粉末和粉末的制取

粉末和粉末的制取演示文稿當前1頁，總共51頁。（優(yōu)選）粉末和粉末的制取當前2頁，總共51頁。2023-03-303微米級人造金剛石微粉（單晶）陶瓷氧化鋁微粉（YPA）粉末體和粉末顆粒當前3頁，總共51頁。2023-03-304機械合金化制備納米WC-Co復(fù)合粉末

粉末體和粉末顆粒當前4頁，總共51頁。2023-03-305納米級藥物粉末精確打擊癌細胞當前5頁，總共51頁。2023-03-306粉末體和粉末顆粒粉末體：簡稱粉末，是由大量顆粒及顆粒之間的空隙所構(gòu)成粒度小于1000μm的集合體（包括固體顆粒與顆粒間的孔隙）粉末顆粒（particle）：組成粉末的固體微粒致密體則是一種晶粒集合體。致密體內(nèi)沒有宏觀的孔隙，靠原子間的鍵力聯(lián)接；粉末體內(nèi)顆粒之間有許多小孔隙而且聯(lián)接面很少，面上的原子間不能形成強的鍵力。所以，粉末體不像致密體那樣具有固定形狀，而表現(xiàn)出與液體相似的流動性，然而由于粉末體在移動時，顆粒之間有相互的摩擦，故粉末的流動性是有限的。當前6頁，總共51頁。2023-03-307粉末體和粉末顆粒單顆粒：粉末中能將其分開并可獨立存在的最小實體稱為單顆粒。單顆粒如果以某種方式聚集就構(gòu)成所謂的二次顆粒，其中的原始顆粒就稱為一次顆粒。一次顆粒之間形成一定的粘結(jié)面，在二次顆粒內(nèi)存在一些微細的孔隙。一次顆?；騿晤w?？赡苁菃尉ьw粒，普遍情況下是多晶顆粒，但晶粒間不存在空隙。當前7頁，總共51頁。2023-03-308粉末體和粉末顆粒二次顆粒是由單顆粒以某種方式聚積而成，通常由化合物的單晶體或多晶體經(jīng)分解，焙燒，還原，置換或化合等物理化學(xué)反應(yīng)并通過相變或晶型轉(zhuǎn)變而形成；也可以由極細的單顆粒通過高溫處理（如煅燒，退火）燒結(jié)而成。二次顆粒又稱為聚合體或凝集顆粒。顆粒還可以團粒和絮凝體聚集。團粒：所謂團粒是由單顆?；蚨晤w?？糠兜氯A引力粘結(jié)而成的，其結(jié)合強度不大，用研磨、擦碎等方法或在液體介質(zhì)中就容易被分散成更細的團?；騿晤w粒。絮（xu）凝體：則是在粉末懸濁液中，由單顆?；蚨晤w粒結(jié)合成更松散的聚合顆粒。當前8頁，總共51頁。2023-03-309粉末顆粒結(jié)構(gòu)示意圖孔隙晶粒單顆粒單顆粒團?；蛘呔酆象w按ISO3252定義，晶粒（c）、顆粒（a2、a）、聚合體或團粒（b）的區(qū)別如右圖所示。團?；蛘呔酆象w是由顆粒和顆粒間的孔隙構(gòu)成的，習慣上也把聚合體稱為顆粒。當前9頁，總共51頁。2023-03-30102.粉末顆粒結(jié)晶構(gòu)造和表面狀態(tài)由于粉末生產(chǎn)過程不能提供使晶體充分生長的條件，造成顆粒外形和晶型不一致。制粉工藝對粉末顆粒的結(jié)晶構(gòu)造起著主要作用。一般粉末顆粒具有多晶結(jié)構(gòu)，而晶粒大小取決于工藝特點和條件，對于極細粉末可能出現(xiàn)單晶顆粒。粉末顆粒實際構(gòu)造的復(fù)雜性還表現(xiàn)為晶格的嚴重不完整性，即存在許多結(jié)晶缺陷，如空隙、畸變、夾雜等。所以粉末總是貯存有較高的晶格畸變能，具有較高的活性。當前10頁，總共51頁。2023-03-3011粉末顆粒結(jié)晶構(gòu)造和表面狀態(tài)粉末顆粒的表面狀態(tài)是十分復(fù)雜的，一般粉末顆粒越細，外表面越發(fā)達。同時粉末顆粒的缺陷多，內(nèi)表面也就相當大。外表面是可以看到的明顯表面，內(nèi)表面則包括裂紋、微縫以及與顆粒外表面聯(lián)通的空腔、空隙等，但不包括封閉在顆粒內(nèi)的潛孔。一般多孔性顆粒的內(nèi)表面要比外表面大幾個數(shù)量級。當前11頁，總共51頁。2023-03-3012粉末顆粒的形狀在粉末的物理性能中，除了粉末粒度和粒度分布外，粉末顆粒的形狀也十分重要。粉末顆粒形狀直接影響其工藝性能參數(shù)，對成形和燒結(jié)過程產(chǎn)生影響。粉末形狀和生產(chǎn)粉末的方法密切相關(guān)。一般來說，某一種生產(chǎn)方法基本上決定了該粉末的顆粒形狀。粉末生產(chǎn)中，一般由金屬氣態(tài)或熔融液態(tài)轉(zhuǎn)變成粉末時，粉末顆粒形狀趨于球形；由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉勰r，粉末顆粒形狀趨于不規(guī)則形。水溶液電解法制備的粉末多數(shù)呈樹枝狀。當前12頁，總共51頁。粉末顆粒形狀2023-03-3013顆粒的形狀是指粉末顆粒的幾何形狀。顆粒形狀可以籠統(tǒng)地劃分為規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀兩大類。當前13頁，總共51頁。2023-03-3014顆粒形狀與粉末生產(chǎn)方法的關(guān)系顆粒形狀粉末生產(chǎn)方法顆粒形狀粉末生產(chǎn)方法球形氣相沉積，液相沉積樹枝狀水溶液電解近球形氣體霧化，置換(溶液)多孔海綿狀金屬氧化物還原片狀塑性金屬機械研磨碟狀金屬旋渦研磨多角形機械粉碎不規(guī)則形水霧化，機械粉碎，化學(xué)沉淀當前14頁，總共51頁。機械法：將原材料機械的粉碎而化學(xué)成分基本上不發(fā)生變化的工藝過程。物理化學(xué)法：借助化學(xué)或物理的作用，改變原材料的化學(xué)成分和聚集狀態(tài)獲得粉末的過程。從制備方法的原理可以分為三大類：

機械制備法

物理制備法

化學(xué)制備法粉末的制備當前15頁，總共51頁。機械粉碎法霧化法還原法氣相沉積法液相沉積法電解法水熱法納米及超細粉末的制備技術(shù)粉末的制備當前16頁，總共51頁。固態(tài)金屬的機械粉碎既可以是一種獨立的制粉方法，又可以是其他方法的補充。機械粉碎是靠壓碎、擊碎和磨削等作用，將塊狀金屬、合金或化合物機械地粉碎為粉末的。物料最終的粉碎程度：粗碎、細碎壓碎：碾碎、輥軋、鄂式破碎擊碎：錘磨擊碎和磨削多方面作用：球磨、棒磨等機械研磨比較適用于脆性材料，渦旋研磨、冷氣流粉碎多用于制取塑性金屬或合金的粉末。1.1機械粉碎法當前17頁，總共51頁。研磨的作用：減小或增大粉末粒度；合金化；固態(tài)混料；改善、轉(zhuǎn)變或改變材料的性能等。研磨后的金屬粉末會有加工硬化、形狀不規(guī)則以及出現(xiàn)流動性變壞和團塊等特征。研磨是粉末冶金工藝中耗時最長、生產(chǎn)效率最低的一個工序。機械研磨（球磨）研磨氣流研磨1、機械研磨法當前18頁，總共51頁。

球磨法四個基本要素

球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介質(zhì)基本原理

（球磨筒）傳遞機械能（磨球、球磨物料及介質(zhì)）產(chǎn)生正向沖擊力、側(cè)向擠壓力、摩擦力等（物料）細化脆性粉末顆粒：大顆粒的不斷破碎過程；塑性較強粉末：存在磨削、變形、加工硬化、斷裂、冷焊當前19頁，總共51頁。提高球磨效率的基本原則

（1）動能準則：提高球磨的動能。

（2）碰撞幾率準則：提高球磨的有效碰撞幾率。球磨方式分類滾筒式球磨振動球磨攪拌球磨不同球磨方式的運動特征當前20頁，總共51頁。

滾筒式球磨(a)低轉(zhuǎn)速；(b)適宜轉(zhuǎn)速；(c)臨界轉(zhuǎn)速滾筒式球磨研磨介質(zhì)的運動形式滾筒球磨的轉(zhuǎn)速限定條件：

V臨1<V實際<V臨2

當前21頁，總共51頁。

振動球磨振動球磨機結(jié)構(gòu)示意圖1—筒體；2一偏心軸；3一馬達；4一彈簧；5一彈性聯(lián)軸節(jié)當前22頁，總共51頁。

攪拌球磨又稱為高能球磨攪動球磨機結(jié)構(gòu)示意圖1—圓筒；2—冷卻套；3—冷卻劑入口；4—冷卻劑出口；5—軸；6，7，8—水平攪拌轉(zhuǎn)子；9—研磨體當前23頁，總共51頁。

氣流研磨法定義與基本要素

（1）定義：不需磨球及其它研磨介質(zhì)，而通過氣體傳輸粉料的研磨方法。（2）基本要素：研磨設(shè)備、氣體、研磨物料。

提高氣流研磨效率的基本原則①動能原則：提高粉末顆粒的動能；②碰撞幾率準則：提高粉末顆粒的碰撞幾率。當前24頁，總共51頁。渦旋研磨一般機械研磨只適用于粉碎脆性金屬和合金，而渦旋研磨就是為了有效地研磨軟金屬而發(fā)展起來的，最早用于生產(chǎn)磁性材料的純鐵粉渦旋研磨機的工作室內(nèi)不放任何研磨體，主要依靠被研磨物料顆粒間自相撞擊和物料顆粒與磨壁、螺旋槳間的撞擊進行研磨的。由于渦旋研磨所得的粉末較細，工作過程中，為了防止粉末氧化，通入惰性氣體或還原性氣體作為保護氣氛。適用于：碟狀粉末（凹形）當前25頁，總共51頁。旋渦研磨當前26頁，總共51頁。1.2霧化法

霧化是指利用高壓流體或其他特殊的方法將熔融金屬粉碎成細小的液滴，從而得到粉末的過程。

霧化法是將液體金屬或合金直接破碎成為細小的液滴，其大小一般小于150μm，而成為粉末。霧化法可用來制取多種金屬粉末，各種預(yù)合金粉末。理論：任何能形成液體的材料都可以進行霧化。

能量消耗：霧化法是一種簡便且經(jīng)濟的粉末生產(chǎn)方法。

生產(chǎn)規(guī)模：霧化法是僅次于還原法的第二大粉末生產(chǎn)方法。當前27頁，總共51頁?！爸屏！庇纸小霸炝！保核亲屓廴诮饘偻ㄟ^小孔或篩網(wǎng)自動地注入空氣或水中，冷凝后便得到金屬粉末。該法得到的粉末粒度較粗，一般為0.5～1mm。適于制取低熔點金屬粉末。霧化制粉末法主要包括：二流霧化(氣霧化和水霧化)，離心霧化(旋轉(zhuǎn)圓盤霧化，旋轉(zhuǎn)坩堝霧化，旋轉(zhuǎn)電極霧化)，真空霧化，輥筒霧化，超聲霧化，電磁離心霧化，振動電極霧化等。二流霧化借助高壓水流或高速氣流的沖擊來破碎金屬液流，稱二流霧化。包括水霧化和氣霧化。當前28頁，總共51頁。霧化制粉的優(yōu)點：①容易制得所需成分的、純度高和組織均勻的、且工藝性能好的優(yōu)質(zhì)金屬粉末；②粉末顆粒形狀、大小和粒度分布等均可在一定范圍內(nèi)調(diào)整；③可以使用廉價原料(廢金屬等)；④工藝流程短，設(shè)備簡單，因而總體成本也低。當前29頁，總共51頁。垂直氣體霧化裝置示意圖水霧化裝置示意圖當前30頁，總共51頁。當前31頁，總共51頁。對于易氧化金屬或合金粉末(Cr,Mn,Si,V,Ti,Zr等)，需采用惰性氣體作為霧化介質(zhì)。對于易被還原的氧化物的金屬或合金而言，采用水霧化最合適的。氣霧化（球狀顆粒），水霧化（不規(guī)則形狀顆粒）霧化法應(yīng)用范圍當前32頁，總共51頁。氬氣霧化Fe-Ga合金粉末形貌水霧化Ag-Sn合金粉末當前33頁，總共51頁。離心霧化是利用機械旋轉(zhuǎn)的離心力將金屬液流擊碎成細的液體，然后冷卻凝結(jié)成粉末的形狀。離心霧化的發(fā)展是與控制粉末粒度的要求和解決制取活性金屬粉末的困難相關(guān)。

2、離心霧化當前34頁，總共51頁。旋轉(zhuǎn)圓盤霧化：鐵、鋼等粉末旋轉(zhuǎn)坩堝霧化：鋁合金、鈦合金、鎳合金粉末旋轉(zhuǎn)電極霧化：高溫合金粉末、活性金屬(鋯、鈦等)粉末及超合金粉末。

3、其他霧化工藝輥筒霧化法：制取非晶態(tài)金屬，片狀振動電極霧化法：自耗電極的振動，球形粉末熔滴霧化法：真空和惰性氣氛，球形顆粒超聲霧化法：高速氣體脈沖，球形粉末真空霧化：球形粉末，純度較高離心霧化的幾種形式當前35頁，總共51頁。還原法是還原金屬氧化物及鹽類來制取金屬粉末的制粉方法，是一種應(yīng)用最廣泛的制粉方法。還原法：用還原氣體(固體)或活潑金屬將氧化物還原制備粉末的過程。還原劑狀態(tài)：固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)；被還原物料狀態(tài)：固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)MeO+X=Me+XO（注：X-還原劑）

1.3還原法當前36頁，總共51頁。還原法的應(yīng)用實例被還原物料還原劑舉例備注固體固體FeO+C→Fe+CO固體碳還原固體氣體WO3+3H2→W+3H2O氣體還原固體熔體ThO2+2Ca→Th+2CaO釷金屬熱還原氣體氣體WCl6+3H2→W+6HCl氣相氫還原氣體熔體TiCl4+2Mg→Ti+2MgCl2氣相金屬熱還原溶液固體CuSO4+Fe→Cu+FeSO4置換溶液氣體Me(NH3)nSO4+H2→Me+(NH4)2SO4+(n-2)NH3溶液氫還原熔鹽熔體ZrCl4+KCl+Mg→Zr+產(chǎn)物金屬熱還原鋯制造金屬粉末常用的還原劑有：①固體碳(如木炭、焦炭和炭黑等)；②氣體(如氫、分解氨和轉(zhuǎn)化天然氣等)；③金屬(如鈉、鈣和鋁等)。當前37頁，總共51頁。用固體碳可以還原很多種金屬氧化物，如鐵、錳、銅、鎳、鎢等。碳還原法制取金屬粉末在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用的主要是用于生產(chǎn)鐵粉。因為碳還原法會造成產(chǎn)品中含碳量增加。鐵的還原是分階段進行的，即先從高價氧化鐵還原成低價氧化鐵，最后還原成金屬鐵：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe1、碳還原法2、氣體還原法氣體還原法不僅可以制取鐵、鎳、鈷、銅、鎢以及鉬等金屬粉末，還可制取一些合金粉末。優(yōu)點：所得粉末比固體還原所得粉末純度高。氫還原法制取鐵粉（也是從高價到低價的還原過程）水冶法制取鈷粉（仍然是以H2為還原劑）氫還原法制取鎢粉（氫還原三價鎢）當前38頁，總共51頁。金屬熱還原法主要應(yīng)用于制取稀有金屬粉末，如鉭、鈮、鈦、鋯、釷、鈾等金屬粉末。金屬熱還原的反應(yīng)可用一般化學(xué)式表示：

MeX+Me'=Me'X+Me+QMeO+X=Me+XO式中MeX-被還原的金屬化合物(氧化物、鹽類等)；

Me'-金屬熱還原劑；

Q-反應(yīng)熱效應(yīng)。3、金屬熱還原當前39頁，總共51頁。（1）羰基物熱離解（2）氣相還原（包括氣相金屬熱還原和氣相氫還原）（3）化學(xué)氣相沉積1.4氣相沉積法當前40頁，總共51頁。某些金屬特別是過渡族金屬能與一氧化碳生成金屬羰基化合物Me(CO)n。這些羰基物是易揮發(fā)的液體和易升華的固體，而且這類羰基物亦很容易離解生成金屬粉末和一氧化碳。羰基法也叫熱離解法，就是把金屬(如鐵或鎳)與CO反應(yīng)生成的羰基物(如羰基鐵或羰基鎳)進行加熱，使其分解而得到金屬粉末的方法。羰基法不僅可以生成純金屬粉末，而且可以同時離解幾種羰基化合物的混合物，制得合金粉末；如果在一些顆粒上沉積熱離解羰基物，就可以制得包覆粉末。1、羰基物熱離解法當前41頁，總共51頁。羰基粉末的特點：①羰基粉末較細，一般粉末粒度為3μm左右，粉末很純，例如羰基鐵粉中不含有硫、磷、硅等雜質(zhì)；②羰基粉末的成本一般較高；③金屬羰基化合物揮發(fā)時都有不同程度的毒性，故在生產(chǎn)中必須要采取防護措施。羰基粉末的特點當前42頁，總共51頁。常壓羰基法制鎳粉生產(chǎn)工藝流程示意圖氧化鎳焙燒料回轉(zhuǎn)窯H2+CO硫活化器氣化器CO,Ni(CO)4離解器Ni粉殘渣硫酸化焙燒濕化處理Ni、Co、Cu沉淀COCO還原兩條基本路線：離解路線和殘渣處理路線當前43頁，總共51頁。包括氣相氫還原法、氣相金屬熱還原法氣相氫還原是指用氫還原氣態(tài)金屬氯化物，主要是還原金屬氯化物。該法可用于制取W、Mo、Ta、Nb、Cr、V、Ni、Co等金屬粉末，以及通過同時還原幾種金屬氯化物制得合金粉末，還可制取包覆粉末。舉例：氫氣還原六氯化鎢制取超細鎢粉。

W+3Cl2→WCl6(鎢的氯化反應(yīng))

WCl6+3H2→W+6HCl(氫還原反應(yīng))反應(yīng)過程中溫度越高，鎢粉粒度越細。2、氣相還原法當前44頁，總共51頁。化學(xué)氣相沉積法(CVD)是從氣態(tài)金屬氯化物(主要是氯化物)還原化合沉積制取難熔化合物粉末和各種涂層，包括碳化物、硼化物、硅化物和氮化物等方法。從氣態(tài)氯化物還原化合沉積各種難熔化合物的反應(yīng)通式為：

3、化學(xué)氣相沉積法

碳化物：金屬鹵化物+CmHn+H2→MeC+HCl+H2

硼化物：金屬氯化物+BCl3+H2→MeB+HCl

硅化物：金屬(或金屬氯化物)+SiCl4+H2→MeSi+HCl

氯化物：金屬氯化物+N2+H2→MeN+HCl當前45頁，總共51頁。硝酸鹽、氯化鹽或硫酸鹽等金屬鹽溶液可以用來制取金屬沉淀物和涂層的復(fù)合沉淀物，這是一種很容易制取粉末的方法。金屬置換法可以用來制取銅、鉛、錫、銀、金等粉末。用一種金屬從水溶液中取代出另外一種金屬的過程叫置換。1.5液相沉淀法置換序的排列

置換序的排列次序為：鋰、鉀、鈉、鎂、鋁、錳、鋅、鐵、鎘、鈷、鎳、錫、鉛、氫、銅、銀、金。

排在前面的元素，其電極電位比后面的小，因此可以用置換序前面的金屬元素來置換出水溶液中的、排列在其后的金屬元素。當前46頁，總共51頁。電解制取金屬粉末的原理是，溶液中通以直流電時，于金屬鹽水溶液中離解的金屬離子在陰