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粉末的特性和分析
1、粒度分析：
由于制造粉末之方法有很多种，而每种方法所制造出之粉末并非均为球形，所以一般所谓的“粉末直径”乃是指该粉末之“相当直径”，此相当值会依不同之量测方法而有不同之值，有的是取与该粉末体积相等之球状粉之直径作为“相当直径”，而有的则是取与该粉末之表面积相同之球状粉之直径，所以即使是同一粉末也常因量测方法之不同，而得到不同之粒径。因此，一般常根据该粉之用途来决定应以何法来量测，例如某一粉末之用途为触媒，则该利该粉之粒径宜以表面积法来量测。
一般常用之金属粉末其粒度约在1μm至1000μm之间。由于其差距甚大，并无一种理想之仪器能涵盖此大范围，且仍能迅速地量测出该粉末之准确粒度值。一般常用之测试方法有下列数种，而每种方法因所依据量测原理之不同而均有*佳之范围且均有其优缺点，兹详述如下：
筛分法：
对传统粉末冶金制程所使用之粉末而言，一般均可以此方法来评估粉之粒度大小。在此方法中粒度之大小乃是以能否通过某一孔径之筛网来订定，而筛网之孔径又依网目之多寡而定。例如400目之筛网所代表之意义为该网每一英吋之长度上有400个孔，因为此筛网网线之直径26μm，故由此法编织而成之网其开孔之孔径为38μm。表3-2所列即为18.目到635目筛网之孔径，由此表中亦可看出每个网目之孔径均以1.189之比例增加，所以每隔4个筛网，该孔径即加大一倍，亦即400、200、100及50目筛网之孔径均以倍数增加，而分别为38μm、75μm、150μm及300μm。较简易之记忆法为:将网目数与微米数相乘应等于15000。传统粉末冶金业所使用之粉大多以50至400目之筛网筛分，故只要熟习50、100、200、400目中.jpg)
任一网目之孔径，即可对其他网目之大小有基本之认识。
量测时各筛网之排列如图3-2所示，首先将约1OO克之粉末放入*上面之筛网中，而各筛网之次序由上至下依次为网目号码小者至网目号码犬者，然后在*上面加盖，在*底层加一承接盘。将这些组装好之筛网置入振动机中，在振动过程中于水平方向上有285rpm之回转运动，且在垂直之方向上有一锤子以每分钟150次之频率敲击使粉末不致阻塞网孔。经15分钟之振动后量测各筛网上所盛粉末之重量即可得此粉末粒度之分布。图3-3a即为此俗称为Ro-Tap设备之外观，而图3-3b则为另一常见之筛分设备，此设备亦具有水平之圆周运动及上下振动之功能。以这些筛分设备所测得之粒度分布属于一种重量百分比之分布。一般之表示方法以“+”代表大于某网目，而‘一“代表小于某网目，例如－230+270之粉末表示其粒径小于230目大于270目，在230至270目之间，亦即介于53~63μm之间如图3-2所示。此测试之标准有美国粉末冶金协会MPIF 05或美国测试与材料标准学会(American Society for Testing ａnd Materials)之ASTM E-11。
A、简易记忆法：网目数*微米数=15000
B、传统粉末冶金所使用之粉大多以：
网目：50、 60、 70 、80、 100、120、140、170、200、230、270、325、400目
微米：300、250、212、180、150、125、106、 90、 75、 63、 53、 45、38μm
C、-230、+270代表粉末粒径小于230目大于270目。
D、400目代表的意义是每一英吋长度上有400个孔、孔径为38微米
2、典型地粉末粒子外形：
A：单面的空间：
| 针状的
化学分解
|
| 不规则棒状
化学分解 机械粉碎 |
|
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B：双度的空间：
| 树枝状
电解 |
| 薄片状
机械粉碎
|
|
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C：三度的空间：
| 球面的雾化 由液体猛然落下的 羫基体氧Cabonyl铁 |
| 不规则棒状雾化 化学分解
|
|
| 不规则雾化 化学分解
|
| 多孔性 氧化还原
|
|
| 有尖角机械的羫基体氧铁 Cabonyl 镍
|
|
|
|
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3、密度：
与粉末冶金制程相关的密度有：
A、真实密度 B、视密度 C、敲击密度 D、成形后之生胚密度 E、烧结后之密度。
A、真实密度：
一般粉末之表面有一层薄薄的氧化物，而内部易可能有一些封闭之气孔，特别是气喷粉或还原粉中，使的粉末本身之密度低于熔炼而得的金属。由于在粉末冶金的制程中，要计算粉末之体积比(如MIM(金属注射成形)生产过程中，需要了解金属粉和塑料之比例)，或计算混合粉的理论密度，所以每种粉末的真实密度是重要数据。
B、视密度：
计算成形时粉末在模穴中应充填的高度。
1、粉末外观密度又称为视密度，是将粉末填入已知体积后所得之密度。
2、其测定是相似于当零件制造时，粉末填充到固定容积的模穴中之粉末重量。
3、粉末外观密度测试提供粉末物理特性评定的准则。
4、粉末外观密度高表示粉末颗粒间摩擦力小、流动性佳。使得成形时粉末容易迅速流入模具的模穴中，而使成形之生胚密度也较高。
5、当粉末太细，粉末间摩擦力太大，无法通过2.54mm之孔径时，可改用Carney
Funnel(卡尼漏斗)，其孔径为5.08mm。MPIF-28
6、为了类似工业界所使用成形机上填粉盒实际充填时之动作，在MPIF-48说明中有Arnold Apparent density meter(亚诺计)设备。此视密度值高于Hall之视密度值。
生胚密度ρg和外观密度ρa与生胚厚度t mm之关系：
生胚密度ρg×生胚厚度t mm＝外观密度ρa×机械的调整冲子上端与模面的高度。一般产业界都以2倍处理为多。
C、敲击密度：
1、在粉末冶金制程中，将粉末振实以提高密度。尤其在冷、热均压时，都希望粉末的敲击密度越高越好。
2、因为生胚密度愈接近成品之理论密度则烧结温度可降低，烧结时间可减少且烧结时的收缩率较小、尺寸较稳定。
3、 由于粉末粒度太小无法使用于Hall流动计时，皆以此量测。
4、 工业界使用细粉如MIM和喷雾造粒常以敲击密度作为粉末规格代替视密度及粒度。
D、成形后之生胚密度、E、烧结后之密度：
粉末冶金产品常含有孔隙且形状复杂，不易由重量及体积直接量得其密度，由于密度直接影响了产品的特性，所以在成形后应即测量生胚之密度，以控制质量的稳定性。烧结后也同。
我们对从事品管的从业人员提出以下之建议，在测量『生胚密度』、『烧结后密度』时，
应遵循︰
1、依ASTM、MPIF、JIS、CNS、中国国家标准中所述︰吸水性粉末生胚、烧结产品密度
测试标准操作法，以润滑油渗入法做为防水处理，其演算公式为：
Db＝Wa×ρ/(Wb-Ww)。
2、可采用封蜡法、对于易崩解的磁性材料，*经济、*方便、*快速所测得之密度之
演算公式为：Db=Wa÷{[(Wb-Ww)÷ρ]-[(Wb-Wa)÷Dp]}。
4、安息角：又称自由坡度角
1、粉末间摩擦力的一种表示法。
2、即为粉末开始滑落时的角度。
3、粉末从漏斗自由落下在平台上后，取水平面与堆积粉末之斜面间之夹角。
4、粉末之流动性越好、粉末形状越接近于球形、粉末间的摩擦力越小时此安息角越小。
5、流动性：MPIF-04
决定粉末流入模穴各角落之难易和速率。影响了成形压机的成形速率及压机的产能。
1、粉末流动之难易影响粉末进入模穴之快慢，因而也影响成形速率和压机的产能。
2、流动性越好、视密度较高、安息角越小。
6、生胚强度：
1、经压实之生胚若形状复杂时常因搬运、碰撞等原因造成崩角、破裂等现象。而维持原形状的能力称为成形性，由拉脱拉试验做为判定成形性之方法。
2、藉由拉脱拉试验中重量的损失多寡代表生胚强度之高低。
3、生胚密度愈高则生胚强度愈高。
7、压缩性：
1、一般使用者都希望粉末冶金机械零件具有高强度，所以对密度的要求也高。
2、在同一成形压力下，所使用的粉末能达到之密度，此粉末能达到之密度之能力称为压缩性。
3、压缩性的高低和粉末的化学组成及制造过程有关。
4、还原铁粉之形状不规则，气孔多，视密度本就偏低所以压缩性较差。水喷雾粉较好。
5、预合金粉和表面已氧化之粉，因粉末本身硬度已高所以不易压缩。
6、粉末粒度分怖过窄时，由于粉末间之空隙无细粉予以充填，所以生胚密度不理想。
7、混合元素粉因粒度分布经过控制，压缩性较佳，能达到高视密度。
原创作者：泰州科贝达科学仪器有限公司
