粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺.ppt

06十一月2024第一节粉体成型原理
一、粉料的基本物理性能
1.粒度(ParticleSize)和粒度分布(ParticleSizeDistribution)

粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒半径r或直径d表示。粒度分布是指多分散体系中各种不同大小颗粒所占的百分比。2.颗粒的形态与拱桥效应
人们一般用针状、多面体状、柱状、球状等来描述颗粒的形态。
粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得多，就是因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙图表，以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种现象称为拱桥效应（见图7-1）。3.粉体的表面特性
（1）粉体颗粒的表面能(surfaceenergy)和表面状态
粉体颗粒表面的“过剩能量”称为粉体颗粒的表面能。
表7-1是当粒径发生变化时，一般物质颗粒其原子数与表面原子数之间的比例变化。
（2）粉体颗粒的吸附与凝聚(Coagulation)
一个颗粒依附于其它物体表面上的现象称之为附着。而凝聚则是指颗粒间在各种引力作用下的团聚。4.粉料的堆积（填充）特性(PackingProperty)
单一颗粒（即纯粗颗粒或细颗粒）堆积时的空隙率约40%。若用二种粒度（如平均粒径比为10:1）配合则其堆积密度增大；而采用三级粒度的颗粒配合则可得到更大的堆积密度。
5.粉料的流动性(FlowingProperty)
粉料虽然由固体小颗粒组成，但由于其分散度较高，具有一定的流动性。当堆积到一定高度后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥体（图7-2），其自然安息角（偏角）α保持不变。二、压制成型原理
压制成型是基于较大的压力，将粉状坯料在模型中压成块状坯体的。
1.压制成型过程中坯体的变化
（1）密度的变化
（2）强度的变化
（3）坯体中压力的分布
图7-3为单面加压是坯体内部压力分布情况。2.影响坯体密度(Density)的因素
（1）成型压力
压制过程中，施加于粉料上的压力主要消耗在以下二方面：
1）克服粉料的阻力P1，称为净压力。
2）克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2，称为消耗压力。
压制过程中的总压力P=P1+P2，即成型压力。
（2）加压方式图7-4为加压方式和压力分布关系图。
（3）加压速度
（4）添加剂的选用3.对压制用粉料的工艺性能要求
由于压制成型时粉料颗粒必须能充满模型的各个角落，因此要求粉料具有良好的流动性。为了得到较高的素坯密度，粉料中包含的气体越少越好，粉料的堆积密度越高越好。三、可塑泥团的成型原理
1.可塑泥团的流变特性(RheologicalBehavior)
图7－5为粘土泥团的应力－应变曲线。
图7－6表示了粘土的含水量与其应力－应变－曲线的关系。2.影响泥团可塑性的因素
（1）固相颗粒大小和形状
一般地说，泥团中固相颗粒愈粗，呈现最大塑性时所需的水分愈少，最大可塑性愈低；颗粒愈细则比表面愈大，每个颗粒表面形成水膜所需的水分愈多，由细颗粒堆积而成的毛细管半径越小，产生的毛细管力越大，可塑性也高。不同形状颗粒的比表面是不同的，因而对可塑性的影响也有差异。
（2）液相的数量和性质
水分是泥团出现可塑性的必要条件。泥团中水分适当时才能呈现最大的可塑性，如图7-7所示。3.对可塑坯料的工艺性能要求
可塑性好，含水量适当，干燥强度高，收缩率小，颗粒细度适当，空气含量低。四、泥浆/粉浆的成型原理
1.泥浆的流变特性
（1）泥浆的流动曲线
图7-8为一些陶瓷原料泥浆的流动曲线。
（2）影响泥浆流变性能的因素
1）泥浆的浓度
图7-9为不同浓度的可塑泥浆的流动曲线。
2）固相的颗粒大小
一定浓度的泥浆中，固相颗粒越细、颗粒间平均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻力增大，流动性减少。3）电解质的作用
向泥浆中加入电解质是改善其流动性和稳定性的有效方法。
4）泥浆的pH值
pH值影响其解离程度，又会引起胶粒ζ-电位发生变化，导致改变胶粒表面的吸力与斥力的平衡，最终使这类氧化物胶溶或絮凝。2.注浆成型对泥浆的工艺性能的要求
制备出的泥浆应能够满足下列基本要求：流动性好，稳定性好，适当的触变性，含水量少，滤过性好，坯体强度高，脱模容易，不含气泡。第二节粉体制备技术
一、粉碎(Porphyrization)与机械合金化(MechanicalAlloying)方法
粉碎的过程是由机械能转变为粉料表面能的能量转化过程。机械粉碎法因其设备定型化，产量大，容易操作等特点，被广泛地应用于粉末生产中。
在相同的工艺条件下，添加少量的助磨剂往往可使粉碎效率成倍地提高（图7-10）。二、合成法(Synthetic)
1.原料合成的目的和作用
2.合成方法
（1）金属粉末的合成方法
1）还原法(ReductionMethod)
还原法的基本原理就是所使用的还原剂对氧的亲和力比相应金