粉末冶金考卷及答案.doc

一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分） 临界转速 比表面积 一次颗粒 离解压 电化当量 气相迁移 颗粒密度 比形状因子二、分析讨论 ： （ 25 分） 1 粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（ 10 分） 2 分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。（ 10 分） 3 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（ 5 分） 三、分析计算：（ 30 分，每小题 10 分） 1 机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为 200 微米的粉末研磨至 100 微米需要 5 个小时，问进一步将粉末粒度减少至 50 微米，需要多少小时？ 提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-2 2 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， 100 m 粒度颗粒需要多长时间固化：计算时需要作何种假设。 3 、相同外径球型镍粉末沉降分析，沉降桶高度 100mm ，设一种为直径 100 微米实心颗粒，一种为有内径为 60 的空心粉末，求他们的在水中的沉降时间。 d 理 = 8.9g /cm 3 ， 介质黏度 =1x10 -2 Pa S 四、问答： （ 25 分） 1 气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分） 2 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，它们各自对雾化粉末显微结构的作用如何？（ 15 分） 一、名词解释： 粉末加工硬化，二流雾化，假合金，二次颗粒，保护气氛 （ 10 分） 松装密度，成形性，粉末粒度，粉末流动性，粉末比表面积， （ 10 分） 二、分析讨论 ： 1 、与传统加工方法比较，粉末冶金技术有何重要优缺点，试举例说明。（ 20 分） 2、 气体雾化制粉过程中，有哪些因素控制粉末粒度？（ 10 分）3 、分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。（ 10 分） 三、分析计算： 1 、 经氢气还原氧化铁制备还原铁粉： FeO+H 2 =Fe+H 2 O 平衡常数： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2 讨论还原温度分别为 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。（ 15 分） 2 、 若用镍离子浓度为 24 克 / 每升（ g/L ）的硝酸镍溶液作为电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？（ 15 分）假设 K=0.80 四、讨论题： 1 、用比表面吸附方法测试粉末粒度的基本原理是什么？（ 10 分 ） 一、名词解释： 临界转速，孔隙度，比表面积，松装密度，标准筛 （ 10 分）弹性后效，单轴压制，密度等高线，压缩性，合批： （ 10 分） 二、分析讨论： 1 、分析粉末冶金过程中是哪一个阶段提高材料利用率，为什么？试举例说明。（ 10 分）2 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分）3 、分别分析单轴压制和等静压制的差别及应力特点，并比较热压与热等静压的差别。（ 10 分）4 、分析还原制备钨粉的原理和钨粉颗粒长大的因素。（ 10 分） 三、分析计算： 1 、一压坯高度是直径的三倍，压力自上而下单向压制，在压坯三分之二高度处压力只有压坯顶部压力的四分之三，求压制压力为 500Mpa 时，压坯三分之一高度和压坯低部的压制压力？（ 10 分）2 、 若用镍离子浓度为 12 克 / 每摩尔（ g/mol ）的硝酸镍做电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？（ 10 分） 四、问答 ： 1 、什么是假合金 ， 怎样才能获得假合金 ？（ 10 分 ） 2、 氧化铁氢还原方法制备还原铁粉： FeO+H 2 =Fe+H 2 O 平衡常数： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2 讨论还原温度分别为 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。（ 10 分） 一、名词解释： 临界转速，雾化介质，活化能，平衡常数，电化当量，筛 （ 10 分） 孔隙度，比表面积，松装密度，标准，粒度分布 二、分析讨论： 1 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分） 2 、碳直接还原氧化铁制备铁粉时热力学条件如图所示，说明图中各条曲线的含义，表明各相稳定存在区域并讨论氧化亚铁还原成铁粉的条件。（ 10 分）3 、分析还原制备钨粉的原理和钨粉颗粒长大的因素。（ 20 分） 三、分析计算： 1 机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为 300 微米的粉末研磨至 110 微米需要 8 个小时，问进一步将粉末粒度减少至 75 微米，需要多少小时？（ 10 分）提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-2 2 、 若用镍离子浓度为 12 克 / 每摩尔（ g/mol ）的硝酸镍做电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？假设 a=1 （ 10 分） 四、问答 ： 1 、为什么采用环缝形喷嘴容易引起露嘴堵塞 , 采用什么办法可以解决这一问题 ？（ 10 分 ） 2、 氧化钨氢还原方法制备还原铁粉： WO 2 +2H 2 =W+2H 2 O 平衡常数： LgKp=-3225/T+1.65, Kp=P H2O /P H2 讨论还原温度分别为 700 o C ， 800 o C ， 900 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。（ 10 分） 粉末冶金原理课程综合试题 答案一、名词解释： 临界转速，雾化介质，活化能，平衡常数，电化当量，筛 （ 10 分）临界转速：机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落时，筒体的转动速度；雾化介质：雾化制粉时，用来冲吉破碎金属流柱的高压液体或高压气体称为雾化介质； 活化能：发生物理或化学反应时，形成中间络合物所需要的能量称为活化能 平衡常数：在某一温度，某一压力下，反应达到平衡时，生成物气体分压与反应物气体分压之比称为平衡常数； 电化当量：克当量与法拉第常数之比称为电化当量 孔隙度，比表面积，松装密度，标准，粒度分布 孔隙度：粉体或压坯中孔隙体积与粉体体积或压坯体积之比； 比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积 松装密度：粉末自由充满规定的容积内所具有的粉末重量成为松装密度 标准筛：用筛分析法测量粉末粒度时采用的一套按一定模数（根号 2 ）金属网筛 粒度分布：一定体积或一定重量（一定数量）粉末中各种粒径粉末体积（重量、数量）占粉末总量的百分数的表达称为粒度分布。 二、分析讨论： 1 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分） 解： 气体雾化制粉过程可分解为金属液流紊流区，原始液滴形成区，有效雾化区和冷却区等四个区域。其特点如下： 金属液流紊流区：金属液流在雾化气体的回流作用下，金属流柱流动受到阻碍，破坏了层流状态，产生紊流； 原始液滴形成区：由于下端雾化气体的冲刷，对紊流金属液流产生牵张作用，金属流柱被拉断，形成带状 - 管状原始液滴； 有效雾化区：音高速运动雾化气体携带大量动能对形成带状 - 管状原始液滴的冲击，使之破碎，成为微小金属液滴； 冷却区。此时，微小液滴离开有效雾化区，冷却，并由于表面张力作用逐渐球化。 2 、碳直接还原氧化铁制备铁粉时热力学条件如图所示，说明图中各条曲线的含义，表明各相稳定存在区域并讨论氧化亚铁还原成铁粉的条件。（ 10 分） 解： b 曲线： Fe3O4 被还原成 FeO 的反应平衡曲线； c 曲线： FeO 被还原成 Fe 的反应平衡曲线； d 曲线： Fe3O4 被还原成 Fe 的反应平衡曲线。 与 b 、 c 相交的曲线为碳氧化反应的平衡曲线 在 do ， oc 线以上 Fe 稳定存在； do ， ob 线以下部分 Fe3O4 稳定存在，在 ob 、 oc 线之间 FeO 稳定存在；只有当温度高于碳的氧化反应平衡曲线与 FeO 被还原成 Fe 的反应平衡曲线的焦点温度时，气相中的 CO 百分含量（浓度）才能使 FeO 被还原成 Fe ；即温度高于 680 o C，CO的百分含量超过61%。 3 、分析还原制备钨粉的原理和钨粉颗粒长大的因素。（ 20 分） 解： 钨粉由氢气还原氧化钨粉的过程制得，还原过程中氧化物自高价向低价转变，最后还原成钨粉， WO3WO2 W ；其中还有 WO2 。 90WO2 。 72 等氧化物形式。由于当温度高于 550 度时，氢气即可还原 WO3 ，由于当温度高于 700 度时，氢气即可还原 WO2 。因为在这种条件下水分子的氧离解压小于 WO3 ， WO2 离解压，水分子相对稳定， WO3 ， WO2 被还原，同时由于温度的作用，疏松粉末中还原产物容易经扩散排走，还原动力学条件满足，导致氧化钨被氢气还原；由于 WO3 ，和 WO2 在含有水分子的氢气中具有较大的挥发压，而且还原温度越高，挥发压越大，进入气相中的氧化钨被还原后，沉降在以还原的钨粉颗粒上导致钨粉颗粒长大。粉末在高温区停留的时间长也会因原子迁移致使钨粉颗粒长大。氢气湿度大，导致 WO3 和 WO2 细颗粒进入气相，也是导致钨粉颗粒长大的重要因素。 三、分析计算： 1 、 机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为 300 微米的粉末研磨至 110 微米需要 8 个小时，问进一步将粉末粒度减少至 75 微米，需要多少小时？（ 10 分） 提示 W=g （ D f a -D i a ）， a=-2 解： 根据已知条件 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 ）进一步研磨所做的功 W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)=11 小时 2 、 若用镍离子浓度为 12 克 / 每摩尔（ g/mol ）的硝酸镍做电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？假设 a=1 （ 10 分） 解： 镍离子浓度为 12 克 / 每升（ g/L ）时等于 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 至少需要电流密度等于 16 。 4A/dm2 才能够获得松散粉末 . 四、问答 ： 1 、为什么采用环缝形喷嘴容易引起露嘴堵塞 , 采用什么办法可以解决这一问题 ？（ 10 分 ） 解： 当采用环缝形喷嘴时 , 由于锥型的气流形成密闭的空间 , 导致金属流柱下流受阻 , 而堵塞喷嘴 . 采用 v 型喷嘴可以解决这一问题。 2 、 氧化钨氢还原方法制备还原铁粉： WO 2 +2H 2 =W+2H 2 O 平衡常数： LgKp=-3225/T+1.65, Kp=P H2O /P H2 讨论还原温度分别为 700 o C ， 800 o C ， 900 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。（ 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 计算表明 , 温度月高 , 平衡常数值越大 ( 正 ), 说明随还原温度提高 , 气氛中的 H2O 比例可越大 , 氢气中水蒸气含量提高 , 提高温度有利于还原进行。 一、名词解释： 临界转速，孔隙度，比表面积，松装密度，标准筛 （ 10 分）弹性后效，单轴压制，密度等高线，压缩性，合批 （ 10 分） 二、分析讨论 ： 1 、分析粉末冶金过程中是哪一个阶段提高材料利用率，为什么？试举例说明。（ 10 分）2 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分） 3 、分别分析单轴压制和等静压制的差别及应力特点，并比较热压与热等静压的差别。（ 10 分） 4 、分析还原制备钨粉的原理和钨粉颗粒长大的因素。（ 10 分） 三、分析计算： 1 、一压坯高度是直径的三倍，压力自上而下单向压制，在压坯三分之二高度处压力只有压坯顶部压力的四分之三，求压制压力为 500Mpa 时，压坯三分之一高度和压坯低部的压制压力？（ 10 分） 2 、 若用镍离子浓度为 12 克 / 每摩尔（ g/mol ）的硝酸镍做电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？（ 10 分） 四、问答： 1 什么是假合金，怎样才能获得假合金？（ 10 分） 2 用氧化铁氢还原方法制备还原铁粉： FeO+H 2 =Fe+H 2 O 平衡常数： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2 讨论还原温度分别为 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。（ 10 分） 一