粉末冶金考卷及答案.doc

一、名詞解釋：（ 20 分，每小題 2 分） 臨界轉(zhuǎn)速 比表面積 一次顆粒 離解壓 電化當(dāng)量 氣相遷移 顆粒密度 比形狀因子 二、分析討論 ： （ 25 分） 1 粉末冶金技術(shù)有何重要優(yōu)缺點(diǎn)，并舉例說明。（ 10 分） 2 分析粉末粒度、粉末形貌與松裝密度之間的關(guān)系。（ 10 分） 3 、分析為什么要采用藍(lán)鎢作為還原制備鎢粉的原料？（ 5 分） 三、分析計(jì)算：（ 30 分，每小題 10 分） 1 機(jī)械研磨制備鐵粉時(shí)，將初始粒度為 200 微米的粉末研磨至 100 微米需要 5 個(gè)小時(shí)，問進(jìn)一步將粉末粒度減少至 50 微米，需要多少小時(shí)？ 提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-2 2 在低壓氣體霧化制材時(shí)，直徑 1mm 的顆粒，需要行走 10 米 和花去 4 秒鐘進(jìn)行固化，那么在同樣條件下， 100 μ m 粒度顆粒需要多長時(shí)間固化：計(jì)算時(shí)需要作何種假設(shè)。 3 、相同外徑球型鎳粉末沉降分析，沉降桶高度 100mm ，設(shè)一種為直徑 100 微米實(shí)心顆粒，一種為有內(nèi)徑為 60 的空心粉末，求他們的在水中的沉降時(shí)間。 d 理 = 8.9g /cm 3 ， 介質(zhì)黏度 η =1x10 -2 Pa S 四、問答： （ 25 分） 1 氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是什么？（ 10 分） 2 熔體粘度，擴(kuò)散速率，形核速率，以及固相長大速率都與過冷度相關(guān)，它們各自對(duì)霧化粉末顯微結(jié)構(gòu)的作用如何？（ 15 分） 一、名詞解釋： 粉末加工硬化，二流霧化，假合金，二次顆粒，保護(hù)氣氛 （ 10 分） 松裝密度，成形性，粉末粒度，粉末流動(dòng)性，粉末比表面積， （ 10 分） 二、分析討論 ： 1 、與傳統(tǒng)加工方法比較，粉末冶金技術(shù)有何重要優(yōu)缺點(diǎn)，試舉例說明。（ 20 分） 2、 氣體霧化制粉過程中，有哪些因素控制粉末粒度？（ 10 分） 3 、分析粉末粒度、粉末形貌與松裝密度之間的關(guān)系。（ 10 分） 三、分析計(jì)算： 1 、 經(jīng)氫氣還原氧化鐵制備還原鐵粉： FeO+H 2 =Fe+H 2 O 平衡常數(shù)： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2 討論還原溫度分別為 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢(shì)和溫度對(duì)還原的影響。（ 15 分） 2 、 若用鎳離子濃度為 24 克 / 每升（ g/L ）的硝酸鎳溶液作為電解液制取鎳粉時(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？（ 15 分）假設(shè) K=0.80 四、討論題： 1 、用比表面吸附方法測(cè)試粉末粒度的基本原理是什么？（ 10 分 ） 一、名詞解釋： 臨界轉(zhuǎn)速，孔隙度，比表面積，松裝密度，標(biāo)準(zhǔn)篩 （ 10 分） 彈性后效，單軸壓制，密度等高線，壓縮性，合批： （ 10 分） 二、分析討論： 1 、分析粉末冶金過程中是哪一個(gè)階段提高材料利用率，為什么？試舉例說明。（ 10 分） 2 、氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是什么？（ 10 分） 3 、分別分析單軸壓制和等靜壓制的差別及應(yīng)力特點(diǎn)，并比較熱壓與熱等靜壓的差別。（ 10 分） 4 、分析還原制備鎢粉的原理和鎢粉顆粒長大的因素。（ 10 分） 三、分析計(jì)算： 1 、一壓坯高度是直徑的三倍，壓力自上而下單向壓制，在壓坯三分之二高度處壓力只有壓坯頂部壓力的四分之三，求壓制壓力為 500Mpa 時(shí)，壓坯三分之一高度和壓坯低部的壓制壓力？（ 10 分） 2 、 若用鎳離子濃度為 12 克 / 每摩爾（ g/mol ）的硝酸鎳做電解液制取鎳粉時(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？（ 10 分） 四、問答 ： 1 、什么是假合金 ， 怎樣才能獲得假合金 ？（ 10 分 ） 2、 氧化鐵氫還原方法制備還原鐵粉： FeO+H 2 =Fe+H 2 O 平衡常數(shù)： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2 討論還原溫度分別為 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢(shì)和溫度對(duì)還原的影響。（ 10 分） 一、名詞解釋： 臨界轉(zhuǎn)速，霧化介質(zhì)，活化能，平衡常數(shù)，電化當(dāng)量，篩 （ 10 分） 孔隙度，比表面積，松裝密度，標(biāo)準(zhǔn)，粒度分布 二、分析討論： 1 、氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是什么？（ 10 分） 2 、碳直接還原氧化鐵制備鐵粉時(shí)熱力學(xué)條件如圖所示，說明圖中各條曲線的含義，表明各相穩(wěn)定存在區(qū)域并討論氧化亞鐵還原成鐵粉的條件。（ 10 分） 3 、分析還原制備鎢粉的原理和鎢粉顆粒長大的因素。（ 20 分） 三、分析計(jì)算： 1 機(jī)械研磨制備鐵粉時(shí)，將初始粒度為 300 微米的粉末研磨至 110 微米需要 8 個(gè)小時(shí)，問進(jìn)一步將粉末粒度減少至 75 微米，需要多少小時(shí)？（ 10 分） 提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-2 2 、 若用鎳離子濃度為 12 克 / 每摩爾（ g/mol ）的硝酸鎳做電解液制取鎳粉時(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？假設(shè) a=1 （ 10 分） 四、問答 ： 1 、為什么采用環(huán)縫形噴嘴容易引起露嘴堵塞 , 采用什么辦法可以解決這一問題 ？（ 10 分 ） 2、 氧化鎢氫還原方法制備還原鐵粉： WO 2 +2H 2 =W+2H 2 O 平衡常數(shù)： LgKp=-3225/T+1.65, Kp=P H2O /P H2 討論還原溫度分別為 700 o C ， 800 o C ， 900 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢(shì)和溫度對(duì)還原的影響。（ 10 分） 粉末冶金原理課程綜合試題 答案 一、名詞解釋： 臨界轉(zhuǎn)速，霧化介質(zhì)，活化能，平衡常數(shù)，電化當(dāng)量，篩 （ 10 分） 臨界轉(zhuǎn)速：機(jī)械研磨時(shí)，使球磨筒內(nèi)小球沿筒壁運(yùn)動(dòng)能夠正好經(jīng)過頂點(diǎn)位置而不發(fā)生拋落時(shí)，筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度； 霧化介質(zhì)：霧化制粉時(shí)，用來沖吉破碎金屬流柱的高壓液體或高壓氣體稱為霧化介質(zhì)； 活化能：發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)時(shí)，形成中間絡(luò)合物所需要的能量稱為活化能 平衡常數(shù)：在某一溫度，某一壓力下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成物氣體分壓與反應(yīng)物氣體分壓之比稱為平衡常數(shù)； 電化當(dāng)量：克當(dāng)量與法拉第常數(shù)之比稱為電化當(dāng)量 孔隙度，比表面積，松裝密度，標(biāo)準(zhǔn)，粒度分布 孔隙度：粉體或壓坯中孔隙體積與粉體體積或壓坯體積之比； 比表面積：單位質(zhì)量或單位體積粉末具有的表面積 松裝密度：粉末自由充滿規(guī)定的容積內(nèi)所具有的粉末重量成為松裝密度 標(biāo)準(zhǔn)篩：用篩分析法測(cè)量粉末粒度時(shí)采用的一套按一定模數(shù)（根號(hào) 2 ）金屬網(wǎng)篩 粒度分布：一定體積或一定重量（一定數(shù)量）粉末中各種粒徑粉末體積（重量、數(shù)量）占粉末總量的百分?jǐn)?shù)的表達(dá)稱為粒度分布。 二、分析討論： 1 、氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是什么？（ 10 分） 解： 　　氣體霧化制粉過程可分解為金屬液流紊流區(qū)，原始液滴形成區(qū)，有效霧化區(qū)和冷卻區(qū)等四個(gè)區(qū)域。其特點(diǎn)如下： 　　金屬液流紊流區(qū)：金屬液流在霧化氣體的回流作用下，金屬流柱流動(dòng)受到阻礙，破壞了層流狀態(tài)，產(chǎn)生紊流； 　　原始液滴形成區(qū)：由于下端霧化氣體的沖刷，對(duì)紊流金屬液流產(chǎn)生牽張作用，金屬流柱被拉斷，形成帶狀 - 管狀原始液滴； 　　有效霧化區(qū)：音高速運(yùn)動(dòng)霧化氣體攜帶大量動(dòng)能對(duì)形成帶狀 - 管狀原始液滴的沖擊，使之破碎，成為微小金屬液滴； 　　冷卻區(qū)。此時(shí)，微小液滴離開有效霧化區(qū)，冷卻，并由于表面張力作用逐漸球化。 2 、碳直接還原氧化鐵制備鐵粉時(shí)熱力學(xué)條件如圖所示，說明圖中各條曲線的含義，表明各相穩(wěn)定存在區(qū)域并討論氧化亞鐵還原成鐵粉的條件。（ 10 分） 解： b 曲線： Fe3O4 被還原成 FeO 的反應(yīng)平衡曲線； c 曲線： FeO 被還原成 Fe 的反應(yīng)平衡曲線； d 曲線： Fe3O4 被還原成 Fe 的反應(yīng)平衡曲線。 與 b 、 c 相交的曲線為碳氧化反應(yīng)的平衡曲線 在 do ， oc 線以上 Fe 穩(wěn)定存在； do ， ob 線以下部分 Fe3O4 穩(wěn)定存在，在 ob 、 oc 線之間 FeO 穩(wěn)定存在；只有當(dāng)溫度高于碳的氧化反應(yīng)平衡曲線與 FeO 被還原成 Fe 的反應(yīng)平衡曲線的焦點(diǎn)溫度時(shí)，氣相中的 CO 百分含量（濃度）才能使 FeO 被還原成 Fe ；即溫度高于 680 o C，CO的百分含量超過61%。 3 、分析還原制備鎢粉的原理和鎢粉顆粒長大的因素。（ 20 分） 解： 　　鎢粉由氫氣還原氧化鎢粉的過程制得，還原過程中氧化物自高價(jià)向低價(jià)轉(zhuǎn)變，最后還原成鎢粉， WO3—WO2 — W ；其中還有 WO2 。 90—WO2 。 72 等氧化物形式。由于當(dāng)溫度高于 550 度時(shí)，氫氣即可還原 WO3 ，由于當(dāng)溫度高于 700 度時(shí)，氫氣即可還原 WO2 。因?yàn)樵谶@種條件下水分子的氧離解壓小于 WO3 ， WO2 離解壓，水分子相對(duì)穩(wěn)定， WO3 ， WO2 被還原，同時(shí)由于溫度的作用，疏松粉末中還原產(chǎn)物容易經(jīng)擴(kuò)散排走，還原動(dòng)力學(xué)條件滿足，導(dǎo)致氧化鎢被氫氣還原；由于 WO3 ，和 WO2 在含有水分子的氫氣中具有較大的揮發(fā)壓，而且還原溫度越高，揮發(fā)壓越大，進(jìn)入氣相中的氧化鎢被還原后，沉降在以還原的鎢粉顆粒上導(dǎo)致鎢粉顆粒長大。粉末在高溫區(qū)停留的時(shí)間長也會(huì)因原子遷移致使鎢粉顆粒長大。氫氣濕度大，導(dǎo)致 WO3 和 WO2 細(xì)顆粒進(jìn)入氣相，也是導(dǎo)致鎢粉顆粒長大的重要因素。 三、分析計(jì)算： 1 、 機(jī)械研磨制備鐵粉時(shí)，將初始粒度為 300 微米的粉末研磨至 110 微米需要 8 個(gè)小時(shí)，問進(jìn)一步將粉末粒度減少至 75 微米，需要多少小時(shí)？（ 10 分） 提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-2 解： 根據(jù)已知條件 W1= g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 110-2-300-2 ） , 初始研磨所做的功 W2 =g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 75-2-110-2 ）進(jìn)一步研磨所做的功 W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)=11 小時(shí) 2 、 若用鎳離子濃度為 12 克 / 每摩爾（ g/mol ）的硝酸鎳做電解液制取鎳粉時(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？假設(shè) a=1 （ 10 分） 解： 鎳離子濃度為 12 克 / 每升（ g/L ）時(shí)等于 12/58.71=0.2051mol/L, 既 c=0.2051mol/L, 并已知 a=1 由 i=1/a C, I=1 x 0.2051=0.2051 A/cm2 =20 。 51A/dm2 至少需要電流密度等于 16 。 4A/dm2 才能夠獲得松散粉末 . 四、問答 ： 1 、為什么采用環(huán)縫形噴嘴容易引起露嘴堵塞 , 采用什么辦法可以解決這一問題 ？（ 10 分 ） 解： 當(dāng)采用環(huán)縫形噴嘴時(shí) , 由于錐型的氣流形成密閉的空間 , 導(dǎo)致金屬流柱下流受阻 , 而堵塞噴嘴 . 采用 v 型噴嘴可以解決這一問題。 2 、 氧化鎢氫還原方法制備還原鐵粉： WO 2 +2H 2 =W+2H 2 O 平衡常數(shù)： LgKp=-3225/T+1.65, Kp=P H2O /P H2 討論還原溫度分別為 700 o C ， 800 o C ， 900 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢(shì)和溫度對(duì)還原的影響。（ 10 分） 解： T= 973 LgKp=--3225/973+1.65=-1.66, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.022 T =1073 LgKp=--3225/1073+1.65=--1.36, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.044 T =1173 LgKp=--3225/1173+1.65=-1.11, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.078 　 　計(jì)算表明 , 溫度月高 , 平衡常數(shù)值越大 ( 正 ), 說明隨還原溫度提高 , 氣氛中的 H2O 比例可越大 , 氫氣中水蒸氣含量提高 , 提高溫度有利于還原進(jìn)行。  一、名詞解釋： 臨界轉(zhuǎn)速，孔隙度，比表面積，松裝密度，標(biāo)準(zhǔn)篩 （ 10 分） 彈性后效，單軸壓制，密度等高線，壓縮性，合批 （ 10 分） 二、分析討論 ： 1 、分析粉末冶金過程中是哪一個(gè)階段提高材料利用率，為什么？試舉例說明。（ 10 分） 2 、氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是什么？（ 10 分） 3 、分別分析單軸壓制和等靜壓制的差別及應(yīng)力特點(diǎn)，并比較熱壓與熱等靜壓的差別。（ 10 分） 4 、分析還原制備鎢粉的原理和鎢粉顆粒長大的因素。（ 10 分） 三、分析計(jì)算： 1 、一壓坯高度是直徑的三倍，壓力自上而下單向壓制，在壓坯三分之二高度處壓力只有壓坯頂部壓力的四分之三，求壓制壓力為 500Mpa 時(shí)，壓坯三分之一高度和壓坯低部的壓制壓力？（ 10 分） 2 、 若用鎳離子濃度為 12 克 / 每摩爾（ g/mol ）的硝酸鎳做電解液制取鎳粉時(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？（ 10 分） 四、問答： 1 什么是假合金，怎樣才能獲得假合金？（ 10 分） 2 用氧化鐵氫還原方法制備還原鐵粉： FeO+H 2 =Fe+H 2 O 平衡常數(shù)： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2 討論還原溫度分別為 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢(shì)和溫度對(duì)還原的影響。（ 10 分）  一、名詞解釋： 加工硬化，二流霧化，假合金，二次顆粒，保護(hù)氣氛 （ 10 分） 松裝密度，成型性，粉末粒度，粉末流動(dòng)性，比表面積， （ 10 分） 二、分析討論 ： 1 、與傳統(tǒng)加工方法比較，粉末冶金技術(shù)有何重要優(yōu)缺點(diǎn)，試舉例說明。（ 10 分） 2 、氣體霧化制粉過程中，有哪些因素控制粉末粒度？（ 10 分） 3 、分析單軸壓制和冷等靜壓制時(shí)摩擦壓力的不同，并比較單軸壓制模具與冷等靜壓制模具的根本差別。（ 10 分） 4 、分析還原制備鐵粉的原理和鐵粉顆粒長大的因素。（ 10 分） 三、分析計(jì)算： 1 、一壓力自上而下單向壓制，壓坯直徑等于 2 厘米，要求單位壓力達(dá)到 2 噸 / 平方厘米，壓制完成后壓坯高度是直徑的 2 倍，側(cè)壓系數(shù)等于 0.5 單位，摩擦系數(shù)等于 0.2, 求總壓制壓力和壓坯底部的壓制壓力？（ 10 分） 2 、 若用鎳離子濃度為 24 克 / 每升（ g/L ）的硝酸鎳做電解液制取鎳粉時(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？（ 10 分） 四、回答： １ 什么是假合金，怎樣才能獲得假合金？（ 10 分） ２ 經(jīng)氧化鐵氫還原方法制備還原鐵粉： FeO+H 2 =Fe+H 2 O 平衡常數(shù)： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2 討論還原溫度分別為 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 時(shí)，平衡常數(shù)變化趨勢(shì)和溫度對(duì)還原的影響。（ 10 分）