陶瓷核燃料工艺第4章.docx

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1、第4章陶瓷粉末成型原理及工艺4.1成型前粉末的预处理成型是粉末冶金工艺的第二个基本工序，是使粉末密实成具有一定形状、尺寸、孔隙度及强度的压坯的工艺过程。为了改善粉末成型过程和制品最终性能，在成型之前一般都要对原料粉末进行预处理，包括：热处理（退火或煅烧）、混合、筛分、加成型剂和润滑剂、制粒等。1.热处理（退火或煅烧）退火主要是针对金属粉末而言的，其目的为：使金属粉末中的氧化物还原，降低氧含量，提高粉末的纯度；消除金属粉末的加工硬化，恢复粉末的成型塑性（用还原法、机械球磨法、电解法、喷雾法以及羰基离解法等制备的金属粉末通常都要经过退火处理）；

2、使某些超细金属粉末表面钝化，以防止发生自燃现象。例如，一般在300℃、H2气中将电解Cu粉进行退火处理；电解Fe粉或电解Ni粉通常在700℃、H2气中或真空中进行退火处理。煅烧主要是针对陶瓷粉末而言的，其目的是：除去所吸附的杂质；使两种或两种以上的混合粉末发生固态反应而形成所需要的相结构；调整粉末的粒度和松装密度以满足压型技术的需要。对于象TiC、TiB2、UC、UN、U3Si2等一些易氧化和易燃的非氧化物陶瓷超细粉末，最好在低氧手套箱内进行操作，并且在移出手套箱之前要在氧分压可控的电炉内加热进行表面钝化处理。2.混合混合是指将两种或两种以

3、上不同成分的粉末混合均匀的过程。而合批一般是指将不同批次生产的、成分相同、但粒度不同的粉末进行混合。混合方法一般有机械法和化学法两种。其中，最简单、应用最广泛的是机械法，即将不同成分的粉末机械地掺和均匀而不发生化学反应。常用的混合机有V型混合机、（单、双）锥型混合机、螺旋混合机、三维运动混合机、球磨机等。机械法混料又可分为干混和湿混两种。加入磨球有利于提高混合效率，甚至还能使粉末粒度减小；但是，有时为了避免金属粉末在混合过程中产生加工硬化，或为了避免金属或陶瓷粉末的粒度发生变化，一般就不用磨球。干混法几乎对于所有物料都适用。湿混法在制备硬质

4、合金（Co-WC等）的混合料中应用广泛；在对有毒性、易氧化的粉末进行混合时，湿混法具有明显的优点。湿混时使用的液体介质一般为乙醇、丙酮、汽油、水等。为了保证湿混过程能顺利进行，对湿混介质的要求是：不与物料发生化学反应，沸点低易挥发，无毒性，来源广泛成本低廉等。湿磨液体介质的加入量必须适当，过少时料浆粘度增加，使球的运动困难，球磨效率降低；过多时料浆体积增大，球与球之间的粉末数量相对减少，也会使球磨效率降低。化学混合法是先将金属或化合物粉末与另一种金属的盐溶液混合均匀，然后经化学沉淀反应、过滤、洗涤、干燥、煅烧等，就可以得到均匀分布的混合粉末

5、。这种混合法又叫包裹沉淀法。例如，要将少量的MgO粉末（掺杂剂）与大量的Al2O3粉末（基体）混合均匀，可以先将Al2O3粉末分散在蒸溜水中形成悬浮液，加入氨水调节pH值，然后一边搅拌一边缓慢滴入Mg(NO3)2溶液，于是形成的Mg(OH)2沉淀便包裹住Al2O3颗粒，再经过滤、洗涤、干燥、煅烧后，就得到了混合非常均匀的Al2O3-MgO复合粉末。显然，化学法的粉末混合均匀性优于机械法，因此，在现代粉末冶金生产中，为了进一步提高产品的质量，广泛采用化学混合法。例如，用化学混合法来制造W-Cu-Ni高密度合金、Fe-Ni磁性材料、Ag-CdO

6、触头合金等。当然，化学法的缺点是工序较多，操作较麻烦，劳动条件较差。1.筛分筛分的目的是将颗粒大小不同的原始粉末或球磨后的粉末进行分级，或将几种粒度不同的粉末进行合批。在筛分过程中，颗粒表面棱角可能被滚圆，小颗粒被滚动成较大的二次颗粒，从而起到制粒的作用。通常用标准筛网制成的筛子或振动筛来筛分。对于超细粉末的筛分，采用标准筛网进行分级的效率较低，因而一般采用空气分级的方法。2.加成型剂和润滑剂在压制成型前，为了改善粉末的成型性，提高压坯的强度，通常需要加入成型剂，又叫粘结剂，如硬脂酸锌、石蜡、聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、合成橡胶

7、等。对硬脂酸锌的要求是：金属锌含量为10.2%～11.2%，游离脂肪酸＜0.5%，水＜0.5%，粒度-200目。另外，为了降低粉末压型时颗粒与模壁和模冲之间的摩擦力、改善压坯的密度分布、减少模具磨损和有利于脱模，通常加入润滑剂，如石墨粉、硫磺粉、BN粉、MoS2粉等。成型剂也可以起到一定的润滑作用。对石墨粉的要求是：灰分＜5.0%，硫＜0.2%，挥发物＜1.0%，夹杂＜0.8%，溶入盐酸的铁＜1.0%，粒度-200目。为了故意在烧结制品中造成一定的孔隙度，有时还要加入造孔剂。例如，在UO2陶瓷的制备中，通常加入U3O8或草酸铵作为造孔剂。又

8、如，在制造含油轴承、过滤器等多孔材料时，通常采用硬脂酸锌同时兼作润滑剂和造孔剂。选择成型剂、润滑剂的基本考虑是：有较好的粘结和润滑性能，在粉末中容易均匀分散，并且不与粉末发生化学