粉末冶金原理 教学课件 作者 阮建明 - 副本第二章.ppt

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1、第2章　粉体制备的原理与技术2.1　概述2.2　机械粉碎法2.3　氧化物还原法2.4　还原-化合法2.5　其他化学法2.6　雾化制粉的基本原理与技术2.1　概述1)机械粉碎法和电化学腐蚀法。2)还原法。3)还原-化合法。4)高温反应合成法。1)雾化法。2)置换法、溶液氢还原法。3)水溶液电解法。4)熔盐电解法。1)蒸气冷凝法。2)热离解法。3)气相氢还原法。4)化学气相沉积法。2.1　概述表2-1　粉末制备的基本方法2.1　概述表2-1　粉末制备的基本方法2.2　机械粉碎法2.2.1　球磨的基本

2、规律2.2.2　影响球磨的因素2.2.3　球磨能量与粉末粒径的基本关系2.2.4　强化研磨2.2　机械粉碎法图2-1　经氢化处理后的铌粉扫描电镜分析2.2.1　球磨的基本规律1)球磨机转速慢时，球和物料沿筒体上升至坡度角，然后滚下，称为泻落。2)球磨机转速较高时，球在离心力的作用下，随着筒体上升至比第一种情况更高的高度，然后在重力作用下掉下来，称为抛落。3)继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力时，紧靠球磨筒内衬板的球不脱离筒壁而与筒体一起回转，此时物料的粉碎作用停止。2.2.1　球磨的基

3、本规律图2-2　球和物料随球磨筒转速不同的三种状态a)低转速　b)适宜转速　c)临界转速图2-3　加到球体上的力的相互作用图2-5　α角与相对装球量的关系2.2.2　影响球磨的因素1.球磨筒的转速2.装球量3.球料比4.球的大小5.研磨介质6.被研磨物料的性质1.球磨筒的转速由前述可知，球体的运动状态是随筒体转速而变的。实践证明，n工=(0.70～0.75)n临界时，球体发生抛落；n工=0.60n临界时，球体以滚动为主；n工<0.60n临界时，球体以滑动为主。球的不同运动状态对物料的粉碎作用是不

4、同的。因而，在实践中采用n工=0.60n临界，使球滚动来研磨较细的物料；如果物料较粗、性脆，需要冲击时，可选用n工=(0.70～0.75)n临界的转速。2.装球量在一定范围内增加装球量能提高研磨效率。在转速固定时，装球量过少，球在倾斜面上主要是滑动，使研磨效率降低；但是，装球量过多，球层之间干扰大，破坏球的正常碰撞，研磨效率也降低。3.球料比在研磨中还要注意球与料的比例。料太少，则球与球间碰撞次数增多，磨损太大；料过多，则磨削面积不够，不能很好地磨细粉末，需要延长研磨时间，能量消耗增大。4.球的

5、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，质量轻，则对物料的冲击力弱；但球的直径太大，则装球的个数太少，因而撞击次数减少，磨削面积减少，也会使球磨效率降低。5.研磨介质图2-6　ln与研磨时间的关系1—Ti　2—Ni　3—NbC　4—Zr5—SiC　6—ZrC　7—A6.被研磨物料的性质首先，物料是脆性的还是塑性的对研磨过程有很大的影响。有研究指出物料的粉碎遵循着如下规律：lnSm-S0Sm-S=kt(2-7)式中，k为分散速度常数；t为研磨时间；Sm为物料极限研磨后的比表面

6、积；S0为物料研磨前的比表面积；S为物料研磨后的比表面积。2.2.3　球磨能量与粉末粒径的基本关系例2-1　机械加工直径等于300μm的铁屑，经8h球磨至110μm，如再磨至75μm需多少时间?解:根据方程式(2-9)有，颗料尺寸变化与相应总能量关系为2.2.3　球磨能量与粉末粒径的基本关系图2-7　落球的冲击力将材料研磨成粉末2.2.4　强化研磨1.振动球磨2.搅动球磨1.振动球磨图2-8　振动球磨机的结构示意图1—筒体　2—偏心轴　3—电动机　4—弹簧　5—弹性联轴节2.搅动球磨图2-9　高

7、能球磨示意图2.3　氧化物还原法2.3.1　还原过程的基本原理2.3.2　碳还原法2.3.3　气体还原法2.3.4　金属热还原法2.3.1　还原过程的基本原理1.金属氧化物还原的热力学2.金属氧化物还原反应的动力学1.金属氧化物还原的热力学1)随着温度的升高，ΔZ㊀增大，各种金属的氧化还原反应越难进行。2)ΔZ㊀-T关系线在相变温度，特别是在沸点处发生明显的转折。3)CO生成的ΔZ㊀-T关系的走向是向下的，即CO的ΔZ㊀随温度的升高而减小。4)在同一温度下，图中位置越低的氧化物，其稳定度越大，即

8、该元素对氧的亲和力也越大。1)2C+O2=2CO的ΔZ㊀-T关系线与很多金属氧化物的关系线相交。2)2H2+O2=2H2O的ΔZ㊀-T关系线在铜、铁、镍、钴、钨等氧化物的关系线以下。1.金属氧化物还原的热力学3)位于图中最下面的几条关系线所代表的金属如钙、镁等与氧的亲和力最大，所以，钛、锆、钴、铀等氧化物可以用钙、镁作还原剂，即所谓的金属热还原。1.金属氧化物还原的热力学图2-10　金属氧化物Δ-T例2-2　就Al2O3生成反应，求在1620℃下，Al2O3被CO还原时pCO/是多少？图2-1