粉末冶金期未考试重点资料.docx

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粉末冶金期未考试重点资料

一．名词解释

1.一次颗粒：

粉末中能分开并独立存在的最小实体。

2.二次颗粒：

单颗粒与相邻的颗粒黏附，由单颗粒以某种方式聚集而成

3.电化当量：

向电解槽中通入26.8安培·时电量，就有1克当量的物质析出，这就是电化当量的概念

4.松装密度：

是粉末试样自然地充满规定的容器时，单位容积的粉末质量。

5.致密度：

致密度是指晶胞中原子本身所占的体积百分数，即晶胞中所包含的原子体积与晶胞体积的比值。

6.收缩密度：

7.粉末成形：

具体部件具有一定的几何形状和尺寸,利用外力或粘结剂联结松散状态粉末体中的颗粒，将粉末体转变成具有足够强度和尺寸精度的几何体的过程

8.单元系烧结：

纯金属或稳定成分化合物，在其熔点以下的温度进行固相烧结过程。

9.多元系烧结：

由两种或两种以上的组分构成的烧结体系，在其低熔组分的熔点以下温度所进行的固相烧结过程。

10.液相烧结：

在烧结过程中存在液相,以超过系统中低熔组分熔点的温度所进行的烧结过程。

11.合批：

化学成分相同，粒度不同的粉末的混合工序

12.脱模压力：

使压坯由模中脱出所需的压力

13.弹性后效：

当压力去除之后和将压坯脱拱之后，由于内应力作用，压坯尺寸胀大的现象

二．解答题

一．雾化制粉粉末性能的影响因素有哪些？

（1）雾化介质。

1）雾化介质类别的影响。

雾化介质分为气体和液体两类，气体可用空气和惰性气体（氧、氩）等，液体主要用水。

2）介质压力的影响。

实践证明，气体压力越大，所得粉末越细。

（2）金属液流。

1）金属液的表面张力和粘度的影响。

在其他条件不变时，金属液的表面张力越大，粉末呈球形的越多，粉末粒度也较粗；相反，金属液的表面张力越小时，液滴易变形，所得粉末多呈不规则形状，粒度也减小。

2）金属液过热温度的影响。

在雾化压力和喷嘴相同时，金属液过热温度越高，细粉末产出率越高，越容易得球形粉末。

3）金属液流股直径的影响。

当雾化压力与其他工艺参数不变时，金属液流股直径越细，所得细粉末也越多。

（3）其他工艺因素。

1）喷射参数的影响。

金属液流长度短、喷射长度短、喷射顶角适当都能充分地利用气流的动能，从而有利于雾化得到颗粒粉末。

2）聚粉装置参数的影响。

液滴飞行路程较长，有利于形成球化颗粒，粉末也较粗。

二．氢气还原氧化铁，氧化钨P35

氢还原法制取铁粉

氢还原法制取钨粉

三．给出温度，求平衡常数

1.P35lgKp=-997/T+0.64

2.P38Kp=PH2O/PH2

四．球磨制粉的影响因素P13

（1）球磨筒的转速。

转速不同，所得到的粉末大小不同

（2）装球量。

在一定范围内增加装球量能提高研磨效率

（3）球料比。

在研磨中药注意球与料的比列，料太少磨损太大；料过多，则研磨面积不够，不能很好地磨细粉

（4）球的大小。

球的大小对物料的粉碎有很大的影响。

如果球的直径小，对物料的冲击力小。

球大数量少，效率降低

（5）研磨介质。

物料不同，所选取的研磨介质也不同

（6）被研磨物料的性质。

物料是脆性还是塑形对研磨过程由很大的影响。

五．单向压制和双向压制密度的分布规律

单向压制，由于外摩擦压力损失致使压坯密度分布不均匀，上端有效压制压力大、密度大，下端有效压制压力小、密度小；

双向压制时，两端有效压制压力大、密度高，中间有效压制压力相对小、密度较两端低。

并且压坯密度分布较单向压制的均匀。

六．粉末粒度，分布，形貌与松装密度的关系

（1）粉末越细松装密度越小

（2）粉末形状越复杂松装密度越小

（3）粉末质量（粉末颗粒中孔隙因素）越小、松装密度越小

（4）在部分教大直径的粉末中加入少量较小粒径的粉末，构成一定粒度分布,有利于提高松装密度

七．粉末压制过程中的影响因素

1.粉末原料的影响。

（1）粉末性能的影响。

粉末纯度愈高，压缩性愈好，粉末塑性好、压缩性好、压坯强度高

（2）粉末粒径的影响：

粉末颗粒越粗，压缩性好，流动性，松装密度提高，但成形性较差，压坯啮度可能会降低，粉末粒度分布对流动性和成形性都有影响

（3）颗粒形状，球形粉末，流动性好，压缩性好，但成型性差，压坯密度偏低

（4）高径比，高径比增加，摩擦作用增加

2.润滑剂和成形剂的影响。

使用润滑剂和成形剂可以降低压制压力脱模压力，改善密度分布，增大压坯强度，减少模具损耗，改善产品表面光滑度等。

3.压制方式的影响。

（1）加压方式不同，所得到的产品的密度分布不同。

（2）保压时间。

保压有利于消除弹性后效、提高压胚的密度和强度

八．烧结机构的迁移方式

1）表面迁移:

颗粒表面迁移到颈部表面

包括表面扩散和蒸发-凝聚两个过程

2）体积迁移：

由颗粒内部的物质迁移到颈部

包括体积扩散，粘性流动，塑性流动，晶界扩散，位错管道扩散

九．粉末烧结三个阶段的具体内容

1）黏结阶段-烧结初期

颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈。

2）烧结颈长大阶段-烧结中期

原子向颗粒结合面大量迁移，使烧结颈扩大，颗粒间的距离缩小，形成连续的孔隙网络；同时由于晶粒长大，晶界越过孔隙移动，而被晶界扫过的地方，孔隙大量消失。

3）闭孔隙球化和缩小阶段-烧结后期

当烧结体密度达到90％以后，多数孔隙被完全分隔，闭孔数量增加，孔隙形状趋近球形并不断缩小。

一十．温压，等静压技术的定义，优缺点，应用

温压技术：

粉末与模具被加热到较低温度（一般为150℃）下的刚模压制方法.

优点：

1）低成本制造高性能零部件2）压坯密度高

3）便于制造形状复杂的零部件4）零件强度高5）零件表面质量高6）压制压力降低

缺点：

①对压模材料要求高,压模寿命短;②单件生产、效率低;③制品成本高;④制品表面相对粗糙、精度低,一般还需要补充机加工.

等静压成形是指，借助于高压流体的静压力作用，使粉末在各个方向上均衡地受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯的成形方法。

优点：

①能成形凹形、空心等复杂形状.②粉末与弹性模具间相对移动很小、摩擦损耗小,压制压强较钢模低.③能压制各种金属粉末及非金属粉末;压坯密度分布均匀.④压坯强度较高.⑤成本低廉.⑥能在较低温度下制得接近完全致密的材料.

缺点：

①压坯尺寸精度和表面光洁度都比钢模压制低;②生产效率低于自动钢模压制;③模具寿命比金属压模要短得多;

应用：

一十一．多元系固相烧结的影响因素

合金化模型

互不溶系固相烧结

一十二．纳米块体材料烧结注意事项，怎么细化粒度

3.3纳米粉末的烧结特性

1）低的烧结活化能

40nmW粉：

134kJ/mol。

传统Wpowder:

VD-580kJ/mol;SD-300kJ/mol

2）低的烧结温度:

0.2Tm

热激活过程导致纳米结构不稳定

烧结温度限制在能保持亚稳结构的温度之下

0.21Tmfor40nmFepowder;

0.24Tmfor9nmWpowders

3）烧结机构：

位错运动，晶粒旋转，粘性流动，晶界滑移与扩散是烧结过程的主要机构。

4）孔隙分布为双峰分布，颗粒间的孔隙和团聚颗粒内部的孔隙

团聚体内部的孔隙须经过空位扩散才能消除。

必须提高烧结温度，却带来晶粒长大问题

3.4获得纳米晶块体材料的技术措施

1）无团聚的纳米粉体

a.细小而均匀的孔隙结构

b.便于消除可能产生的内孔隙

2）高的压坯密度

纳米粉末颗粒具有极高的内摩擦，阻碍颗粒重排列

金属：

大于95%；陶瓷：

75-90%

a.孔隙细小且均匀分布

b.超高压压制

30nmFe:

200℃,3Gpa:

99%

65nmNi：

500℃,5.6Gpa:

>99%

c.润滑剂的湿态压制

3）烧结技术：

常规烧结

以高压坯密度、孔隙细小且均匀分布的压坯为基础，进行烧结过程的控制。

添加晶粒长大抑制剂

非常规烧结

加压烧结；场致烧结技术（FAST-fieldassistedsinteringtechnique）；冲击波烧结；微波烧结

加压烧结：

通过压力作用，可激活应力致塑性流动和应

力激活扩散的烧结机构。

包括：

HP：

100-1000MPa

HIP：

仅在Cu-NbC复合材料中获得了100nm以下的纳米晶块体材料（因时间长）

QUICK-HIP：

电固结工艺：

烧结锻造：

破坏大孔隙。

对陶瓷而言，注意控制锻造变形速度，否则会导致部件的断裂。

超高压烧结：

利用高压釜（六面顶或两面顶）：

5-7GPa

场致烧结技术:

使颗粒表面活化，使致密化在更低的温度下进行。

等离子活化烧结（SPS）：

950℃,1Gpa:

93nm,>99%的氧化铝；

700℃,8Gpa：

25nm,>97%氧化铝陶瓷。

脉冲放电烧结：

冲击波烧结:

最大压力峰值达几十个Gpa，15nm的TiAl合金。

使粉体产生塑性屈服和导致颗粒间接触区的局部熔化。

微波烧结：

0.3-300GHz

一十三．液相烧结的优缺点，技术特点

优点:

①由液相引起的物质迁移要比固相扩散快;②液相产生的毛细力促使液相流动和颗粒发生适位的位移（重排）,提高烧结速度;③最终,液相将填满烧结体内的孔隙,可以获得密度高、性能好的产品.

缺点：

①尺寸控制较固相烧结难.有些材料烧结过程会发生膨胀.②可能出现变形、开裂和坍塌.液相烧结过程中压坯强度较低,同时,压坯的密度不均匀,在液相烧结过程中会造成收缩不均匀,可能引起较大的变形、甚至造成开裂.

技术特点：

可分为三个阶段

（1）液相流动与颗粒重排阶段

（2）固相溶解-再析出阶段

（3）固相烧结阶段

一十四．粉末冶金与传统技术的比较

优点：

①能够制备部分其他方法难以制备的材料，如难熔金属，假合金、多孔材料、特殊功能材料（硬质合金）；

②因为粉末冶金在成形过程采用与最终产品形状非常接近的模具，因此产品加工量少而节省材料；

③对于一部分产品，尤其是形状特异的产品，采用模具生产易于，且工件加工量少，制作成本低,如齿轮产品。

缺点：

①由于粉末冶金产品中的孔隙难以消除，因此粉末冶金产品力学性能较相同铸造加工产品偏低；②由于成形过程需要模具和相应压机，因此大型工件或产品难以制造；③规模效益比较小（优点：

材料利用率高，加工成本较低，节省劳动率，可以获得具有特殊性能的材料或产品，缺点：

由于产品中孔隙存在，与传统加工方法相比，材料性能较差