超细金属粉末通常分为微米级、亚微米级及纳米级粉体。通常将粒径大于1μm的超细金属粉末称为微米级粉体;粒径处于0.1—1μm(即100nm—1000nm)的粉末称为亚微米级粉体;粒径处于0.001—0.1μm(即1nm-100nm)的粉末称为纳米级粉体(又称之为纳米材料)。超细的金属粉末往往使部件具有很优良的特性。例如制造耐高温、有高的强度的陶瓷工具(如刀具、涡轮叶片),需要采用超细金属粉末进行成型后烧结。
每个粉末颗粒可以是晶体或多个晶体,这取决于颗粒大小和制备方法。接下来说说超细金属粉末的制备方法。机械法机械法就是借助于机械力将大块金属破碎成所需粒径粉末的一种加工方法。按照机械力的不同将其分为机械冲击式粉碎法、气流磨粉碎法、球磨法和超声波粉碎法等。目前普遍使用的方法还是球磨法和气流磨粉碎法,其优点是工艺简单、产量大,可以制备一些常规方法难以得到的高熔点金属和合金的超细纳米粉末。
球磨法球磨法主要分为滚动球法和振动球磨法。该方法利用了金属颗粒在不同的应变速率下因产生变形而破碎细化的机理。其优点是对物料的选择性不强,可连续操作,生产效率高,适用于干磨、湿磨,可以进行多种金属及合金的粉末制备。缺点是在粉末制备过程中分级比较困难。
气流磨粉碎法气流磨粉碎法是目前制备磁性材料粉末应用广的方法。具体的工艺过程为:压缩气体经过特殊设计的喷嘴后,被加速为超音速气流,喷射到研磨机的中心研磨区,从而带动研磨区内的物料互相碰撞,使粉末粉碎变细,气流膨胀后随物料上升进入分级区,由涡轮式分级器分选出达到粒度的物料,其余粗粉返回研磨区继续研磨,直至达到要求的粒度被分出为止。整个生产过程可以连续自动运行,并通过分级轮转速的调节来控制粉末粒径大小(平均粒度在3~8 m)。气流磨粉碎法适于大批量工业化生产,工艺成熟。缺点是在金属粉末的生产过程中,必须使用连续不断的惰性气体或氮气作为压缩气源,耗气量较大,只适合脆性金属及合金的破碎制粉。
物理法物理法一般是通过高温、高压将块状金属材料熔化,并破碎成细小的液滴,并在收集器内冷凝而得到超细金属粉末,该过程不发生化学变化。目前研究和使用多的物理法主要有等离子旋转电极法和气体雾化法。
等离子旋转电极法等离子旋转电极法的原理是将金属或合金制成特定规格的棒料,然后装入旋转模腔,再将等离子枪移至棒料前,在等离子束的作用下,棒料端部开始熔化,形成的液体受到离心力和液体表面张力的双重作用,被破碎成液滴飞离电极棒,终冷凝成球形金属粉末。该方法根据电极转速和等离子弧电流的大小调节控制粉末粒径。优点是所得粉末球形度好氧含量低;缺点是超细粉末不易制取,每批次的材料利用率不高嘲。
气体雾化法气体雾化法是生产金属及合金粉末的主要方法之一。气体雾化的基本原理是用高速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末的过程。零化粉末具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低、生产成本低以及适应多种金属粉末的生产等优点,已成为高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。喷嘴是气体雾化的关键技术,其结构和性能决定了雾化粉末的性能和生产效率。因此,喷嘴结构设计与性能的不断提高决定着气体雾化技术的进步。
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