1、粉末制备习题* 粉末冶金产品在汽车工业中有许多用途，请列举三种汽车用粉末冶金产品。 * 有什么方法可以取代粉末冶金技术制备钨灯丝，为什么电熔断器中不采用钨灯丝材料。 * 粉末冶金一度称为金属陶瓷( Metal ceiamics) ， 是什么工序类似于陶瓷产品制备。 * 粉末冶金与陶瓷的主要差别是什么？这些差别是如何影响过程的。 * 粉末冶金的定义是什么？ * 粉末冶金的工程含义是什么？ * 减少加工成本是粉末冶金产品过程的重要方面，要求减少模具结构误差，以确保产品尺寸精度与性能，在什么步骤上有利于减少产品加工成本（净静成形技术） * 金属基复合材料，如 SiC 纤维强化铝合金，是粉末冶金应用的
2、领域，你能说明复合材料制备方法吗？ * 在水雾化制粉时，怎样获得球形颗粒。 * 雾化青铜粉末经气流研磨成碟状。 如何测试该碟状粉末的粒度。 改变碟状粉末厚度的方法。 哪些工艺参数有助于获得碟状粉末。 * 用气体雾化制备合金粉末，雾化融液金属温度略高于液相线，对于粒径为 100m 的颗粒，固化时间为0.04s，估算在同样条件下 10m 粒径粉末颗粒的固化时间。 * 采用水平雾化时，发现所得粉末颗粒太小，不适合后续的工序，建议改变三个过程参数以增大粒径。 * 在气体雾化时，如果颗粒尺寸随融体粘度增加而增大，粒度对颗粒形状会有何种作用？高的过热温度会有利于形成球形颗粒吗？ * 离心雾化粉末通常有双峰
3、形粒度分布曲线，讨论产生这种结果的原因。 * 分别用水雾化，气体雾化和还原方法制备 C 粉（理论密度=8.9g/cm3），测试指数如下： 性能 A B C 平均粒度 m 48 25 40 松装密度 g/cm3 2.8 1.7 4.4 振实密度 g/cm3 3.3 2.4 4.7 流速 s/50g 32 50 21 BET 表面积 m2/g 0.014 0.063 0.017 区分数据全所对应的制备方法，且分析求证你的答案。 * 当用电解法制备合金粉末时（如黄铜“铜锌合金”），会遇到什么困难？ * 在旋转圆盘雾化时，首先形成了长 40m、直径 5.3m 圆筒体，能形成几个等尺寸的球形颗粒。如果该
4、薄片圆筒体分开时，能形成几个等直径的球形颗粒（设表面能维持不变） * 为什么不能采用 H2 还原氧化 Al 制备 Al 粉？ * 球磨脆性粉末时，输入的总功与粉末粒径的 1/2 方成正比，当粉末由 10m 减少到粒径 1m 时，能量变化有多大？ * 提供一种原因释气体雾化时，如果平均粉末粒度减少，粒度分布区域将会变窄。 * 在低压气体雾化制材时，直径 1mm 的颗粒，需要行走 10 米和花去 4 秒钟进行固化，那么在同样条件下，100m 粒度颗粒需要多长时间固化：计算时需要作何种假设。 * 金属学化合物比其对应的金属易于粉碎，关键原因是什么？ =（2Er/D）1/2 r 缺陷尺寸 D 粒径，E
5、 弹性模量， 集冲出应力 * W-Cu 复合粉末在搅拌球磨机中 120rpm 条件下研磨 4 小时，如果要在 1 小时条件下也获得相同的粒径，那么速度应该是多少？ * 在气体雾化时，选择雾化条件，哪一个参数对颗粒尺寸最大，为什么？ * 为什么非晶粉末难于成形（与多晶粉末比较）。 * 一气体雾化粉末，平均粒径为 40m（重量法）， Ray 分析中 25%为非晶粉末；该粉末经 400 目过筛， Ray 复检时发现-400 目的粉末中有 40%的非晶粉末。 a. 在+400 目部分材料中非晶粉是多少？b. 为什么会有大的非晶颗粒和结晶颗粒？ 粉末表征习题* 使用 200g 粉末测量粒度（Ni 粉），
6、测得平均粒度为 120m，估算在这一粉体样品中大约有多少颗粉末（Ni（）=8.9g/cm3）。 * 用筛分析测量粉体粒度，粉末颗粒为椭球形，长径 120m ，短径 60m，问那个粉末的尺寸与筛网尺寸相符合。 * 对于边长为 3m 的立方形颗粒： a. 它的当量球形表面直径是多少？ b. 它的当量球形体积直径是多少？ * 筛分析铁粉成-325 目和-100/+200 目一个部分，粗粉部分的松装密度是 2.6 g/cm3，用 20%的细粉混合之后，松装密度达到了 2.8 g/cm3，为什么？ * 空气透过长 1cm，横截面为 1cm2 的 Mo 粉样品（松装密度为 4.5 g/cm3），压降为 1
7、 气压（2 个大气压降为 1 个大气压），流速为 0.15cm/s，问当量球体直径是多少？（空均粘度=1.810-4 g/cm/s， Mo 理论密度：10.2 g/cm3，） * 粉末的何种性质造成透过法测量表面积和吸附法测量表面积的差异。 * 解释：当振实密度（Tapdensilg）对松装密度的比值增加时，为什么会增加在 Hall 流速仪中测定的流经时间？（松装密度小，粉末形状，振实密度相对于松装密度之比增加，所需流经的时间增加）。 * Al 粉表面的氧化物可用来形成弥散强化质点，对于直径为 10m 氧化层厚度为 25nm，氧化物弥散质量的体积百分数大约为多少？ * 用 Stokesian
8、定律测量粉末粒度时，为什么要求雷诺数略低于 1.0，对于球形 Al 粉分析，能分析的最大粒径为多少？（Al=2.7 g/cm3，水的 1.0 g/cm3，水的粘度=10-2 g/s/cm）。 * 振实密度与松装密度之比，暗含有形状因素，讨论粉末形状和粒度对该比值的影响。 * 建立一个测检进厂粉末的质量控制流程图，流程图中的步骤应包括最少的但是有效的部分，以确保粉末的重复性和可靠性，设粉末为-100 目。 * 一分散性良好的粉末用光学显微镜观察，平均粒度为 13m，用沉降天平分析平均粒度为 28m，讨论造成如此差别的原因。 * 2 实验小组采用同一样品进行筛分析，第一组是平均颗粒粒径为 54m，
9、第二组为 75m，为什么会存在这种误差，假设其原因。 * 10 克+325-270 目铁粉，大约有多少个粉末颗粒，表面积有多大，铁理论密度为 7.86 g/cm3。 * 计算一空气向上流动的速度可使 10m 直径的 Pb 粉，维持在一定高度，（与重力平衡），空气粘度=1.810-4 g/s/cm。空气密度=10-3 g/cm3，Pb 理论密度=11.4 g/cm3。 * 如何将一钢粉与锡粉混合之后再行分离？ * 机械合金化是如何制备非晶粉末的？需要何种相图条件和过程条件。 * 硼被用来产生非晶金属，为什么 B 具有这种性质？ * 熔体粘度，扩散速率，形核速率，以及固相长大速率都与过冷度相关，它
10、们各自对雾化粉末显微结构的作用如何？ * 合金冷却时，晶体形核速率与粘度成反比，粘度与过冷度的为： （Pa s）=510-5e（3000/T） 粘度为 1013 Pa s， 如果熔体刚化，那么过冷度为多大时，能够冷却成玻璃相（非晶） * 一粉末为 40m，枝晶间距（arm space）为 1.9m，如果该颗粒直径减少到 20m，计算枝晶间距是多少？ * 对于共晶合金，枝晶间距大致上与过冷度成反比，固液表面变化速度与过冷度的平方成正比，在大过冷度的条件下，哪种因素起决定作用，接下来会发生什么现象（或过程） * 物理性质为：密度=8g/cm3，原子量 50/mol，热容：24 J/mol/，固化温
11、度：1150，熔解热：16KJ/ mol，用 750气体，导热系数等于 104J/（m2sC）从气体进行雾化时，计算一个 25m 直径滴（1300）的固化时间（温度从 130075）。 * 在上述雾化条件下，假设喷嘴处的液滴具有初速度为 0.5Km/s，那么在固化前，它能飞行多远？假设气氛不产生粘性张力。 * 在什么样的条件球化时间小于固化时间。 * 一筒压力为 14MPa（压力不变）氩气雾化 1 公斤表面能为 1.2J/m2 粉末，直径 20m 的金属液滴，需气体体积为 0.5 m3，问因气体减压转化成粉末新表面的能量转化率有多大？设为理想气体状态，金属度为 8g/cm3，adiabafic
12、 气体膨胀功率于 Rtln（P2/P1）。 * 在什么样的条件球化时间小于固化时间。 * 在略高于液相温度条件下熔化一合金粉末，对于直径为 100m 的粉末，固化时间为 0.04s，枝晶间距为 3m，计算直径为 10m 颗粒的固化时间和枝晶间距。 * 解释为什么非晶结构的防腐性能优于多晶体结构（同样组成）。 * 对于粒径为 1mm 的液滴，固化时间为 4s 且飞行 10 米，在同样条件下，如果制备 10m 粒径的雾化粉末，冷却室的尺寸应设计为多大？计算应作何假设。 * 一粒径为 100nm 铜粉表面形成 CuO，即表面层为氧覆盖，问氧从体积%是多少？ * 设计一铁基多晶材料，晶界尺寸为 1.2
13、nm，如果该材料有 20%从原子处于晶处，计算晶粒尺寸（及晶粒为还应高到） * 一弥散强化复合材料屈服强度随第二相尺寸变化如下： 晶粒 m 屈服强度 MPa 4 905.9 118 3.6 160 2.8 186 如果用第二相为 200nm 粉末制备复合材料，固体屈服强度是多少？ * 在超真空条件下发现金粉颗粒有团聚现象，为什么？ * 一黄铜粉末，初始粒径为 40 m ，球磨 5 小时后，平均粒度为 22 m ，问进一号研磨到粒径为 10 m ，需要多少时间？ 粉末成形技术习题* 区分成形剂和润滑剂的作用。 * 添加润滑剂的有害作用是什么？ * -100 目 +325 目电铜粉是松装密度，以及
14、随硝酸含量没变的压坯密度（ 350MPa 成形压力）的数据。 重量 wo% 松装密度 g/cm 3 压坯密度 g/cm 3 0.0 2.78 6.59 0.5 2.75 6.68 1.0 2.73 6.48 2.0 2.63 6.37 解释为什么松装密度会随着润滑剂百分含量增加而增加？ 解释为什么压坯密度随润滑剂改变是非线性变化？ * 润滑剂对于离心雾化的粉末会产生何种影响？ * 采用 10 个随机样品分析混合均匀性，分别经 10 分钟和 30 分钟混合后。 * 对于长 45cm ，中心直径为 35cm 的双锥形混料器，最高旋转速度是多少为好？ * 软金属（锡）建议用作改进压坯密度的粉结剂，如
15、使用这种粉结剂，会产生什么问题（不易去除）。 * 铁粉理论密度为 7.86g/cm2 ，松装密度为 3.04g/cm3 ，与 1wt% 酸锌均匀混合，问混合物的理论密度是多少？并估算松装密度。 * 由混合方法准备 Fe-2%Cu 合金，铁粉与水雾化方法制得， 5% 为 +100 目， 20% 为 -325 目， 25% 为 -100 +325 。钼粉由还原方法制备， -100 目 100% ， -325% 目 44% ；计算每 g 铜粉所具有非颗粒数，如果该混合料比重为 6.8g/cm 3 ，问每个铜粉之间的平均间距有多大？ * 在 Fe-8%Ni 合中，如果每个 Fe 颗粒都至少与一个 Ni
16、 粒相邻（接触）的可性为 50% ，假设颗粒接触相当数为 8 ，那么， D Fe /D Ni 的颗粒粒径比为多少？ * 计算含 0.11wt% 水分的 20 m 不锈钢粉混合物的结合温度，该粉末的振实密度为 5g/cm 3 ， Pynomefer 密度为 8g/cm 3 ，水的密度为 1g/cm 3 ，水的表面能为 0.073J/cm 2 ，请推出一个不会因手工搬动损坏的压坯尺寸。 * 有一种干燥粉末，产生流动剪切应力只有表现应力的 1/2 ，请问该粉末的自然堆集角是多少？ * 添加硬脂酸作润滑剂后，理论密度等于 2.6 g/cm 3 的银粉末被压制到 85% 的理论密度如果孔隙饱和度小于 7
17、5% ，润滑剂加入和最大量是多少？ * 如果以直径为 20 m 的球型颗粒，排列成立方结构（每角一个球体），那么，在留下的间隙中，能塞下，最大直径为多少的球形颗粒。如果该（ 20 m ）球形颗粒随机排列，孔隙尺寸（孔隙度）可能有多少？ * 直径为 100 m 的球形颗粒随机排列，在 1 m 3 的立方体中达到 64% 的真 填充密度，问需要多少这种球形颗粒，以及颗粒的接触是多少？ * 一松装密度为 2.4 g/cm 3 （理论密度为 8.9 g/cm 3 ）的铜粉成形后，压坯孔隙度为 20% ，润滑剂最多量为 20Vol% ，问若用该脂酸作润滑剂，在本例中能加入的最大量为多少？ * 不锈钢粉松
18、装密度为 2.7 g/cm 3 ，压坯密度为 6.5 g/cm 3 ，问压缩是多少？当压坯为 4cm 高时，粉末装填高度是多少？ * 简述一种维持压坯密度不变，压坯强度得以提高的方法。 * 一长方体压坯，尺寸分别为 20cm ， 1cm ，和 0.2cm ，为得到最佳压制性能，请画出模具简图和决定压制方向。 * 球形粉末往往表现出较低压坯强度，解释其原因，并建议改进压坯强度的粉末处理方法。 * 一粉末与粘剂的混合体，粘度为 50Pa.s ，在 150 ，模压成形为长 32mm ，宽 12mm ，厚 6mm 的状压坯，如果最大填充时间为 0.2 秒，问最大脱模压力为多少？ * 在分别由合金钢粉和
19、铁含量混合粉末成形时，哪种粉末易于成形（其它条件相同）。 * 98%Fe 粉与 2%Ni （经由添加密度为 0.95 g/cm 3 . 混合后）相对密度为 65% ， Fe ， Ni 和粘结剂的量各为多少？ * 采用亚微米粉末模压成形，脱模后发现有分层裂纹： * 改变何种粉末性质可以防止分层性裂纹。 * 何种润滑剂最合适。 * 采用冷等静压是否可以消除分层裂纹。 * 一压坯外径为 D ，内径为 d ，单面压制，以此压坯为条件，演算（推）一个与 6.11 相似的议程。 * 对于一给定的粉末，为何等静压的密度会高于模压密度。 * 当压坯密度大于 75% 后，压坯中的气体压力与压制压力成线性影像，该
20、压坯中心气体压力在脱模过程中会产生裂纹吗？ * 空气雾化铅在较低压力下就得高密度， 280Mpa ， 90% 相对密度，如果当铅粉表面所成氯化物，且具有较大体积含量，其结果会怎样呢？ * 对于强度值较高的粉末，如直径 5 m 的 Mo 粉，与模具壁之间的摩擦系数等于 0.3 ，压缩比为 0.5 ，（轴的径度相同），当压坯直径为 1cm ，高度为 2cm ，松装密度为 2.8g/cm3 ，（理论密度为 10.2g/cm3 ）压力为 500Mpa ，作图表示： * 单向压制时压力分布随密度变化（压坯密度）。 * 双向压制时压力分布随高度变化。 * 图示，压坯强度在双向压制时，随压坯高度变化。 *
21、一不规则铜粉成形时（ -200 目），压坯性能随压制压力改变，所得数据如下： 压力 Mpa 压坯密度 相对 密度 压坯强度 Mpa 1.0 63.3 4.4 220 74.7 18.4 330 81.4 23.1 440 85.6 35.6 550 89.0 45.3 660 91.1 49.8 * 以压坯密度对压制压力作用，建立一个模型使该模型计算的数据与上述数据相接近。 * 建立压坯密度与压坯强度间的关系。 * 统计粉末特性，控制了这一压制试验后果。 * 三种粉末运行模后，压力为 440Mpa ； Ti 粉 -325 目，不锈钢 -325 目，铜粉 -100 目，哪种粉末会具有最高压坯强度
22、，为什么？ * 一具有 2 个台阶的压坯投影尺寸为 25mm 25mm ，厚度分别为 1.2 和 12mm ，如果使用模具压制成形，粉末相对密度为 52% ，压制密度要达到 94% ，理论密度，问填粉高度应为多少？提相对运动是多大才能确保密度均一，该产品可成形方法制备吗？ * 如果要获得均一的密度分布，在压制多平台的产品时，可能会出现什么问题，该如何解决。 * 就成形简单形状的产品来说，粉末连续盛开具有明显优势，连续成形或致密化过程的方法及过程有何特点：在致密化之前粉末有何特性要求，工艺参数主要是什么，基本过程是什么？ * 对于一种热膨胀参数为 400PPm/ 的粘结剂，在 20 时，起始固化
23、负荷为 62vol% ？ * 如果压制一薄壁杯形产品，将会有哪些限制，将如何解决这些问题，采用何种方法制备。 * 由于表面曲率， Ni 粉在 1300 具有比平衡连更高的挥发压，计算如果粒径为 1mm 时，这种挥发压之间的差别。* 采用空气计算一壁厚为 10mm 多孔金属材料的表面层速度 Superficial velocoty ， P 0 降为一个大气（降到环境压力） P 2 -P 1 =1 ，该材料的透过系数等于 7*10 -13 m 2 ，惰性系数等于 2*10 -7 m ，空温条件下空气粘度等于 1.8*10 -5 kg/ms ，密度为 1.2kg/m 3 。 * 当相对密度从 70%
24、 增加到 100% ，作图分析对应热导率、延伸率、热膨胀系数与相对密度的关系，表征何种物理性能对空隙度变化最为敏感。 * 测量多孔不锈钢的腐蚀性能，结果表明：在相同的烧结条件下，密度对电化学腐蚀速率数据如下： 空隙度 % 电流 uA 19 0. 40 15 0. 15 1. 提出非线性空隙度对腐蚀速度的影响速率。2. 当空隙度不改变，提高烧结温度有否可能减少腐蚀速率。 3. 采用真空烧结，对材料可能产生什么影响。 * 金属陶瓷复合材料，含 10% 陶瓷相，由热等静压方法制造（混合法），密度 HSP 压完到 100% ，该金属和陶瓷从热导率分别等于 350 和 30w/km ，计算该复合材料热导
25、率。 * 如何测量一具有不规则形状空隙的多孔材料的空隙度，假设该材料不能浸渍于水中。 * 根据表 10.1 中的数据，建立空隙度与密度、空隙度与延伸率的关系。表观密度与空隙度之间又是何种数学关系呢？ * 就简单测试而言，透过率是如何测定的？ * 根据表 1013 中的数据，建立粉末冶金铜制品电学和热导率相对应关系。 * 测定冷煅和热熔铝合金力学性能，在每种煅次，热煅性能都优于冷煅性能，热煅后，屈服强度 255 对 214MPA （冷煅），延伸率 16% 对 8% （冷煅），根据这种结果，二者的显微结构会有何种差别呢？ * 给定方程 10.10 中的 C 值，使之最适合于表 10.3 中铜延伸数
26、据。 * 压坯尺寸如下：宽 12mm ，厚 6mm ，长 32mm ，测量跨距 L=25mm ，测三点弯曲强度，最大值为 80N ，计算该压坯弯强度。粉末烧结技术习题* 一铁粉压坯在 890 烧结小时后，性能高于 930 时同种压坯烧结性能（其它条件相同），解释在较低烧结时为什么会有较高的性能？ * 成分相同的两批粉末，在相同压力，相同烧结条件下却获得了不同的烧结性能，简述造成这种判别的三个因素。 * 给定烧结颈比值 X/D ，表面扩散对体积扩散都会促使烧结进行和减少颗粒尺寸。 * 一相对密度为 68% 的压坯，烧结后相对密度提高到 89% ，问什么是致辞密化参数，并计算线收缩。 * 在烧结初
27、期，位错被认为是有利于烧结，请设计一实验证明这种推测。 * 一半径为 r 的球形孔洞位于晶界的中央，面积为 L 2 ，假定 sr 是孔隙表面能 / 每单位积，比较这种状态下的能量值（无孔存在和有孔存在） * 在铁基结构件粉末冶金中，希望产品烧结后没有变形，采取什么步骤可以养活收缩和变形。 * 在半径为 的残余孔隙中充有惰性气体，残余孔隙分散分布在组织中，孔隙度约为 1% ，延长烧结时间后孔隙尺寸（直径）增加了一倍，假设孔隙中惰性气体的质量没有设定，并且压力处于平衡状态，此时烧结密度为多少？ * 在 W-Ag 电触头材料烧结时， W 并不能在液体 Ag 中溶解，为形成液相烧结需加入何种溶加物质，
28、为什么？ * 半径 r ，长度为 l 的圆柱形孔隙分布于（非连续地）在晶界上，孔之间的间距为 2h ，晶界能为 sr ，导出能够继续孔隙收缩养活能量的 sr/ sr 最大值，假设处于烧结中间，无晶粒长大。 * 一离氧化性钢粉在 1000 纯氢中烧结，烧结后公演分析发现，有脱碳发生，应用精确化学反应方程解释为什么会发生脱碳。 * 边长为 40 m 或晶粒尺寸为 113 m 的 tetsakxidecahealron 晶粒的体积和面积各是多少？假定各边长度都相同（ l ） * 随着烧结温度上升，固液表面能 sr 通常会减少，假设其它界面能维持不变，二面角和接触角（ dihedral angle a
29、il cknfacf aagle ）将如何改变。 * 一烧结产品直径为 10mm ，相对密度为 85% ，那么，压坯相对密度为 83% 时模具尺寸应是多大？ * 因导电性能需要采用双向压制，一直径为 1cm ，长度 6cm 的铜棒压坯，烧结后什么位置的直径最小，为什么？ * 烧结球形粉末，用接触电阻变化表示烧结初始过程，以球形颗粒的点接触导电率变化模型表现烧结过程，假设导电率是由颗粒间的接触面积所控制。 * 采用一膨胀仪在恒定热（升沉）速率条件下进行烧结实验，作一图表示该试验中收缩和收缩率随温度改变的行为。 * 下述数据为导热液相烧结 82 -8Mo-8Ni-2Fe 合金体系时所获：时间（分钟
30、） 晶粒尺寸（ m ） 30 6.0 120 13.4 480 21.3 960 31.6 建立晶粒尺寸 - 烧结时间关系，晶粒粒化的机理是什么（不管其原始晶粒）。 * 粉末烧结时，对应于表面积减少的收缩参数是什么？从这一关系曲线（收缩参数 - 面积）中，能得到何种烧结机理的信息？ * 一平均粒径为 50 m 的不锈钢粉压坯在纯氢中烧结，（压坯密度为 58% ）收缩率数据如下示，表面扩散，晶界扩散，体扩散活化能分别为 225 、 200 和 290KJ/mol ，从下述数据，给出烧结机理分析：温度（） 时间（ h ） 收缩 % 1050 2.0 0.62 1100 2.0 0.91 1150
31、2.0 1.31 1200 6.5 1.05 1200 1.0 1.38 1200 1.5 1.63 1200 2.0 1.82 1250 2.0 2.49 1300 2.0 3.33 * 假定烧结初期在还原性气氛中，主要由表面扩散，给出这种假设的三个原因。 * 假设固相烧结是点阵扩散完成，其活化能为 181KJ/mol ，对于 r 种直径为 40 m 的粉末，通常在 1000 烧结后需要多少时间，作此计算时，应作何种假设。 * 固 - 固晶界能： 0.80J/m 2 ，固 - 液晶界能 0.45J/m 2 ，晶粒直径为 20 m ，以此条件构成液相烧结材料，预测烧结微结构中的平均固 - 固烧结颈尺寸是多大？ * 烧结中期，一球形孔隙，半径 ，位于尺寸为 G 的晶粒边缘，随温孔隙度不变，晶粒长大伴随孔隙长大，解释晶粒粗化与孔隙增大之间的关系。 * 铜粉压坯粉末平均粒径为 60 m ，在 138MPa 下压制成形，在不同温度下烧结 15 小时收缩数据为：温度 760 816 871 927 收缩率 % 4.6 6.5 8.2 9.3 精确计算收缩为 7.5% 的烧结温度。
