Физические свойства
Форма и размер частиц
Форма частиц металлических порошков, прежде всего, определяется способом их производства. Например, при распылении расплава образуются порошки сферической или округлой формы. Пористые, губчатые порошки образуются в результате восстановления твердых оксидов или солей. Дендритная форма частиц типична для порошков, изготовленных электролизом. При измельчении твердых материалов в дробилках и шаровых мельницах образуются порошки осколочной формы. Порошки тарельчатой формы образуются при измельчении материала в вихревых мельницах. Для выявления формы частиц порошка применяют оптические и электронные микроскопы. На рис. 2.2 иллюстрируются электронные микрофотографии порошков, полученных различными способами производства.
Рис. 2.2. Микрофотографии металлических порошков, полученных различными способами:
а) теллур, механическое измельчение; b) сталь, распыление аргоном; с) вольфрам, восстановление оксидов газом; d) олово, распыление воздухом; e) сталь, центробежное распыление;
f) олово, затвердевание капель расплава на холодном экране
Многие свойства порошковых материалов, в том числе однородность, плотность, прочность и др. зависят от формы частиц порошка. Для характеристики формы частиц чаще всего применяют два фактора формы: фактор неравноосности (Фн) и фактор развития поверхности (Фп). Фактор неравноосности представляет собой отношение максимального и минимального размера частиц по взаимно перпендикулярным направлениям (Фн = l max / l min). Фактор развития поверхности – отношение квадрата наблюдаемого периметра частицы Р к ее площади S (Фп = Р2 / S).
По размеру частиц порошки условно делятся на следующие группы: размер частиц менее 0,1 мкм – нанопорошки; (0,01 – 0,1) мкм – ультрадисперсные; (0,1 – 10) мкм – высокодисперсные; (10 – 40) мкм – мелкие; (40 – 250) – средние; (250 – 1000) мкм – крупные порошки. Отдельная порция порошка всегда содержит различные по размерам частицы. Принято выделять близкие по размерам фракции порошка. Отдельная фракция порошка это диапазон размеров частиц между их верхним и нижним значениями. Обычно размер и характер распределения частиц некоторой массы порошка характеризуют гранулометрическим составом. Гранулометрический состав, или как его еще называют фракционный состав, это совокупность фракций порошка, выраженных в процентах от общей массы. Для определения гранулометрического состава используют различные методы анализа, выбор которых определяется размером частиц.
Ситовой анализ. Если размер частиц более 40 мкм, то гранулометрический состав порошков определяют обычно методом ситового анализа. Навеску порошка массой 100 г (при насыпной плотности более 1,5 г/см3) просеивают через набор сит. При меньшей плотности можно уменьшить массу навески до 50 г. Стандартные сита должны быть круглыми с диаметром обечайки 200 мм, глубиной от 25 до 50 мм. Набор сухих и чистых сит устанавливается на специальное устройство (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Устройство для рассева порошков на
фракции (ситовой анализатор): 1 – электродвигатель; 2 – кулиса;
3 – набор сит; 4 – корпус
Наверху располагается сетка с наиболее крупными отверстиями, внизу набор сит завершается сеткой с минимальными отверстиями и поддоном.
Устройство для рассева совершает вращательное движение в горизонтальной плоскости со скоростью 300 об/мин при одновременном встряхивании с частотой 180 1/мин, что обеспечивает эффективное рассеивание порошков. Для ситового анализа применяют проволочные сетки с квадратными отверстиями в соответствии с ГОСТ 6613-86 (см. табл. 2.2).
Таблица 2.2