《功能材料制备与成形》课件第一章 绪论

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE &TECHNOLOGY,功能材料的制备与成型,参考教材,周馨我：,功能材料学,，,北京理工大学出版社,刘军,佘正国 编,.,粉末冶金与陶瓷成型技术,.,化学工业出版社,.,黄培云 主编,.,粉末冶金原理,.,冶金工业出版社,.,R. M. German,宋九鹏：粉末注射成型,材料、性能、设计与应用,第,O,章,绪 论,第一节、功能材料的特征与分类,功能材料,（,functional materials,）：,具有,一种或几种,特定功能如,物理、化学和生物,或其它相互转化的材料。,结构材料,：,主要以力学性能为主的材料,功能材料,：,主要以物理、化学等性能为主的材料,第一节 功能材料的特征与分类,功能材料的特征,：,功能对应于材料的,微观结构和微观物理与化学现象,；,聚集态和形态多样化：,晶态、非晶态、准晶、液晶,；,气、液、固、离子态；,一维、二维、三维及零维,大多数以元件形式为最终产品，即,材料电子一体化,现代科学多,学科交叉,的,知识密集型产物,制备技术多为先进的新工艺和新技术,属,高新技术,行业,第一节 功能材料的特征与分类（续）,功能材料的分类,：,分类方法,名 称,用 途,电子、航天、航空、兵工、建筑、医药、包装等,化学成分,金属、无机非金属、有机、复合材料,聚集状态,气态、液态、固态、液晶态和混合态,功 能,物理（声、光、电、磁、热等）；化学（催化、含能、降解）,形 态,体积、膜、纤维、粉末等,维 度,0,维、,1,维、,2,维、,3,维。,1965,年,：开始功能材料的研究与应用，但发展较慢。,After 1965,：由于下述原因而快速发展：,固体物理、化学、量子理论等发展；,各种,制备新技术,的出现；,现代分析测试技术发展；,功能材料的研究应用与发展,展望,21,世纪,：高新技术发展更迅猛，功能材料需求日益迫切。,如：智能制造,4.0,时代，,智能终端，,。,第二节、功能材料简介,一、导电材料,金属材料,： 电导率：,10,7,10,8,S/m,合金材料,:,电导率：,10,5,10,7,S/m,无机非金属材料,电导率：,10,5,10,8,S/m (,如石墨,),电线电缆,纳米碳管,第二节、功能材料简介,一、导电材料,超导材料：,1911,年：,Onees H.K,（,1913,年诺贝尔奖,）在研究极低温度下,金属,Hg,导电性时发现，当温度降低到,4.2K,时，其电阻率突然降到接近于,零。,超导材料的电导率、临界磁场强度、电流密度与温度的关系,第二节、功能材料简介,一、导电材料,超导材料的种类：,已知有,24,种元素具有超导性。除碱金属、碱土金属、铁磁金属，贵金属外几乎全部金属元素都具有超导性,。,其中铌（,Nb,）有最高临界温度，,Tc=9.26K,1.,金属元素,W,：,0.012K,Be,：,0.026K,Ga,：,1.100K,第二节、功能材料简介,超导材料的种类：,包括二元、三元和多元化合金及化合物。,材料,Tc, K,Mo- 33Re,：,10.8,Nb- 25Zr,：,11,La2CuO4: 36,TlRBaCuO R:,稀土 ,125,2.,合金和化合物超导,3.,有机高分子超导体,第二节、功能材料简介,一、导电材料,超导材料的应用：,超导强电强磁应用,： 超导电缆、 超导磁体（,超导磁悬浮列车）,超导发电机,20000kW,超导发电机,磁悬浮列车,第二节、功能材料简介,一、导电材料,半导体材料：,电子元器件,集成电路,LED,电光源,。,第二节、功能材料简介,一、导电材料,离子导体材料：,一般具有离子结构的材料都具有离子导电性，但大部分的材料导电率较低，所以将,电导率,10,-4,S/m,且其,电子电导,对总电导率贡献可忽略的材料称为,离子电导,材料，又称,快离子导体,。,第二节、功能材料简介,一、导电材料,离子导体材料的种类：,金属离子导体,银离子,：,AgI,在,400,以上具有与电解液相当的离子电导,钠离子：,钠硫电池,锂离子：,锂离子电池,氧离子导体,萤石结构和钙钛矿型离子导体,：,Y,2,O,3,、,MgO,、,CaO,掺杂,ZrO,2,高分子离子导体,第二节、功能材料简介,二、介电材料,介电材料的种类：,又称,电介质,，是,电,的,绝缘材料,。主要用于制造,电容器,。要求,材料,的,电阻率,高，介电常数大。,气体,：,非极性气体,：,He,、,H,2,、,N,2,、,O,2,CH,4,等,极性气体,：,HCl,、,NO,等,混合气体,：,2.,液体,：,非极性液体：,苯、二甲苯,等,弱极性液体,： 汽油、煤油。变压器油等,极性液体：,三氯联苯、乙醇、水,3.,固体,：,非极性,：,极性,：,第二节、功能材料简介,二、介电材料,介电材料的应用,+,+,+,+,+,-,-,+,电容等等,第二节、功能材料简介,三、压电材料,压电材料的种类：,晶体,：,石英,：,酒石酸钾钠类晶体,铌酸盐晶体,半导体,常用的有,II-VI,族化合物,：,CdS,、,CdSe,、,ZnO,，。,III-V,族化合物：,GaAs, GaSb,、。,陶瓷压电多晶电材料：,钛酸钡、钛锆酸铅,压电材料（,piezoelectric material,）,：受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料,第二节、功能材料简介,压电材料的应用：,信号处理,： 压电振荡器,接收发射,： 耳机、扬声器、声纳、超声,计量测量,： 压力传感器，加速度传感器,电 源,：,压电发电机、压电变压器,传感器：,压力传感器、声传感器、热敏传感器 、 光敏传感器、气敏传感器,超声波探伤仪,压力传感器,第二节、功能材料简介,三、热电材料,热电材料,：一种能将热能和电能相互转换的功能材料。,第二节、功能材料简介,四、小结,种类繁多,，往往是多种功能的混合，而且发展迅速。,涉及材料面广：,金属、陶瓷、高分子,制备技术复杂,： 粉末、薄膜、块体,材料元件一体化：,第二节、功能材料简介,功能材料的形态,粉末颗粒（,0,维）：,陶瓷功能材料（粉末颗粒，如催化剂）,纤 维（,1,维）：,纤维隔热材料（增强）,膜 状（,2,维）：,薄膜、厚膜，如电子芯片,块 体（,3,维）：,功能材料的制备技术与传统材料制备技术类似，同样也包括：,各类,粉末、纤维、膜材料以及块体材料,的制造。,第一章 粉末材料的成形,日用陶瓷,陶瓷手表,光纤插针,陶瓷基片,精密陶瓷平台,工业陶瓷,加热器,陶瓷托槽,陶瓷辊,(2mX,150mm),1,、 绪 论,什么是粉末烧结材料,？,粉末经过成型和烧结制得的金属、无机非金属材料或复合材料。主要有,粉末冶金材料,和,陶瓷材料,。,1.1,粉末烧结材料,粉末烧结材料的基本工艺路线为：,粉体,配料,制备成型用料,成型,干燥,脱脂,烧结,图,1-1,粉末烧结材料的制备过程,制品,陶瓷的生产过程,粉末,混料,成型,脱成型剂,烧结,+,粉末冶金材料,用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作原料，经过成形和烧结制造的金属材料。,陶瓷材料,以无机非金属粉末为原料，经过成型和烧结制得的材料。,有机烧结材料,有些有机材料也采用粉末烧结的方式制备，如聚四氟乙烯型材。,复合材料,将多种性质的粉末按照一定的比例和方式组合并烧结在一起。,1.2,粉体的基本性能,粉体：,所谓,分体,，是指大量固体颗粒的集合体，它表示物质的一种存在状态。,分体在外力的作用下，会发生,流动和变形,。,组成粉体的固体颗粒称为,粉体颗粒,粉体颗粒：,组成粉体的固体颗粒称为,粉体颗粒,，是指在物质的本质结构不发生改变的情况下，分散或细化而得到的基本颗粒。即,一次颗粒,在实际应用中，粉体颗粒往往是一定程度上团聚了的颗粒，即所谓的,二次颗粒,。,1.2,粉体的基本性能,1.2.1,对粉体的基本要求,较高的纯度,较小的颗粒度,较窄的粒径分布,良好的流动性,适当的堆积密度,粉体的,流动性,是决定对粉体成型性能的主要因素。,1,）,粒径,颗粒在空间范围的线性尺度。,粒径,或称,粒度,，是颗粒几何性质的一维表示。当颗粒为球体时，粒径就是直径。,1.2.2,粉体的几何特性,三轴平均径,：,颗粒的长度,l,、宽度,b,、高度,h,的平均值。,颗粒一般为非球体，三维尺寸不同，如何表示其粒径？,常用非球形颗粒的粒径表示方法：,三轴平均径、投影径、球当量直径、筛分径等。,表,1-1,三轴平均径计算式及物理意义,投影径,利用显微镜测量颗粒的粒径时，可观察到颗粒的投影。颗粒以最大稳定度（重心最低）置于一平面，按颗粒投影大小定义的粒径。,图,1-2,投影径分类,（,a,）,Feret,径,（,c,）最大定向,径,（,b,）,Martin,径,（,d,）投影圆相当,径,Feret,径,：,与颗粒投影相切的两条平行线之间的距离。,Martin,径,：,在一定方向上颗粒投影面积分为两等分的直径。,筛分径,粉体能够通过标准筛的筛孔的直径。,目数,筛孔尺（,mm,）,5,4,10,2,20,0.84,100,0.149,200,0.074,325,0.044,标准筛孔径大小,球相当径,用与实际颗粒体积相同的球体的直径表示实际颗粒的粒径。 应用最普遍。,目数 ,孔数,/,英寸,m = 25.4/(a+d),（,mm),a,d,2,）,粒径分布,在多颗粒体系中，颗粒的,形状、尺寸,一般是不同的。若颗粒系统中各颗粒的粒径相等，则可用单一粒径表示其大小，这类粉体称为,单粒度体系,。,实际应用的粉体中大都由粒度不等的颗粒组成，这种体系被称为,多粒度体系,。,粒径分布,：,又称粒度分布，用不同粒径尺寸的粉末所占比例来表示（用简单的表格、绘图和函数形式表示颗粒群粒径的分布状态）。,微分分布,各个粒径相对应的颗粒百分含量，又称频率分布。,积分分布,小于或大于某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量与该粒径的关系，又称累积分布 。,百分含量的基准可以是颗粒的个数、体积、质量及长度和面积等。,3),平均粒径,对于多粒度体系，其颗粒大小除了用粒径分布表示外，往往还需用平均粒径来表示。,平均粒径的表达方式有多种,：,个数,平均径、,长度,平均径,面积,平均径、,体积,平均径,平均粒径的计算公式,4),颗粒的形状,颗粒的形状对颗粒的许多性质（比表面积、流动性、磁性、附着力、增强性、研磨特性和化学活性）都有影响。,常用,形状系数,（或称之为形状指数）来表征颗粒的形状。,不同的使用目的，对颗粒的形状有不同的要求。,形状系数,体积,形状系数,比表面积,形状系数,形状系数的意义,异型颗粒的阻力大于球形颗粒。,形状决定粉体的流动性,4),颗粒的形状,颗粒的形状对颗粒的许多性质（比表面积、流动性、磁性、附着力、增强性、研磨特性和化学活性）都有影响。,常用,形状系数,（或称之为形状指数）来表征颗粒的形状。,不同的使用目的，对颗粒的形状有不同的要求。,描述形状的数学语言,球形、立方体、片状、柱状、鳞状、粒状、棒状、针状、纤维状、树枝状、粗糙、光滑等,表,1-5,基本几何形状的形状系数,表,1-4,基本几何形状的形状系数,形状系数,：,表示颗粒形状与球形颗粒不一致的成度。代表性的形状系数有：体积形状系数（,v,）、 表面积形状系数（,s,） 、比表面积形状系数（,sv,）。,5,）,比表面积,指单位质量粉体的总表面积，米,2,/,克,(m,2,/g),。,式中：,S,W,比表面积；,S,表面积形状系数；,D,SV,面积平均径,;,颗粒密度。,(6),粉体粒度和形状的测量方法,采用图像分析仪测量颗粒形状， 测量范围,1100m,。,电子显微镜配有图像分析系统， 测量范围,0.00110m,。,常见粉体粒径测量方法,(6),粉体粒度和形状的测量方法,采用图像分析仪测量颗粒形状， 测量范围,1100m,。,电子显微镜配有图像分析系统， 测量范围,0.00110m,。,显微镜测定粒度要求统计颗粒的总数：,粒度范围宽的粉末,10000,以上,粒度范围窄的粉末,1000,左右,(6),粉体粒度和形状的测量方法,显微镜方法的优缺点：,优点,可直接观察粒子形状,可直接观察粒子团聚,光学显微镜便宜,缺点,不够全面,重复较差,测量结果为投影面积直径,速度较慢,(6),粉体粒度和形状的测量方法,激光衍射法粒度测试,：,原理,当入射光遇到颗粒时产生衍射，小颗粒的衍射角大，而大颗粒的衍射角小，通过测量不同衍射角的光强可计算颗粒的数量。,(6),粉体粒度和形状的测量方法,沉降法粒度测试,：,原理,在具有一定粘度的粉末悬浮液中，大小不等的颗粒自由沉降的速度是不同的，颗粒越大沉降速度越快。如果大小不同颗粒从同高度同时沉降，经过一定距离（时间）后，就能将粉末按粒度分辨。,(6),粉体粒度和形状的测量方法,沉降法粒度测试,：,原理,在具有一定粘度的粉末悬浮液中，大小不等的颗粒自由沉降的速度是不同的，颗粒越大沉降速度越快。如果大小不同颗粒从同意高度同时沉降，经过一定距离（时间）后，就能将粉末按粒度分辨。,(6),粉体粒度和形状的测量方法,沉降法粒度测试的优缺点,：,优点,结果为重量分布,代表性强,测试结果一致性较好,价格比激光衍射法便宜,缺点,小颗粒测试速度慢,非球形颗粒误差较大,不能测量混合粉末,测量范围相对激光较窄,1.2.3,粉体的物理化学特性,1,粉体的重力沉降,任何密度大于水的颗粒在水中都因重力作用而沉降。自由沉降速度,V,0,为：,式中：,d,颗粒粒度；,p,固体粒子的密度，,kgm,-3,；,0,介质的密度，,kgm,-3,；,介质黏度，,Pas,；,g,重力加速度，,ms,-2,。,检测粉末粒度,粒度在,1m,以下的颗粒在水介质中主要受介质分子热运动的作用作布朗运动，重力的作用较为次要，颗粒不再表现明显的重力沉降运动。,事实上亚微米级及纳米级颗粒因受到分子作用等吸引力的影响而常常发生,团聚沉降,。,2,团聚现象与颗粒间的作用力,如果用显微镜观察组成粉体的颗粒，其形状、尺寸不一，但是可以归为两种形态：,单颗粒,，构成粉体的最小颗粒（或称基本颗粒或,一次颗粒,）,团聚颗粒,，由若干单颗粒搭接而成的较大颗粒（也称,二次颗粒,）,单颗粒和团聚颗粒,颗粒团聚的原因,:,包括,范德华引力、静电力、毛细管力、磁性力、机械咬合力,等。,范德华引力是分子间作用力，作用距离极短（约,1nm,），是典型的短程力。颗粒是多个分子的集合，因存在多个分子的综合相互作用之故。颗粒之间的分子作用力有效间距可达,50nm,。,铁磁性物质以及亚铁磁性物质，当其颗粒尺寸减小到单畴临界尺寸以下时，颗粒只含有一个磁畴，称为单畴颗粒。单畴颗粒之间存在着磁性吸引力，很难分散。,1.2.3,粉体的工艺性能,1,粉体的填充性能,指粉体内部颗粒在空间的排列状况。,表征粉体填充状态的系数：容积密度、填充率、空隙率。,容积密度,B,(,又称视密度）,单位填充体积的粉体质量。,填充率,颗粒体积占粉体填充体积的比率。,空隙率,（又称孔隙率）,空隙体积占粉体填充体积的比率。,式中：,粉体颗粒密度；,粉体填充体积。,容积密度,:,填充率,:,空隙率,:,粉体的,填充特性,及其填充体的集合组织是粉末材料,成型的基础,。粉体的堆积、压缩、团聚不仅影响成形体的生坯结构，而且在很大程度上决定了烧结体的的,显微结构。,一般说来，粉体颗粒的,大小、形状、表面性质,等因素对粉体的,凝聚性、流动性、填充性,起决定性的影响。,当粉体颗粒为,等直径,的球状颗粒，则最紧密的堆积方式为,面心立方,密堆或,密排六方,密堆，两种堆积方式的填充率均为,74.05%,（理想状态）。,实验结果表明，对于等直径球状填充物，无论怎样连续振动，填充率总是,小于,63.1%,，而不振动的自然填充，填充率总是,小于,60%,。,对于非等直径的球状颗粒，在填充时小颗粒会填充在大颗粒的间隙中，从而提高填充率。,粉体颗粒填充的一般规律,（,1,）颗粒大小：,Roller,的试验表明，当颗粒的粒径不大时，粒径越小，填充越疏松；若果粒径增大，超过,临界粒径,（大约,20um,）时，则粒径对于填充率影响不大。,影响粉体填充率的因素：,（,2,）颗粒的形状：,球形颗粒容易填充，若球形颗粒逐渐偏离球形，直到板状、棒状等，填充越困难，填充的结构越疏松。,（,3,）团聚体的影响：,一般来说，团聚体是由于颗粒吸收水分而团聚，导致颗粒间凝聚力作用加强，这种凝聚力防碍填充过程中颗粒的流动，使粉末得不到填充。而且这种团聚体自身的空隙率较大，因此一般来说，,团聚体对填充是不利的,。,影响粉体填充率的因素：,（,4,）外力的影响,粉体间存在着作用力，若对粉体加压，则可减小粉体间作用力的影响，提高填充率。,影响粉体填充率的因素：,当外加,压力较小,时，粉体颗粒发生颗粒重排，填充率提高；,继续,加大外加压力,时，颗粒发生变形、破碎现象，填充率进一步提高。,各种粉体的外加压力大小与粉体的性质有关。,外加压力，,MPa,压坯密度,2,松装密度,粉体通过一定的程序填充某一容器，所形成的堆积密度，,g/cm,3,。,容器密度的测量方法,2,松装密度,测量容积密度的方法,：,将粉体经一个漏斗从一定高度落入一个容器为,100cm,3,的容器中，容器充满以后，用木板将容器口轻轻刮平，然后称量容器中粉体的质量，将重量除以容器的容积得到松装密度。,100cm,3,3,振实密度（,摇实密度）,在粉体填充过程对容器进行振动得到的容器密度。,摇实密度一般比松装密度高,3050,左右。,为什么摇实密度比松装密度高？,铜粉颗粒形状对粉体密度的影响,颗粒形状,松装密度,，,g/cm,3,摇实密度，,g/cm,3,松装时的孔隙率,，,片状,不规则形状,球形,0.4,2.3,4.5,0.7,3.14,5.3,95.5,74.2,49.4,影响颗粒松装密度的因素,：,颗粒形状：,钨粉颗粒形状对散装密度的影响,平均粒径,，,um,1.20,2.47,3.88,6.85,20.3,26.00,松装密度，,g/cm,3,2.15,2.52,3.67,4.40,9.86,10.20,影响颗粒松装密度的因素：,颗粒尺寸：,粉末平均粒径，,um,松装密度，,g/cm,3,在一定的粒径范围内，粉体粒径的减少会使松装密度降低，这是由于,细粉体的颗粒间相互作用力大,，容易形成“桥架”现象。,粉末颗粒的,“,桥架,”,4,粉体的流动性及摩擦性质,粉末流动性,以,50g,粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间表征。,单位为,s/50g,，俗称为流速。,物理意义：,流动性的高低直接影响到成型时粉末在成型模具中的充填情况，是重要的粉体性能指标。,4,粉体的流动性及摩擦性质,影响因素：,等轴状的颗粒及粗颗粒,的粉体流动性较好；,颗粒密度较高,的粉体流动性较好；,粉体相对密度的提高对其流动性有利。,4,粉体的流动性及摩擦性质,影响因素：,等轴状的颗粒及粗颗粒,的粉体流动性较好；,颗粒密度较高,的粉体流动性较好；,粉体相对密度的提高对其流动性有利。,4,粉体的流动性及摩擦性质,影响因素：,休止角,（安息角）,（,Repose angle,）,在静平衡状态下，粉体在一个平面上堆积成一个圆锥体，其自由表面母线与水平面所能成的最大夹角。,休止角常用来评价粉体流动性，,休止角越小，粉体的流动性越好。,a,粉体的摩擦性质是指颗粒之间以及颗粒与其它固体边界表面因摩擦而产生的一些力学性质。,粉末摩擦性,粉体的摩擦性质是指颗粒之间以及颗粒与其它固体边界表面因摩擦而产生的一些力学性质。,粉体的摩擦性质与粉体的静止堆积状态、流动特性及对仓壁面的摩擦行为和滑落特性有关。对粉体物质的加工、输送、包装、存储等方面的工作具有重要意义。,粉末摩擦性,内摩擦系数,内摩擦系数（单面直剪法）,测量原理,临界剪切应力,与正应力,之间存在关系为：,=,i,或：,F,/,A,=,i,W/A,其中,i,为,内摩擦系数,。,临界剪切应力,与正应力,的比值，即,i,。,显然，内摩擦系数越大，使粉体层滑动所需要的外力越大。故内摩擦系数是粉末层产生相对滑动的难易的量度。,内摩擦系数,：,由内摩擦系数定义内摩擦角,i,：,i,=,arctg ,i,=,arctg,(,/,),=,arctg(F/W),内摩擦角,：,影响因素,：,颗粒表面的粗糙度,附着的水分、,粒度分布、孔隙率等内部因素,粉料静止存放及振动,F,W,i,对于粘性粉体，考虑静止时颗粒间的附着力（凝聚力）为：,=,tg,i,+,0,此式称为库伦（,Coulomb,）定律。,式中,0,表示初抗剪切强度或附着力。,颗粒间附着力（凝聚力）,：,对于无附着性的粉体而言，,休止角,与,内摩擦角,在数值上几乎相等，但两者的实质不同。,对非粘性粉体，,0,= 0,，其流动性好；否则属于粘性粉体。,在工业生产中，经常碰到粉体与各种固体材料壁面直接接触以及相对运动的情况，如在料仓中，粉料流动时与仓壁的摩擦。,壁摩擦角：,w,壁摩擦角的测定,壁摩擦系数,为,w,：,w,=,F,/,(,Ww,+,Ws,+,W,0,),壁摩擦角,定义为：,w = arctg ,w,F,水平力（,N,），,Ww ,砝码重力（,N,）,Ws,粉料重力（,N,），,W,0_,容器重力（,N,）,F,Ww,Ws,W,0,影响壁摩擦角的因素有：,颗粒的大小和形状,壁面的粗糙度、颗粒与壁面的相对硬度、壁表面的润滑情况、松料静置存放时间等。,滑动角,将载有粉体的平板逐渐倾斜，当粉体开始滑动时，平板与水平面的夹角就是,滑动角,。,由于粉体全部滑落时的滑动角通常比刚开始滑动时的角度大,10,以上，因此，实际规定全部滑落时的角度的,90%,为滑动角。,壁摩擦角、滑动摩擦角,属于粉体的,外摩擦特性,。,5,粉体的压制性,粉体的,压缩性,粉体在压制过程中能够被压紧的能力，用单位压力下粉体所达到的压坏密度。,粉体的,成型性,粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，可用粉体得以成型的,最小单位压制压力,表示，或用压坯的,强度,来衡量。,定义,：,指压缩性和成型性的总称。,硬度低，塑性好,其压缩性亦好,如多数金属粉体；,粉体硬度高，塑性差，其压缩性亦差。如，陶瓷和硬质合金,影响粉体压制性的因素：,硬度与塑性：,颗粒形状及大小、级配：,球形粉末的压缩性较差,粉末粒度增大，一般易于压制,粉末级配有利于压缩性,1.3,粉体成型技术应用领域,金属,粉末冶金,陶瓷,高分子材料,聚四氟乙烯制品,医药,药片、。,食品工业,糕点、饼干、。,1.3.2,粉体成型方法分类,1,）按粉末材料的类别分类,粉末冶金成型方法,陶瓷成型方法,高分子成型方法,食品成型方法,医药成型方法,学习,重点,是： 粉末冶金成型方法与陶瓷成型方法（其原理也可用于其它中材料的成型）,2,）,按坯料的特性分类,粉体一般不直接用于成型，而是加进了一些有助于成型的其它物质（称之为,成型剂,），并混合均匀后（成为了坯料），再用于成型。成型剂可以为液相或固相。,加入成型剂后，坯料的可塑性、流动性、流变性能与前粉末有较大差别：或呈粉态、液态、泥态，成型方法自然也不相同。,干压成型,将干坯料压缩成型。包括,压制成型,、,轧制成型,、,楔形成形,等。,所谓干坯料是指液体含量很少（一般小于,6,7,）、呈现颗粒流动特征（也即前面讲的粉态）的坯料。,可塑性坯料成型,坯料中液相含量较多，呈半固化状态（泥态），但一般不超过,20,30,。,可塑性坯料成型是针对泥料的成型方法。,包括,挤制成型,、,轧膜成型、热压注成型、注射成型,等。,流法（浆料）成型,坯料中液体含量高，颗粒悬浮于液体之中，具有类似液体的流动性（液态），也称之为浆料。,流法（浆料）成型是针对浆料的成型方法。,包括注浆成型、原位凝固成型。,3,）,按成型的连续性分类,连续成型,理论上能够制备出截面形状和尺寸相同的无限长坯体的成型方法。,它不是一个一个坯体的生产，而是生产无限长坯体，如管、棒、带等。,将坯体截短，也可以得到有限长的坯体。,包括粉末,轧制成型、挤制成型、楔形压制、轧膜成型、流延成型,等。,非连续成型 连续成型方法以外的其它成形方法。,4,）,按有无模具分类,有模成型,成型要用模具，成型坯的形状、尺寸由模具决定。,包括压制成型、注浆成型、热压注成型、注射成型、原位凝固成型。,无模成型,成型时没用模具，或者坯体的三维尺寸上至少有一个是自由的。,连续成型一般都属于无模成型。,1.3.3,成型与前后工艺的关系,作为粉末冶金和陶瓷制品制造工艺中的重要一环,成型与前后的其它工艺有着密不可分的关系。,粉体,坯料,成型,型坯（,加工）,脱脂,烧结,选择和设计好成型工艺，一定要弄清与上、下游工艺的关系。,1,）,成型坯体的结构与性质,成型坯体的结构，总体上是一个含,固、气、液,的多相体系，固、气、液的比例与具体的成型方法有关。,固体密度,固体（金属或陶瓷）的真实体积,/,坯体的表观体积。,固体密度又称固体的体积分数，或,装载量,。,坯体的理论固体密度,，,克,/cm,3,坯体中完全不含有气孔时的密度。,坯体的实际固体密度,，,克,/cm,3,坯体中含有气孔，气孔形状各异、大小不等，尺寸呈统计分布。,因此，坯体的实际固体密度要小于其理论固体密度。,致密度,，,%,固相的,实际固体密度,/,坯体的,理论固体密度。,实际上由均一刚性球构成的成型坯体中的固体密度应在,53.36%,74.05%,，气孔占据其余位置。,坯体中的实际固体密度分布范围要大于,53.36%,74.05%,。,孔隙率,，,%,气相的真实体积,/,坯体的表观体积之比。,致密度或孔隙率分布的均匀性,；,强度,外形完整性和表观质量以及几尺寸,对坯料性能的基本要求：,流动性,（充满模腔的能力）,可塑性,（在外力下变形和保持形状的能力）,流变特性,（流动和变形特征）,均匀性,（保证坯体微结构均匀和形状、尺寸高精度的条件）,稳定性,（坯料的性能不随时间而变）,2,）,对成型前坯料的要求,影响坯料的因素,：,粉体的特性,包括材料本征物理、化学特性，颗粒形状、大小带来的特性、颗粒的群集（粉体）带来的特性。,粉体的制备与处理工艺,成型剂体系,坯料的配方,坯料制备工艺,3,）,对成型后续工艺的影响,型坯的成分和性能决定它可以或应该接受什么样的加工、热处理。,对干燥工艺的影响,当型坯中含有相当数量的液相（如水）时，需要经过预先干燥处理，才能烧结。,干燥过程要产生收缩，形成内应力。内应力不均，可能导致型坯变形；内应力大于型坯的强度，可能导致型坯开裂。,对脱脂工艺的影响,当型坯中含有相当数量的固体有机物时，需要经过预先脱去有机物（即脱脂），才能烧结。,对机加工的影响,有些型坯可以进行一定程度的机加工。,加工可以进一步提高尺寸精度。,对烧结的影响,成型坯体的密度高，同样条件下的烧结密度也高。,1,）,粉体特性比较,可塑性,金属颗粒与块状金属一样具有塑性，金属粉体因而不添加任何成型剂，也具有可塑性。,陶瓷不具有塑性，其粉体可塑性也差，若要具有可塑性，一般要掺加成型剂。,粉体粒度,制备块体材料时，所用粉体的粒度，陶瓷一般要细于金属。,陶瓷粉体粒度一般为微米级；金属粉体粒度一般为几十微米级。,1.3.4,粉末冶金材料与陶瓷材料成型特点比较,2,）,成型工艺特点比较,金属,粉体自身的可塑性很好，故制作坯时，一般不加出于塑化目的的,成型剂,，只加极少量的,润滑剂,。多采用压制成型。,陶瓷,粉体坯料中，通常加有较多塑化用途的,成型剂,。采用多种方式成型。,