Precipitation from a liquid Chemical decomposition

第二章 粉末制取及粉末性能 粉末的形成：依靠能量传递到材料而制造新表面的过程。 机械粉碎法（特例HDDR法） 机械法 雾化法 电解法 第二章 粉末制取及粉末性能 粉末的形成：依靠能量传递到材料而制造新表面的过程。 机械粉碎法（特例HDDR法） 机械法 雾化法 电解法 粉末生产方法 还原法 (还原、还原化合、 气相还原) 物理化学法 气相沉淀法 (化学气相沉淀、 气相冷凝或离解) 液相沉淀法

粉末定义： 大量颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。 颗粒 物理性能： 粉末性能 化学性能： 工艺性能： 单颗粒：粉末中能够分开并独立存在的实体。 颗粒 二次颗粒：单颗粒以某种形式聚集而成。 物理性能： 颗粒形状、粒度及粒度组成、比表面积、颗粒密度、显微硬度、显微组织、加工硬化性、塑性变形能力、光电磁性能等 。 粉末性能 化学性能： 化学成分（包括主要金属或合金组元的含量及杂质的含量 ）。 工艺性能： 松装密度、振实密度、流动性和压制性等 。

1. 化学检验 a.氧含量测定 红外测氧仪 （测全氧含量） 氢损法 原理：粉末试样在H2中煅烧，氧被H2还原成水蒸气，C、S与H2生成挥发性气体，与挥发金属（Zn、Cd、Pb）一同排出，测粉末重量损失。 氢损值 其中A—煅烧前粉末试样、烧舟总重，B—煅烧后粉末试样、烧舟总重，C—烧舟重 不被氢还原氧化物（Al2O3、SiO2），所测氢损值低于氧含量。 误差： 脱C、S等反应及金属挥发，所测氢损值高于氧含量。

b.酸不溶物测定 原理：粉末样品用无机盐溶液溶解，不溶物过滤、称重。 铁粉中盐酸不溶物 铜粉中硝酸不溶物 其中：A—不溶物克数，B—粉末试样克数 铜粉中硝酸不溶物 其中：A—不溶物克数，B—锡氧化物克数， C—粉末试样克数 锡氧化物直接不溶于硝酸；但其中加入NH4I加热后，可溶于硝酸。

2.物理性能 （1）颗粒形状 颗粒形状是决定粉末工艺性能的主要因素。对粉末的压制成形和烧结都会带来影响。 表2-1 颗粒形状与粉末生产方法的关系 粉末颗粒形状 球形 近球形 多角形 片状 树枝状 不规则状 多孔海绵状 碟状 粉末生产方法 气相沉积 气体雾化、溶液置换反应 机械粉碎 塑性金属球磨研磨 水溶液电解 水雾化、机械粉碎、化学沉淀 金属氧化物还原 旋涡研磨 定义颗粒投影面相当的圆直径 ,其表面积 ，体积 。f 为表面形状因子，k 为体积形状因子, f/k 为比形状因子。比形状因子越大，结构越复杂。

（2）粒度及粒度分布 几何学粒径dg（用显微镜投影几何学原理测量） 当量粒径de（用沉降法、离心法或水力学方法测量） 四种粒度基准 对粉末体而言，粒度是指颗粒的平均大小。工业上制造的粉末，粒 度范围一般为0.1~400μm。 粒度大小通常用目数（一英寸长度筛网上的网孔数)表示。 几何学粒径dg（用显微镜投影几何学原理测量） 当量粒径de（用沉降法、离心法或水力学方法测量） 四种粒度基准 比表面粒径dsp（用吸附法、透过法或润湿法测量粉 末比表面积，然后换算成相同比表面 积球形颗粒的直径） 衍射粒径dsc（利用粒度接近光和电磁波波长时，发生 衍射现象，测量粉末粒径）

长度基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总长度占全 部颗粒长度总和 nD多少来表示） 个数基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总个数占 全部颗粒个数总和 n多少来表示， 也称频度分布） 四种粒度分布基准 面积基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总面积占全 部颗粒面积总和 nD2多少来表示） 重量基准分布（以某一粒径间隔内的颗粒总重量占全 部颗粒重量总和 nD3多少来表示） 粉末算术平均粒径计算：

沉降法 （颗粒在静止的液体或气体介质中，依靠重力克服 粒度分布测定方法 筛分法（最常用、最简单的分析法） 显微镜法（适用单颗粒测量） 沉降法 （颗粒在静止的液体或气体介质中，依靠重力克服 介质阻力和浮力自然沉降，测量沉降质量的变化。 因受表面形状影响，所测粒径小于几何学粒径） 粒度分布测定方法 淘析法（颗粒在流动的液体或气体介质中，发生非自然沉 降，利用该原理使颗粒分级。适用极细、超细粉 的分级） 气体吸附法（测量吸附在固体表面上气体单分子层质量 或体积，再由气体分子横截面积计算1g固体 物质的总表面积） 粒度比表面积测定方法 透过法（测定气体透过粉层的透过率来计算）

（3）颗粒密度 （4）显微硬度 真密度（理论密度）：颗粒质量 用 除去开孔、闭孔的 似密度（有效密度）：颗粒质量 用包含闭孔的颗粒体 颗粒体积去除。 似密度（有效密度）：颗粒质量 用包含闭孔的颗粒体 积去除。 表观密度：颗粒质量 用包含开孔、闭孔的颗粒体积去除。 （有效密度测定方法：比重瓶法、阿基米德法） （4）显微硬度 粉末颗粒进行退火处理、提高纯度，可降低粉末颗粒硬度。 （测定方法：显微硬度计）

粒度组成 （粉末粒度分布得当，粉末颗粒间的孔隙就小， 松装密度 影响因素 3.工艺性能 （1）松装密度和振实密度 松装密度：亦称松装比，是指单位容积自由松装粉末的质量，常 用g/c m3表示。 振实密度：在规定条件下经过振实后，单位容积粉末颗粒的质量 。 颗粒形状（愈规整、愈光滑，密度愈大） 颗粒大小（愈粗大，密度愈大） 粒度组成 （粉末粒度分布得当，粉末颗粒间的孔隙就小， 密度愈大） 松装密度 影响因素 颗粒密度（愈致密，密度愈大） 颗粒表面氧化（使表面更加规整，密度愈大）

颗粒表面氧化（使表面更加规整，流动性愈好） （2）流动性 粉末流动性：是指单位质量的粉末自由下落至流完的时间， 常用s/50g 表示。它反映的是粉末充填一定形状容器的能力。（流动性 常用粉末流动仪进行测量） 颗粒形状（愈规整、愈光滑，流动性愈好） 颗粒大小（愈粗大，流动性愈好） 粒度组成 （细粉末含量愈多，流动性愈差） 粉末流动性 影响因素 颗粒密度（愈致密，流动性愈好） 颗粒表面氧化（使表面更加规整，流动性愈好） 成形剂及颗粒表面吸附水和气体（降低流动性）

颗粒纯度（粉末纯度高，压缩性、成形性好） （3）压缩性和成形性 粉末压缩性：指粉末在压制过程中的压缩能力。一般是用一定压力（如 400MPa）下压制的压坯密度（g/cm3）来表示。 粉末成形性：指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力。一般用给予压 坯适当强度（仅只搬运不破碎或不会发生变形的强度）， 使之不破坏，所需之压力来表示。 （成形性表征方法：可用压坯的抗压强度或抗弯强度定量地表示；也可用转鼓试验，测定压坯质量相对损失。 ） 颗粒硬度（塑性粉，压缩性、成形性好） 颗粒纯度（粉末纯度高，压缩性、成形性好） 粒度组成 （细粉末含量愈多，压缩性差，但成形性好） 影响因素 颗粒形状（不规整，压缩性差，但成形性好） 颗粒密度（致密粉，压缩性好，成形性稍差） 松装密度（松装密度愈高，压缩性愈好，成形性稍差）

（4）其他工艺性能 成形和烧结有联系的尺寸测定.

举例：NdFeB永磁体 应用领域

烧结NdFeB磁体的显微组织特征 Nd2Fe14B Nd15Fe77B8 MS Mr HC 对于永磁，希望Hc、(BH)max尽可能高；要求：晶粒细化，HC=24-2.6ln(D2)；富Nd相/基体相界面平直、少缺陷；富钕相呈连续的薄片状均匀分布于晶界之间。

烧结NdFeB永磁制备工艺 烧结NdFeB磁体的常规工艺路线 包含：磁体艺 快速凝固薄片铸锭技术（Strip casting） 氢破碎(HD)法、HDDR、气流磨（Jet milling） 粉末磁场取向和成型新技术 双合金法 磁场取向与成型 烧结 热处理 磨加工 磁化与检测 原材料准备 合金熔炼 粗破碎 磨粉 4

HDDR工艺： (氢化Hydrogenation-歧化Dispropor—tionation-脱氢Desorption-再复合Recombination） HDDR粉化机制： 原始组织中的Nd2Fe14B相发生了吸氢并歧化反应，生成了歧化组织NdH2+X 、Fe2B以及—Fe相。脱氢-再结合过程中重新获得Nd2Fe14B相。 在低于NdFeB歧化分解温度的条件下，NdFeB材料吸氢形成氢化物NdFeBH 和NdH，并容易发生氢爆呈假颗粒。在经过HDDR处理后，这些假颗粒团可以很容易地被研成更细小粉末，且沿晶界粉化。有效地减少了制粉过程对富Nd相/基体相界面的破坏。