。不足之处，如粉末成本高、粉末冶金制品的大小和形状受到一定的限制，烧结零件的韧性较差等。第一章粉末的制取§1

4、.1概述材料粉体工程中，粉末的制取是重要的初始环节。粉末制取技术：机械粉碎法、还原法、雾化法、电解法、沉积法等，可以制取金属粉末、无机非金属粉末、高分子材料粉末及生物粉料。如将水泥和面粉包括在内，则机械粉碎法的生产规模最大。在现代材料粉体工程中，重点研究的还是金属和陶瓷的微粉制备技术。从这个观点出发，目前还原法制粉的生产规模最大，雾化法及电解法次之。制粉方法可归纳为三类：机械制粉、物理制粉和化学制粉。机械制粉：通过机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法；物理制粉：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末；化学制粉：依靠化学反应或

5、电化学反应过程，生成新的粉态物质，化学制粉的方法很多，主要有还原法、热分解法、沉淀法、电解法等。1、粉末的基本特性粉体的基本性质：粉末共性，与材料的类型无关。对于粉体，除了解因材料种类不同而引起的物性区别外，还应分析：单个颗粒及颗粒的聚集状态。单个颗粒:内部没有孔隙的致密材料：非晶、单晶或是内部晶界密度不很高的多晶体。颗粒聚集体:是由单个颗粒以弱结合力构成的。二次颗粒：一次颗粒与孔隙，低于该材料的理论密度；结合强度：内部的单颗粒间是弱连接方式结合。一次颗粒：内部原子的断键过程→↑能量输入；二次颗粒：界面的弱结合力断开，由界面能→表面能，能量的输入↓。颗粒大小与粉体材料的性质

6、之间的相互关系：根据目前的习惯划分，颗粒大小分为以下几个范围:粗颗粒150-500μm中颗粒44-150μm细颗粒10-44μm极细颗粒0.5-10μm纳米颗粒＜0.1μm颗粒的不断细化，必然导致材料性能性能的变化。表1-1立方体细化的数据上表数据说明:细化过程→总表面增加的同时，立方体的棱边及顶角数剧增加。从材料的结构角度考虑，无论何种大小的颗粒，都可认为是由内部结构和表层结构组成。内部结构：材料的晶体学结构，材料及材料的制备方法确定后，内部结构也就同时确定；表层结构与内部结构不同，是集中在表层的几个原子范围内。按照材料的结构决定材料的性质这一基本准则，可以得出结论:颗粒

7、内部性质与表层性质是不同的。当颗粒较大时，表层原子所占的比例很小，可不考虑此影响。但是随着颗粒不断细化，大量的内部原子移至表面，表层结构对材料性质的影响将成为主要因素，最主要的是粉体的比表面积增大，表面能增大。粉末颗粒有：球状、片状、蝶状、树枝状、不规则状、多孔状、多角状等。测量粉末直径时应注意聚集状颗粒的影响。§1.2机械制粉方法1、机械研磨法利用动能来破坏材料的内结合力→分裂产生新的界面。提供动能的方法：如锤捣、研磨、辊轧等。球磨制粉要素:球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质→对研磨效率有直接的影响。在球磨过程中，