粉末冶金粉体常见的制备方法及综述1

粉末冶金粉体常见的制备方法及综述Powdermetallurgypowderandpreparationmethodofcommon摘要：粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。粉末冶金制品的应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器；从五金工具到大型机械；从电子工业到电机制造；从民用工业到军事工业；从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。目前，我国粉末冶金行业整体技术水平低下、工艺装备落后，与国外先进技术水平相比存在较大差距。本文介绍了粉末冶金粉体的制备方法，包括物理方法和化学方法，物理法包括机械粉碎法，化学法包括气相沉积法、雾化法和电解法，气相沉积法、雾化法和电解法目前在工业上已经得到了广泛的应用。关键词：粉末冶金；粉体；气相沉积法，雾化法，电解法Abstract:themethodofpowdermetallurgyoriginatedinthreethousandyears.Manufactureofironforthefirstmethodisessentiallybypowdermetallurgymethod.Powdermetallurgyproducts,awiderangeofapplications,fromtheordinarymachinerymanufacturingofprecisioninstrument;fromthehardwaretothelargemachinery;fromelectronicstomotormanufacturing;fromthecivilianindustrytothemilitaryindustry;fromthegeneraltechnologytosophisticatedhightechnology,canseethefigureofpowdermetallurgyprocess.Atpresent,ourcountrymetallurgyindustryoveralltechnologylevelislow,thebackwardtechnologyandequipment,withforeignadvancedleveloftechnologycomparedtoexistbiggerdifference.Thispaperintroducesthepowdermetallurgypowderpreparationmethod,includingphysicalmethodsandchemicalmethods,physicalmethodsincludingmechanicalcrushingmethod,chemicalmethodincludesavapordepositionmethod,spraymethodandtheelectrolyticmethod,vapordeposition,spraymethodandtheelectrolyticmethodcurrentlyintheindustryhasbeenwidelyused.Keywords:powdermetallurgy;powder;vapordepositionmethod,sprayingmethod,electrolyticmethod一、引言粉末冶金是制取金属或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。二、粉体的制备及综述粉末冶金的生产工艺是从制取原材料——粉末开始的。这些粉末可以纯金属，也可以是非金属，还可以是化合物。制取粉末的方法有很多，他的选择主要取决于该材料的特殊性能及制取方法的成本。粉体的的制备方法如下：（一）物理法（机械粉碎法）机械粉碎法是一种常见的固相制粉工艺。尤其是制备粒度在微米级以上的陶瓷粉体时，用机械粉碎法方便快捷，成本也比较低廉。1、常用的粉碎法有：（1）辊碾式将单根或多根研棒或环等装入磨腔内，借助某种特殊力使磨腔内的棒或环作旋转运动，棒与棒之间或环与环之间以及它们与磨腔内壁之间产生的碰撞、挤压、研磨、剪切等作用，使它们之间的物料被破碎。（2）高速旋转式主要是利用高速旋转的部件产生的强冲击力、剪切力摩擦而使物料被粉碎。高速旋转粉碎机由于结构及作用力的方式不同又分为：销棒粉碎机（针状磨）、摆式粉碎机、轴流式粉碎机（笼式磨）、筛分磨、离心分级磨等。（3）球磨式近期在球磨机的基础上，开发出了多种形式的广义球磨机，如振动球磨、离心球磨、行星磨、离心滚动磨等。（4）介质搅拌式是依靠磨腔中机械搅拌棒、齿或片带动研磨介质运动，利用研磨介质之间的挤压力和剪切力使物料粉碎。它实际上是一种内部有动件的球磨机，靠内部动件带动磨介运动来对物料进行粉碎。搅拌磨早期主要用于染料、油漆、涂料行业浆料分散与混合。后来经多次改进，逐步发展成为一种新型的高效超细粉碎机。有时称之为介质磨，也有人称之为“剥片机”。（5）气流式粉碎机是在高速气流作用下，物料通过本身颗粒之间的撞击，气流对物料的剪切作用以及物料与其它部件的冲击、摩擦、剪切而使物料粉碎。先后有：扁平式（圆盘式）气流磨、循环式气流磨、对撞式气流磨、流化床气流磨、靶式气流磨、超音速气流磨等。广泛应用于化工、材料、冶金、非矿、农药、电子、食品、生物工程、医药、军工、航天、航空等领域。2、新近开发的粉碎法有：液流式、射流粉碎机、超低温、超临界、超声粉碎机等。构筑法是通过物质的物理状态变化来生成粉体。由小至大（纳米级）。（二）化学法包括气相沉积法、雾化法和电解法等，其中，气相沉积法、雾化法和电解法目前在工业上已经得到了广泛的应用。。1、气相法气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质（固相或液相）变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学变化，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。气相法又大致可分为气体中蒸发法、化学气相反应法和溅射法。（1）气体中蒸发法（蒸发冷凝法）主要是将待蒸发物质（金属、合金或陶瓷）装入一密封容器中，并通过泵将该容器抽至100Pa高真空（真空蒸发室），然后充入低压（约为2KPa）惰性气体（He，Ne，Ar。注：纯度约为99.9996%），然后加热（通过电阻、等离子体、电子束、激光、高频感应等加热源）蒸发源，使物质蒸发成雾状原子（气化或形成等离子体），与惰性原子碰撞而失去能量，然后骤冷，随惰性气体流冷凝到冷凝器上。将聚集的纳米尺度粒子刮下、收集，即得到纳米粉体。用此粉体最后在较高压力下（1Gpa-10GPa）压实，即得到纳米材料。（2）气相化学反应法（也叫化学气相沉积法CVDChemicalVaporDeposition）利用金属化合物的蒸气，通过化学反应生成所需要的化合物，在保护气体环境下快速冷凝，从而制备各类物质的纳米微粒。第一：挥发性金属卤化物和氢化物；第二：有机金属化合物等蒸气为原料，进行气相热分解和其它化学反应来合成细粉。它是合成高熔点无机化合物超细粉最引人注目的方法。优点：颗粒均匀、纯度高、粒度小、分散性好、化学反应活性高、工艺可控和过程连续等。适合于制备各类金属、金属化合物以及非金属化合物纳米微粒。如各种金属、氮化物、碳化物、硼化物等。按体系反应类型：分为气相分解和气相合成。单一化合物的热分解（气相分解法）对待分解的化合物或经前期预处理的中间化合物进行加热、蒸发（物理变化）、分解（化学变化），得到目标物质的纳米微粒。热分解法要求必须具备目标纳米微粒物质的全部所需元素的适当化合物。两种以上物质之间的气相反应（气相合成法）利用两种以上物质之间的气相化学反应，在高温下合成出相应的化合物，再经过快速冷凝，制备各类物质的微粒。用该法可以进行多种微粒的合成，具有灵活性和互换性。2雾化法自从第二次世界大战期间开始生产雾化铁粉以来，雾化工艺获得了不断地发展，并日益完善。各种雾化高质量粉末与新的致密技术相结合，便出现许多粉末冶金新产品，其性能往往优于相应的铸锻产品。雾化法是将液体金属或合金直接破碎成为细小的液滴，其大小一般小于150μm,而成为粉末。雾化法可以用来制取多种金属粉末，也可制取各种预合金粉末。实际上，任何能形成液体的材料都可以进行雾化。用于制造大颗粒粉末的工艺称为“制粒”。它是让熔融金属通过小孔或筛网自动地注入空气或水中，冷凝后便得到金属粉末。这种方法制得的粉末粒度较粗，一般为0.5～1mm，它适于制取低熔点金属粉末。借助高压水流或气流的冲击来破碎液流，称为水雾化或气雾化，也称二流雾化(图6)；用离心力破碎液流称为离心雾化(图5)；在真空中雾化叫做真空雾化(图7)；利用超声波能量来实现液流的破碎称作超声波雾化(图8)。图5离心雾化示意图图6水雾化和气雾化示意图(a)水雾化；(b)气雾化图7真空（溶气）雾化示意图图8超声雾化示意图3电解法在一定条件下，粉末可以在电解槽的阴极上沉积出来。一般说来，电解法生产的粉末成本较高，因此在粉末生产中所占的比重是较小的。电解粉末具有吸引力的原因是它的纯度高。电解法制取粉末主要采用水溶液电解和熔盐电解。水溶液电解可以生产铜、铁、镍、银、锡、铅、铬、锰等金属粉末；在一定条件下也可以使几种元素同时沉积而制得铁－镍、铁－铬等合金粉末。图1-14为电解过程示意图。图1-14电解过程示意图三、结束语目前，工业中用得最多的是通过粉碎法，应用最多的粉体是通过粉碎法、化学法产生的微米级和亚微米级粉体，纳米粉体的生产及使用量相对较少。随着技术的进步，粉末冶金材料和制品的今后发展方向1、有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展。2、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金。3、用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金。4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。参考文献（1）胡黎明,等.超细粉末制备技术进展[J].化学通报,1996（2）刘维平,邱定蕃,卢惠民.纳米材料制备方法及应用领域[J].化工矿物与加工,2003（3）李亮.纳米粉体及其制备方法的浅析[J].科学论坛工程科学.2007(4)材料导报1995年第二期（5）徐凌志吴小丽吕文林《机械科学与技术》2001第3期-万方数据（6）郁建明姜建国《粉末冶金工业》