粉末冶金材料及制备技术第二章.ppt

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1、 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定1.粉末及粉末性能粉末及粉末性能1.1粉末体粉末体 固态物质按分散程度分为致密体、粉末体和胶体。固体（致密体）：一种晶粒的集合体。粒度1mm 粉末（粉末体）：由大量颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。粒度介于0.1 m1mm。特点是颗粒之间有空隙，且连接面少，面上的原子键不能形成强的键力，没有固定形状，具有与液体相似的流动性，但由于移动时有摩擦，流动性有限。胶体：粒度0.1 m11.2粉末颗粒粉末颗粒1.2.1颗粒聚集状态颗粒聚集状态 单颗粒:粉末中能分开并独立存在的最小实体。二次颗粒：单颗粒如果以某种形式聚集。一次颗粒往往不能单独存在而聚集在一起

2、，聚集力主要是物理作用力，而非强化学健结合;一次颗粒粒度测定:惰性气体表面吸附方法BET二次颗粒粒度测定:x-ray,金相显微镜,TEM,等 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定2图2-1颗粒示意图a 单颗粒；b聚集颗粒（二次颗粒）;c 晶粒；a 一次颗粒 图21描绘了由若干一次颗粒聚集成二次颗粒的情形。一次颗粒之间形成一定的粘结面，在二次颗粒内存在一些细微的孔。一次颗粒或单颗粒可能是单颗粒，而更普遍情况下是多晶颗粒，但晶粒间不存在空隙。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定3团团粒粒：由单颗粒或二次颗粒依靠范德华的作用下结合而成的粉末颗粒，易于分散.絮絮凝凝体体：用溶胶凝胶So

3、l-Gel方法制备的粉末，是一种小颗粒聚合在一起的结合。通常，粗 颗粒以单颗粒存在，细颗粒由于表面发达而结合，以二次颗粒形式存在。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定4 1.2.2粉末颗粒结晶构造粉末颗粒结晶构造 (1)金属及多数非金属颗粒都是结晶体。金属及多数非金属颗粒都是结晶体。(2)制粉工艺对粉末颗粒的结晶构造起着主要作用。制粉工艺对粉末颗粒的结晶构造起着主要作用。一般说来，粉末颗粒具有多晶结构，而晶粒的大小取决一般说来，粉末颗粒具有多晶结构，而晶粒的大小取决于工艺特点和条件，对于极细粉末可能出现单晶颗粒。于工艺特点和条件，对于极细粉末可能出现单晶颗粒。粉末颗粒实际构造的复杂性还

4、表现为晶体的严重不完整粉末颗粒实际构造的复杂性还表现为晶体的严重不完整性，即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等。因此粉性，即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等。因此粉末总是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性。末总是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性。与颗粒的外部结构比较，颗粒的内部结构非常复杂 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定51.2.3表面状态表面状态 粉末颗粒的表面状态十分复杂。一般粉末颗粒愈细，外表面愈发达；同时粉末颗粒的缺陷多，内表面也就相当大。粉末发达的表面贮藏着高的表面能，因而超细粉末容易自发地聚集成二次颗粒，并且在空气中极易氧化和自燃。缺陷缺陷：表面缺

5、陷，加工硬化，内空隙。颗颗粒粒表表面面状状态态：内表面、外表面、全表面，内表面远比外表面复杂、丰富。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定61.3粉末性能粉末性能 粉末是颗粒与颗粒间的空隙所粉末是颗粒与颗粒间的空隙所组成的集合体。因此研究粉末体时组成的集合体。因此研究粉末体时应分别研究单颗粒、粉末体和粉末体中空隙等的一切性质。应分别研究单颗粒、粉末体和粉末体中空隙等的一切性质。单颗粒的性质：单颗粒的性质：（1）由粉末材料决定的性质，如点阵结构、理）由粉末材料决定的性质，如点阵结构、理论密度、熔点、塑性、弹性、电磁性质、化学成分等；论密度、熔点、塑性、弹性、电磁性质、化学成分等；（2）由粉

6、末生产方法所决定的性质，如粒度、颗粒形状、密度、）由粉末生产方法所决定的性质，如粒度、颗粒形状、密度、表面状态、晶粒结构、点阵缺陷、颗粒内气体含量、表面吸附的气表面状态、晶粒结构、点阵缺陷、颗粒内气体含量、表面吸附的气体与氧化物、活性等。体与氧化物、活性等。粉末体的性质：粉末体的性质：除单颗粒的性质以外，还有平均粒度、粒度组成、除单颗粒的性质以外，还有平均粒度、粒度组成、比表面、松装密度、振实密度、流动性、颗粒间的摩擦状态。比表面、松装密度、振实密度、流动性、颗粒间的摩擦状态。粉末的孔隙性质：粉末的孔隙性质：总孔隙体积、颗粒间的孔隙体积、颗粒内孔隙总孔隙体积、颗粒间的孔隙体积、颗粒内孔隙体积、

7、颗粒间孔隙数量、平均孔隙大小、孔隙大小的分布以及孔隙体积、颗粒间孔隙数量、平均孔隙大小、孔隙大小的分布以及孔隙的形状。的形状。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定7 在实践中在实践中通常按通常按化学成分化学成分、物理性能物理性能和和工艺性能工艺性能来进行来进行划分和测定。划分和测定。化学成分主要是指化学成分主要是指金属的含量金属的含量和和杂质含量杂质含量。物理性能包括颗粒形状与结构、粒度与粒度组成、比表物理性能包括颗粒形状与结构、粒度与粒度组成、比表面积、颗粒密度、显微硬度，以及光学、电学、滋学和热学面积、颗粒密度、显微硬度，以及光学、电学、滋学和热学等诸性质。实际上，粉末的熔点、蒸气

8、压、比热容与同成分等诸性质。实际上，粉末的熔点、蒸气压、比热容与同成分的致密材料差别很小，一些性质与粉末冶金关系不大，因此的致密材料差别很小，一些性质与粉末冶金关系不大，因此本部分仅介绍颗粒形状、粒度及粒度组成、比表面、颗粒密本部分仅介绍颗粒形状、粒度及粒度组成、比表面、颗粒密度、粉末体密度及其测试的方法。度、粉末体密度及其测试的方法。工艺性能包括工艺性能包括松装密度、振实密度、流动性、压缩性和松装密度、振实密度、流动性、压缩性和成形性。成形性。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定8 1.3.1化学成分化学成分 化学检验是检测粉末中金属和杂质的含量，采用四分法或滑槽式分样器制样后进行，

9、检测执行标准是：国际：ASTM（American Standard of testing Manual)标准 中国：GB5314-85 杂质来源：杂质来源：a.与主金属结合形成固溶体或化合物的金属或非金属；b.机械夹杂（SiO2、Al2O3、硅酸盐、难熔金属碳化物等酸不溶物）；c.粉末表面吸附的氧、水蒸气、氮、二氧化碳等；d.制粉工艺带入的杂质（氢、碳等）。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定9a.氢损测定 定义定义：把金属粉末混合后，在氢气流中煅烧足够长的时间，粉末中的氧被还原成水蒸气，某些元素（C、S）与氢生成挥发性化合物与挥发金属（Zn、Cd、Pb)一同排出，然后测得金属粉末质量

10、的损失。此时的氢损值接近粉末中可测的氧含量。如果在实验条件下，还存在没有被氢还原的氧化物（Al3O2、CaO等），则氢损值低于实际氧含量；如果存在与氢形成挥发性化合物的元素（C、S）或存在挥发金属（Zn、Cd、Pb)时，则氢损值高于实际氧含量。煅烧时间：Fe粉100010501h；Cu粉875 0.5h 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定10A粉末加烧舟的质量；B煅烧后残留物加烧舟的质量；C烧舟的质量。表2-2氢损实验的还原温度和时间 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定11 b.b.滴定法滴定法 滴定法是在氢损法的基础上进行了修改，该法避免测定C、S或挥发金属，只测加热的氢

11、气流产生的水蒸气量。测定过程测定过程：采用一个较小的、单独用途的石墨坩埚，在2000温度下熔化样品，并用惰性气体保护，样品中的氧以CO形式释放出来，用红外线吸收法测定氧。或氧被转换成CO2，通过热导率差异来测定。c.c.酸不溶物法酸不溶物法 流程流程：试样无机酸溶解过滤不溶物沉淀煅烧沉淀称重计算酸不溶物含量（不包括挥发的不溶物）无机酸无机酸：不同粉末用不同酸（铁粉用盐酸，铜粉用硝酸）不溶物：硅酸盐、氧化铝、泥土、难熔金属等 不溶物来源来源：原料、炉衬、燃料 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定121.3.2物理性能物理性能(1)颗粒形状颗粒形状 颗粒的形状是指粉末颗粒的颗粒的形状是指粉

12、末颗粒的几何形状几何形状。可以笼统地划分。可以笼统地划分为为规则形状规则形状和和不规则形状不规则形状两大类。规则形状的颗粒外形可近两大类。规则形状的颗粒外形可近似地用某种几何形状地名称描述，它们与粉末生产方法密切似地用某种几何形状地名称描述，它们与粉末生产方法密切相关。表相关。表2-2描述了颗粒形状和生产方法之间的关系。粉末描述了颗粒形状和生产方法之间的关系。粉末颗粒外形如图颗粒外形如图2-2所示。所示。表表2-2 颗粒形状与粉末生产方法的关系颗粒形状与粉末生产方法的关系 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定13 图图2-2 粉末颗粒形状粉末颗粒形状 一般说来，准确描述粉末颗粒的形状是

13、一般说来，准确描述粉末颗粒的形状是很困难很困难的。在测的。在测定和表示粉末粒度时，常常采用定和表示粉末粒度时，常常采用表形状因子表形状因子、体积形状因子体积形状因子和和比形状因子比形状因子。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定14 对于任意形状的颗粒，其表面积和体积可以认为与某一对于任意形状的颗粒，其表面积和体积可以认为与某一相当的直径的平方和立方成正比，而相当的直径的平方和立方成正比，而比例系数则与选择的直比例系数则与选择的直径有关径有关。形状愈复杂，则比形状因子就愈大（表。形状愈复杂，则比形状因子就愈大（表2-3）。颗）。颗粒的形状对粉末的流动性、松装密度以及压制和烧结均有影粒的形

14、状对粉末的流动性、松装密度以及压制和烧结均有影响。响。表表2-3 某些金属粉末的形状因子某些金属粉末的形状因子 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定15延伸度延伸度:对于任意形状的颗粒，取其最大尺寸作为长度l(图25），从垂直于最稳定平面的方向观察到颗粒的最大投影面上两切线间的最短距离作为宽度b，而与最稳定平面垂直的尺寸作为厚度t，则延伸度定义为n=l/b。延伸度越大，说明颗粒越细长，如针状、纤维状粉末；而对称性越高的粉末，延伸度越小。延伸度显然不能小于1。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定16 扁扁平平度度:片状粉末用延伸度显然不能描述颗粒厚度方向的不对称性，因而又定义扁平

15、度m=b/t。此值越大，说明颗粒越扁。齐齐格格指指数数：（Zigg）指数 定义为延伸度/扁平度l/b/b/t=lt/b2，其值偏离1越大，表示颗粒形状对称性越小。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定17球形度：球形度：与颗粒相同体积的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积之比称为球形度。它不仅表征了颗粒的对称性，而且与颗粒的表面粗糙程度有关。一般情况下，球形度均远小于1。圆形度圆形度：与颗粒具有相等投影面积的圆的周长对颗粒投影像的实际周长之比称为圆形度。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定18粗糙度：粗糙度：（皱度系数）球形度的倒数称粗糙度。颗粒表面有凹陷、缝隙和台阶等缺陷均使颗粒

16、的实际表面积增大，这时皱度系数值也将增大。确定粗糙度最精密的办法是用吸附法准确测定颗粒的比表面。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定19 粉末的理论密度不能代表粉末的真实密度，因为粉末总是有孔的，与颗粒外表面连同的孔叫开孔或半开孔（一端连同），颗粒内不与外表面连同的潜孔叫闭孔，计算粉末密度时是否计入孔隙体积会有不同的值。a.真密度：粉末质量与除去开孔和闭孔体积的粉末体积的比值，是材料的理论密度；b.假密度（有效密度）：粉末质量与包括闭孔在内的粉末体积的比值，假设没有开孔；c.表观密度：粉末质量与包括开孔和闭孔在内的粉末体积的比值，是粉末的真实密度，如松装密度、震实密度。(2)颗粒密度颗

17、粒密度 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定20有效密度的测量：有效密度的测量：干燥后的粉末装入规定容积V 的比重瓶，约占瓶容积的1/31/2，连瓶一起称重。然后加入液体盖过粉末试样，通过真空除气使润湿液体充满比重瓶，再次称重。计算公式计算公式：式中m1比重瓶质量；m2比重瓶加粉末试样质量；m3比重瓶加粉末试样和充满液体后的质量；液体密度。图2-9比重瓶 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定21(3)显微硬度显微硬度一般地,粉末强度愈高,硬度愈高,混合粉末的强度比合金粉末的硬度低,合金化可以使得金属强化,硬度随之提高；不同方法生产同一种金属的粉末，显微硬度是不同。粉末纯度越高，

18、则硬度越低，粉末退火降低加工硬化、减少氧、碳等杂质含量后，硬度降低。颗粒的显微硬度测量，采用普遍的显微硬度计测量金刚石角锥压头的压痕对角线长，经计算得到的。（粉末试样与树脂粉混匀，在100200Mpa下，加热至140固化获得）。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定221.3.3工艺性能工艺性能 金属粉末的工艺性能包括松装密度、振实密度、金属粉末的工艺性能包括松装密度、振实密度、流动性、压缩性和成形性。工艺性能主要取决于粉末流动性、压缩性和成形性。工艺性能主要取决于粉末的生产方法和粉末的处理工艺（球磨、退火、加润滑的生产方法和粉末的处理工艺（球磨、退火、加润滑剂、制粒等）剂、制粒等）(1

19、)金属粉末的松装密度和振实密度的测定金属粉末的松装密度和振实密度的测定1)松装密度松装密度 松装密度是粉末试样自然地充满规定的容器时，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。松装密度可用漏斗法、斯柯特单位容积的粉末质量。松装密度可用漏斗法、斯柯特容量计法或震动漏斗法来测定。容量计法或震动漏斗法来测定。漏斗法是用图漏斗法是用图2-13所示的标准漏斗来测定金属所示的标准漏斗来测定金属粉末松装密度的。本法仅适用于能自由流过孔径为粉末松装密度的。本法仅适用于能自由流过孔径为2.5mm或或5mm标准漏斗的粉末。标准漏斗的粉末。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定23 测量方

20、法测量方法：用手指堵住标准漏斗小孔，将粉末倒入其中，量杯容积为250.05cm3，粉末自由通过漏斗的小孔流入量杯中，充满量杯后刮平，按公式计算松装密度：式中m粉末试样质量；V量杯容积（25cm3）。测量装置：霍尔流量计 小孔孔径：2.5mm或5mm 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定24图2-9霍尔流量计图2-9松装密度测量装置适用于不能自由通过5mm漏斗孔径和用震动漏斗法易改变特性的粉末 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定25图2-9震动漏斗装置示意图1漏斗；2滑块；3定位块；4量杯；5杯座；6调节螺钉；7底座；8开关；9震动器支架；10震动调节钮；11震动器震动漏斗适用

21、于不能自由流过5mm漏斗孔的金属粉末 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定262)振实密度振实密度 振实密度指将粉末装入振动容器中，在规定条件下经过振实后所测得的粉末密度。振实密度比松装密度高2050%。测量方法测量方法：将定量粉末装入振动容器中，在规定条件下进行振动，直到粉末体积不能再小，测得粉末的振实体积，然后计算振实密度。式中m粉末质量；V粉末的振实体积。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定27图2-3振实密度测量装置示意图1量筒；2量筒支座；3定向滑杆；4轴套；5凸轮；6砧板 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定283)影响松装密度和振实密度的因素影响松装密度和

22、振实密度的因素 松装密度是粉末自然堆积的密度，因而取决于颗粒间的松装密度是粉末自然堆积的密度，因而取决于颗粒间的粘附力、相对滑动的阻力以及粉末体孔隙被小颗粒填充的程粘附力、相对滑动的阻力以及粉末体孔隙被小颗粒填充的程度、粉末体的密度、颗粒形状、颗粒密度和表面状态、粉末度、粉末体的密度、颗粒形状、颗粒密度和表面状态、粉末的粒度和粒度组成等因素。的粒度和粒度组成等因素。a粉末颗粒形状愈规则，其松装密度就愈大；颗粒表面愈光粉末颗粒形状愈规则，其松装密度就愈大；颗粒表面愈光滑，松装密度也愈大。滑，松装密度也愈大。表表2-8为粒度大小和粒度组成大致相为粒度大小和粒度组成大致相同的三种铜粉，由于形状不同表

23、现出密度和孔隙度的差异。同的三种铜粉，由于形状不同表现出密度和孔隙度的差异。表表2-8 三种颗粒形状不同的铜粉密度三种颗粒形状不同的铜粉密度 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定29 b粉末颗粒愈粗大，其松装密度就愈大。粉末颗粒愈粗大，其松装密度就愈大。表表2-9表示粉末粒表示粉末粒度对松装密度的影响。细粉末形成拱桥和互相粘结防碍了颗度对松装密度的影响。细粉末形成拱桥和互相粘结防碍了颗粒相互移动，故粉末的松装密度减少。粒相互移动，故粉末的松装密度减少。表表2-9 钨粉的粒度对松装密度的影响钨粉的粒度对松装密度的影响 c粉末颗粒愈致密，松装密度就愈大。表面氧化物的生成提粉末颗粒愈致密，松

24、装密度就愈大。表面氧化物的生成提高了粉末的松装密度。高了粉末的松装密度。d粉末粒度范围窄的粗细粉末，松装密度都较低。当粗细粉末粒度范围窄的粗细粉末，松装密度都较低。当粗细粉末按一定比例混合均匀后，可获得最大松装密度。粉末按一定比例混合均匀后，可获得最大松装密度。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定30 (2)流动性流动性 粉末的流动性指50g粉末从标准流速漏斗流出所需的时间，单位为s/50g，其倒数是单位时间流出粉末的质量，称为流速。测量方法测量方法：先用手堵住漏斗底部小孔，把称量好的50g粉末倒入漏斗中，拿开手指粉末开始流出时计时，漏斗中粉末一流完，停止计时，记录全部粉末流完的时间。

25、连续测三次取其算术平均值即为粉末的流动性。另外还可采用粉末自然堆积角试验测定流动性。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定31影响因素:颗粒间的摩擦 形状复杂，表面粗糙，流动性差;理论密度增加，比重大，流动性增加粒度组成，细粉增加,流动性变差;如果粉末的相对密度不变，颗粒密度越高，流动性越好；颗粒密度不变，相对密度的增大会使流动性提高;如 Al粉，尽管相对密度较大，但由于颗粒密度小，流动性仍比较差;同松装密度一样流动性受颗粒间粘附作用的影响，因此，颗粒表面吸附水分、气体,加入成形剂减低粉末的流动性;二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定32意义粉末流动性影响压制过程自动装粉和压件密

26、度的均匀性，自动压制工艺中必须考虑的重要工艺性能-制粒工序,改善流动性;33 (3)压缩性压缩性 压缩性指粉末在规定的压制条件下被压紧的能力；用规定的单位压力下粉末所能达到的坯块密度表示，即：样品压模样品压模：硬质合金 样品尺寸样品尺寸：的矩形或1的圆棒 润滑方法润滑方法：a.模壁润滑:用润滑剂擦涂模腔、上下模冲，或将润滑剂注满模腔，再立即倒出，挥发后在模腔表面留下一层均匀的润滑剂薄膜；b.粉末润滑：将润滑剂与粉末混合均匀后压制。压缩性测定压缩性测定：将粉末装入标准的封闭模具中，采用单轴双向压制，测量坯块尺寸并称其重量，即可计算出坯块密度。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定34意义:

27、压坯的密度大大影响最终烧结制品的密度。影响因素影响因素:a 加工硬化，压缩性能差；b 粉末形状不规则，压缩性能差；c 密度减少时（空隙增加）压缩性差 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定35 (4)成形性成形性 成形性指粉末压制后，坯块保持原有形状的能力。用坯块横向断裂强度表示。样品尺寸样品尺寸：成形性测定：成形性测定：将压制好的样品在特定条件下作横向弯曲试验，样品断裂时施加的力对应的强度，可根据公式计算：式中S坯块强度；P断裂所需的力；L夹具跨度；t试样厚度；w试样宽度。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定36意义:压坯加工能力，加工形状复杂零件的可能性影响因素影响因素:a

28、粉末形状不规则，颗粒间连接力强,成型性好；b 细小颗粒，成型性好；二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定372.粉末的粒度及其测定粉末的粒度及其测定 粉末的粒度和粒度组成对金属粉末的加工性能有重大影响，在很大程度上，它们决定着最终粉末冶金材料和制品的性能。粉末的粒度和粒度的组成主要与粉末的制取方法和工艺有关。机械粉碎粉末一般较粗，气相沉积粉末极细，而还原粉末和电解粉末则可以通过还原温度或电流密度，在较宽的范围的范围内变化。2.1粒度和粒度组成粒度和粒度组成 以mm或m的表示的颗粒的大小，简称粒径或粒度。由于组成粉末的无数颗粒一般粒径不同，故又用具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量表示粉

29、末的粒度组成，又称粒度分布 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定38严格讲，粒度仅指单颗粒而言，而粒度组成则指整个粉末体，但是通常说的粉末粒度包含有粉末平均粒度的意义，也就是粉末的某种统计性平均粒径。粉末冶金用金属粉末的粒度范围很广，大致为500m至0.1m，可以按平均粒度划分为若干级别。生产机械零件的粉末，大都在150目（104m）以下，并有50%比325目（43m）还细；二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定39硬质合金用钨粉则更细得多，靠近粒级的下限，所以W粉或WC粉的粒级划分要比表中的级别更窄，一般为200.5m；但是生产过滤器的青铜粉就偏向用粗粒级的粉末。级 别 平均粒

30、径范围，m 级 别平均粒径范围，m 粗粉 150500 极细粉0.510 中粉40150 超细粉0.1 细粉1040 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定402.1.1粒径基准粒径基准 多数粉末颗粒由于形状不对称，仅用一维几何尺多数粉末颗粒由于形状不对称，仅用一维几何尺寸不能精确地表示颗粒地真实大小，可用长、宽、高寸不能精确地表示颗粒地真实大小，可用长、宽、高三维尺寸地某种平均值来度量，这称为几何学粒度径。三维尺寸地某种平均值来度量，这称为几何学粒度径。由于度量颗粒地几何尺寸非常麻烦，计算几何学平均由于度量颗粒地几何尺寸非常麻烦，计算几何学平均粒径比较繁琐，因此又有通过测定粉末地沉降速

31、度、粒径比较繁琐，因此又有通过测定粉末地沉降速度、比表面、光波衍射和散射等性质，而用当量或名义直比表面、光波衍射和散射等性质，而用当量或名义直径表示粒度的方法。可以采用四种粒径作为基准。径表示粒度的方法。可以采用四种粒径作为基准。（1）几何学粒径几何学粒径dg：用显微镜投影几何学原理：用显微镜投影几何学原理测得的粒径称为投影径。一般要根据与颗粒最稳定平测得的粒径称为投影径。一般要根据与颗粒最稳定平面垂直方法投影所测得的投影像来测量，然后取各种面垂直方法投影所测得的投影像来测量，然后取各种几何学平均径；还可根据与颗粒最大投影面积几何学平均径；还可根据与颗粒最大投影面积f与颗与颗粒体积粒体积v相同

32、的矩形、正方形或圆、球的边长或直径相同的矩形、正方形或圆、球的边长或直径来确定颗粒的平均粒径，称名义粒径。来确定颗粒的平均粒径，称名义粒径。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定41 Part 2Part 2Part 2Part 2：粉末性能表征粉末性能表征1）二轴平均径 ；2）三轴平均径 ；3）加和（调和）平均径 ；4）几何平均径 ；5）体积平均径 。42 颗粒最大投影面积（f）或颗粒体积（V）相同的矩形、正方体或圆、球的边长或直径确定颗粒的平均粒径，称名义粒径：Part 2Part 2Part 2Part 2：粉末性能表征粉末性能表征1）外接矩形名义径 ；2）圆名义径 ；3）正方形名

33、义径 ；4）圆柱体名义径 ；5）立方体名义径 ；6）球体名义径 。43 （2）当量粒径当量粒径de：用沉降法、离心法或水利学方法（风筛法，：用沉降法、离心法或水利学方法（风筛法，水筛法）测得的粉末粒度称为当量粒径。当量粒径中有一种斯托克水筛法）测得的粉末粒度称为当量粒径。当量粒径中有一种斯托克斯径，其物理意义是与被测粉末具有相同沉降速度且服从斯托克斯斯径，其物理意义是与被测粉末具有相同沉降速度且服从斯托克斯定律的同质球形粒子的直径。由于粉末的实际沉降速度还受颗粒形定律的同质球形粒子的直径。由于粉末的实际沉降速度还受颗粒形状和表面状态的影响，故形状复杂、表面粗糙的粉末，斯托克斯径状和表面状态的影

34、响，故形状复杂、表面粗糙的粉末，斯托克斯径总比按体积计算的几何学名义径小。总比按体积计算的几何学名义径小。（3）比表面粒径比表面粒径dsp：利用吸附法、透过法和润湿热法测定粉：利用吸附法、透过法和润湿热法测定粉末的比表面，再换算成具有相同比表面值的均匀球形颗粒的直径表末的比表面，再换算成具有相同比表面值的均匀球形颗粒的直径表示，称为比表面粒径。因此，由比表面相同、大小相等的均匀小球示，称为比表面粒径。因此，由比表面相同、大小相等的均匀小球直径可以求得粉末的比表面粒径。直径可以求得粉末的比表面粒径。（4）衍射粒径衍射粒径dsc：对于粒度接近电磁波波长的粉末，基于光：对于粒度接近电磁波波长的粉末，

35、基于光和电磁波（如和电磁波（如X线等）的衍射现象所测得的粒径称为衍射粒径。线等）的衍射现象所测得的粒径称为衍射粒径。X线小角度衍射法测定极细粉末的粒度就属于这一类。线小角度衍射法测定极细粉末的粒度就属于这一类。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定442.1.2粒度分布基准粒度分布基准 粉末粒度组成为各种粒径的颗粒在全体粉末总数量粉末粒度组成为各种粒径的颗粒在全体粉末总数量中所占的百分数，可用某种统计分布曲线或统计分布函中所占的百分数，可用某种统计分布曲线或统计分布函数来描述。粒度的统计分布可以选择四种不同的基准。数来描述。粒度的统计分布可以选择四种不同的基准。（1）个数基准分布：以每一

36、粒径间隔内的颗粒数占）个数基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒数占全部颗粒总数中的个数表示，又称为频度分布。全部颗粒总数中的个数表示，又称为频度分布。（2）长度基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总长）长度基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和的多少表示。度占全部颗粒的长度总和的多少表示。（3）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总表）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的总表面积和中的多少表示。面积占全部颗粒的总表面积和中的多少表示。（4）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总质）面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总质量占全部颗粒的质量总和中的多少表示。量占全

37、部颗粒的质量总和中的多少表示。四种基准之间虽存在一定的换算关系，但实际应用四种基准之间虽存在一定的换算关系，但实际应用的是频率分布和质量分布。的是频率分布和质量分布。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定45相对频度相对频度;单位尺寸(微米)上的频度数 relative frequency例如：微米总颗粒数占总颗粒数的，即具有微米粉末颗粒的频度值为，相对频度应该是：（）微米 微米粒度分布曲线粒度分布曲线以颗粒数或颗粒频度对平均粒径所作的粒度分布曲线成为频度分布曲线，曲线峰值所对应的粒径称为多数径 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定462.1.3粒度分布函数粒度分布函数 粒度分布

38、函数若用数学式表达，就称为分布函数。黑赤乔特由粒度分布函数若用数学式表达，就称为分布函数。黑赤乔特由正态几率分布函数导出计算粉末中具有粒径正态几率分布函数导出计算粉末中具有粒径d的颗粒频度的颗粒频度n的公式：的公式：按正态分布函数作出频度分布曲线是以算术平均值为均值的，这按正态分布函数作出频度分布曲线是以算术平均值为均值的，这时算术平均值与多数径和累积分布曲线中的中位径是一致的，是一种时算术平均值与多数径和累积分布曲线中的中位径是一致的，是一种最理想的分布曲线。而用各种粉末实测的粒度分布曲线常比正态分布最理想的分布曲线。而用各种粉末实测的粒度分布曲线常比正态分布曲线复杂得多（图曲线复杂得多（图

39、2-3）。）。图图2-3 粒度分布曲线的几种类型粒度分布曲线的几种类型 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定47 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定(a)原始粉末原始粉末(b)球磨球磨50h后的粉末后的粉末482.1.4平均粒度平均粒度 粉末粒度组成的表示比较麻烦，应用也不大方便，许多情粉末粒度组成的表示比较麻烦，应用也不大方便，许多情况下只需要知道粉末的平均粒度即可。计算平均粒度的公式如况下只需要知道粉末的平均粒度即可。计算平均粒度的公式如表表2-4所示。公式中的粒径可以按前述四种基准中的任一种统所示。公式中的粒径可以按前述四种基准中的任一种统计。计。表表2-4 粉末统计平

40、均粒径的计算公式粉末统计平均粒径的计算公式 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定49用显微镜法测得颗粒数百分含量，按算术平均径计算时：fi和di分别为表2-10中的个数百分数和平均粒径。以体积或质量百分数表示粒度组成，如筛分析、沉降分析等，实际上是按质量平均径计算平均粒度。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定50比表面平均径是吸附法和透过法用以表示粒度的形式，它实质上就是表中的体面积平均径。克比表面，所以各种平均粒径之间遵循不等式：最大值与最小值可相差三倍以上。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定51 例:0-20微米 20-40微米 40-60微米 200个 700个

41、 100个 N=1000个 算术平均径 da=(10 x200+30 x700+50 x100)/1000 =28微米 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定52作业，数据如下作业，数据如下05m 510m 1015m 1520m373749722025m 2530m 3035m 3540m108164121934045m 4550m 50m624019做粒度分布曲线，确立中位径，计算平均粒径。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定53级别粒级平均粒径颗粒数个数百分数累积百分数123456789101105m 510m1015m1520m2025m2530m 3035m3540m4

42、045m4550m50m2.5m7.5m12.5m17.5m22.5m27.5m32.5m37.5m42.5m47.5m50m37374972108164121936240194.64.66.18.913.520.415.111.67.74.92.44.69.215.324.237.758.173.284.892.697.6100 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定算术平均径 da=2.5x4.6+7.5x4.6+12.5x6.1+50 x2.4 =27.5微米54 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定55粒径基准方法名称测量范围，m 粒度分布基准几何学粒径筛分析光学显微镜电

43、子显微镜405000.2100.01质量分布个数分布 同上 当量粒径重力沉降离心沉降501.0100.05 质量分布同上比表面粒径气体吸附气体透过200.001500.2比表面积平均径同上 光衍射粒径光衍射X光衍射100.001 0.050.0001 体积分布体积分布 2.2粉末粒度的测定原理粉末粒度的测定原理 粉末粒度的测定是粉末冶金生产中检验粉末质量，以及调节粉末粒度的测定是粉末冶金生产中检验粉末质量，以及调节和控制工艺过程的重要依据。测定粉末粒度的方法很多。表和控制工艺过程的重要依据。测定粉末粒度的方法很多。表2-5为常用的一些测量粒度的方法及其应用的范围。为常用的一些测量粒度的方法及其

44、应用的范围。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定56a.筛分析法 粉末借助筛网的振动通过网孔，用筛网的孔定义粒度，如是针状颗粒，直径比网孔小，按长度可通过的网孔计算粒度。筛分设备：震筛机、试验筛 筛网目数：其中a网孔尺寸；b丝径。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定57b.显微镜法显微镜法 光学显微镜的分辨能力，在理想情况下可达到光学显微镜的分辨能力，在理想情况下可达到0.2m，它，它和光源的波长，透镜的数值孔径有关。但在实际应用中，光和光源的波长，透镜的数值孔径有关。但在实际应用中，光学显微镜的粒度测量范围是学显微镜的粒度测量范围是0.8150m，再小的粉末粒度再小的粉末粒度

45、唯有电子显微镜等方法才能观察和测定。唯有电子显微镜等方法才能观察和测定。由于反射光工作的光学显微镜仅能测量粒度大于由于反射光工作的光学显微镜仅能测量粒度大于5m颗颗粒物质，因此粒度分析一般采用透射光工作的显微镜。粒物质，因此粒度分析一般采用透射光工作的显微镜。为了计算颗粒的大小，在显微镜目镜上配有显微刻度尺。为了计算颗粒的大小，在显微镜目镜上配有显微刻度尺。常用于分析的显微刻度尺有三种：（常用于分析的显微刻度尺有三种：（1）带十字线的直线刻度）带十字线的直线刻度尺；（尺；（2）网络显微刻度尺；（）网络显微刻度尺；（3）花样显微刻度尺。三种使）花样显微刻度尺。三种使用时事先都应校准。用时事先都应

46、校准。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定58 用透射显微镜测定时，一般采用玻璃片制样。此时，分散介用透射显微镜测定时，一般采用玻璃片制样。此时，分散介质的选择是重要的，对分散介质的要求：质的选择是重要的，对分散介质的要求：（1）分散介质与所）分散介质与所测粉末颗粒不起化学反应；（测粉末颗粒不起化学反应；（2）分散介质挥发的蒸气对显微）分散介质挥发的蒸气对显微镜镜头没有腐蚀作用；（镜镜头没有腐蚀作用；（3）分散介质应是无色透明并能较好）分散介质应是无色透明并能较好地湿润所测颗粒；（地湿润所测颗粒；（4）分散介质对人体健康没有危害。）分散介质对人体健康没有危害。显微镜法测量的是颗粒的表现

47、粒度，即颗粒的投影尺寸。显微镜法测量的是颗粒的表现粒度，即颗粒的投影尺寸。对称性好的球形颗粒（如雾化粉）或立方体颗粒可直接按直径对称性好的球形颗粒（如雾化粉）或立方体颗粒可直接按直径或长度计算。但对于非球形的不规则颗粒，不能用直接计算的或长度计算。但对于非球形的不规则颗粒，不能用直接计算的方法，必须考虑到不同的表示方法。方法，必须考虑到不同的表示方法。实际上，粒度测量应用垂直投影法比较简单。比垂直投影实际上，粒度测量应用垂直投影法比较简单。比垂直投影法更简单的是线切割法。法更简单的是线切割法。显微镜法最大的缺点是操作繁琐且费力。显微镜法最大的缺点是操作繁琐且费力。二、粉末的性能及其测定二、粉末

48、的性能及其测定59 c.c.沉降分析法沉降分析法 通过测量粉末颗粒在某一分散介质中的沉降速度来定义粒度。球形和不规则形粉末具有相同的沉降速度，实际上测的是平均粒度。式中：v沉降速度；d 粉末颗粒直径；粉末密度；F 介质密度；介质粘度。二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定60沉降法分析一个球形粉末粒度，设颗粒直径为8微米，如果粉末分散在设定100mm高的水柱中，求粉末沉降的速度：v=h/t=gd2(1 1-2)/(18)这里，H=height=0.1m g=地球引力常数=9.8m/s2 d=颗粒直径=810-6m 1 1=Ni粉密度=8.9103kg/m3 2=水密度=103kg/m3=

49、水的粘度=10-3kg/m/s 算出的速度为2.810-4m/s，对于设定高度为0.1米,相应的时间是约360s或6分钟,雷诺系数为2.210-3 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定61 d.沉降天平法 天平一端的金属吊盘吊在装满粉末悬浮液的玻璃沉降管中，同一粒径的粉末从距离沉降盘为H的液面自由降落，经过t1时间后，所有颗粒同时到达盘上，根据沉降公式可计算出粒径。式中h经过时间t后颗粒运动距离。图2-5沉降天平原理图图2-6一齐沉降法 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定62 e.比浊仪比浊仪 测量速度快，可测最细粒度0.1m，避免了天平法沉降盘的震动缺点。图2-6比浊仪结构

50、示意图 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定63图2-6比浊仪测量粒度系统图 二、粉末的性能及其测定二、粉末的性能及其测定64比浊仪测量原理比浊仪测量原理：图为三种颗粒相继沉降的四种状态，x为光透过的水准面距液面的深度，透射光强度增强为I。经过时间t1后，状态a变到b，假设D1颗粒全部沉降到高度x以下，透射光强度从Ia变为Ib，经过时间t2后，D2颗粒全部沉降到x以下，透射光强度增强为Ic，经过时间t3后，三种颗粒全部沉降到x以下，透射光强度为I0。根据下列公式可计算粒度。式中I。透过分散介质的光强度；Ia、Ib、Ic透过悬浮液状态a、b、c时的光强度；q与颗粒的消光系数、形状因子和仪