鉬及鉬合金具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、抗熱震性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、冶金、核電、航空航天等領(lǐng)域。鉬粉是生產(chǎn)鉬制品的原材料，其質(zhì)量是鉬及鉬合金優(yōu)越性能的保證。鉬粉除了要滿足主成分純度和雜質(zhì)含量低的要求外，還應(yīng)滿足相關(guān)物理性能的要求。鉬粉的顆粒尺寸、微觀形貌、粒度分布、比表面積等因素對(duì)鉬制品的組織性能有重要影響。

      粒度是鉬粉的重要物理性能之一。一般來(lái)說(shuō)，鉬粉的粒度越小，鉬粉的表面積越大、反應(yīng)活性就越高，鉬粉的粒度和粒度分布會(huì)直接影響鉬粉的質(zhì)量和應(yīng)用效果。比表面積是指單位質(zhì)量的物料所具有的總面積，單位是m2/g。比表面積是評(píng)價(jià)鉬粉物理性能的重要參數(shù)之一。比表面積與鉬粉顆粒的大小和形貌有關(guān)。通常情況下，比表面積越大，鉬粉在反應(yīng)中的活性就越高，性能越優(yōu)異。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中要控制鉬粉的比表面積，以確保其質(zhì)量。

     行業(yè)技術(shù)人員對(duì)鉬粉的物理性能進(jìn)行了較多研究。行亞寧等研究了鉬粉粒度分布、費(fèi)氏粒度、松裝密度、振實(shí)密度和粉末形貌等因素對(duì)鉬壓坯撓曲強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)鉬壓坯撓曲強(qiáng)度主要取決于鉬粉顆粒團(tuán)聚狀況和粒度分布，鉬粉中的團(tuán)聚體越少，粒度分布越接近標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，其撓曲強(qiáng)度越大。陳艷芳等使用不同物理性能的鉬粉制備出純鉬板，發(fā)現(xiàn)采用團(tuán)聚程度低、分散性好、粒度相對(duì)均勻的鉬粉制備的純鉬板的組織均勻致密，具有更高的硬度和更好的拉伸性能, 因此可以通過(guò)加工改善鉬粉的物理性能。張常樂(lè)等和武洲等分別研究了機(jī)械化處理和氣流磨處理對(duì)鉬粉物理性能的影響，處理后鉬粉的費(fèi)氏粒度、松裝密度、振實(shí)粒度和粒度分布情況等均得到了改善。鉬粉的物理性能影響著鉬制品的組織性能，尤其是鉬粉粒度和比表面積。目前，對(duì)于鉬粉粒度和比表面積的關(guān)系研究較少。研究人員研究了鉬粉粒度與比表面積之間的關(guān)系，探討了鉬粉的費(fèi)氏粒度、粒度分布和微觀顆粒尺寸與比表面積的關(guān)系規(guī)律，結(jié)果可為鉬粉的生產(chǎn)檢測(cè)提供指導(dǎo)性幫助。

1、 試驗(yàn)方法

     選取9組費(fèi)氏粒度由小到大的鉬粉進(jìn)行試驗(yàn)，試樣編號(hào)和對(duì)應(yīng)的費(fèi)氏粒度如表1所示。

      利用平均粒度測(cè)定儀測(cè)定鉬粉的費(fèi)氏粒度，使用比表面積孔徑分析儀，利用氮?dú)馕椒y(cè)定鉬粉的比表面積。使用掃描電鏡（SEM）觀察鉬粉的微觀形貌，并隨機(jī)選取5個(gè)位置，每個(gè)位置至少統(tǒng)計(jì)15顆鉬粉的尺寸，計(jì)算出鉬粉的平均尺寸，作為鉬粉的微觀顆粒尺寸。利用激光衍射粒度分析儀測(cè)定鉬粉的粒度分布，為了降低鉬粉團(tuán)聚對(duì)粒度分布測(cè)試結(jié)果的影響，使用乙二醇作為分散劑，對(duì)鉬粉進(jìn)行超聲分散，分散后進(jìn)行粒度分布測(cè)試。

2、 理論計(jì)算

     假設(shè)鉬粉均為無(wú)團(tuán)聚的等粒徑且致密球顆粒，比表面積（B）與鉬粉顆粒粒度d的關(guān)系如式（1）所示。

      由式（1）可知：鉬粉比表面積和粒度成反比例函數(shù)關(guān)系，鉬粉粒度越大，比表面積越小。

3、 試驗(yàn)結(jié)果

      鉬粉的費(fèi)氏粒度、微觀顆粒尺寸、粒度分布以及比表面積的測(cè)量結(jié)果如表2所示。由于鉬粉中存在團(tuán)聚體，在進(jìn)行粒度分布測(cè)試時(shí)，團(tuán)聚體會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，無(wú)法反映試樣的真實(shí)粒度，因此試樣的粒度分布結(jié)果高于費(fèi)氏粒度，但粒度分布結(jié)果中D10（累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)為10% 時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑），D50（累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)為50% 時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑），D90（累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)為90%時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑）基本隨費(fèi)氏粒度的增大而增大。費(fèi)氏粒度和微觀顆粒尺寸都屬于鉬粉平均粒度的表征方法，利用SEM測(cè)量的微觀顆粒尺寸最接近鉬粉的實(shí)際平均粒度，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果略低于費(fèi)氏粒度結(jié)果，試樣8，9的團(tuán)聚程度較嚴(yán)重，造成費(fèi)氏粒度結(jié)果異常偏大。

3.1 微觀形貌

     圖1為鉬粉試樣的SEM形貌。由圖1可知：試樣1鉬粉顆粒形狀呈球形，顆粒尺寸比較均勻，但存在一些團(tuán)聚；試樣2，3鉬粉顆粒形貌呈珊瑚狀，且存在部分較大的團(tuán)聚顆粒；試樣4~7鉬粉顆粒形貌呈球狀，無(wú)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象；試樣8，9鉬粉團(tuán)聚程度嚴(yán)重，小鉬粉顆粒已經(jīng)結(jié)合形成尺寸為50~250μm的硬團(tuán)聚體。

3.2 粒度分布

     試樣1~9鉬粉粒度分布如圖2~10所示。由圖2~10可知：試樣4~7鉬粉試樣的粒度分布圖為單峰，且粒度分布基本符合正態(tài)分布；試樣1鉬粉試樣中存在部分團(tuán)聚現(xiàn)象，因此粒度分布圖中有拖尾趨勢(shì)；試樣2，3鉬粉顆粒形貌呈珊瑚狀，且存在較嚴(yán)重的團(tuán)聚，因此粒度分布圖為雙峰；試樣8，9鉬粉顆粒結(jié)塊十分嚴(yán)重，因此粒度分布圖中出現(xiàn)了更嚴(yán)重的雙峰，分布曲線表現(xiàn)為小粒度和大粒度兩級(jí)分化。說(shuō)明鉬粉的團(tuán)聚程度越嚴(yán)重，粒度分布圖中的雙峰現(xiàn)象越明顯，團(tuán)聚程度小的鉬粉粒度分布圖表現(xiàn)為正態(tài)分布的單峰。

3.3 數(shù)據(jù)分析

      根據(jù)式（1）的計(jì)算結(jié)果繪制鉬粉比表面積B和粒徑d的理論計(jì)算曲線。試樣8，9的團(tuán)聚結(jié)塊嚴(yán)重，影響比表面積的測(cè)定，因此在數(shù)據(jù)分析時(shí)不采用試樣8，9 的測(cè)量結(jié)果。將試樣1~7的費(fèi)氏粒度、微觀顆粒尺寸和比表面積代入理論計(jì)算曲線，結(jié)果如圖11所示。由圖11可知：鉬粉顆粒的形貌不同，且粒度不均勻，因此試樣的費(fèi)氏粒度和微觀顆粒尺寸與實(shí)際比表面積結(jié)果不完全符合理論計(jì)算曲線，但總體規(guī)律大致符合理論計(jì)算的趨勢(shì)；鉬粉的微觀顆粒尺寸與實(shí)測(cè)的比表面積的關(guān)系更接近理論計(jì)算曲線，當(dāng)鉬粉的顆粒形貌為球形時(shí)，顆粒尺寸越均勻、團(tuán)聚程度越低，實(shí)測(cè)的比表面積結(jié)果越接近理論計(jì)算的結(jié)果。

4、 結(jié)論

    （1）鉬粉的平均粒度與比表面積成反比例函數(shù)關(guān)系，費(fèi)氏粒度和微觀顆粒尺寸與實(shí)際比表面積的關(guān)系大致符合理論計(jì)算的趨勢(shì)。

    （2）鉬粉的團(tuán)聚程度和異常形貌會(huì)影響費(fèi)氏粒度、粒度分布的測(cè)量結(jié)果。

    （3）微觀顆粒尺寸與實(shí)測(cè)比表面積的關(guān)系比費(fèi)氏粒度與實(shí)測(cè)比表面積的關(guān)系更接近理論計(jì)算曲線。

    （4）鉬粉粒度分布圖越接近正態(tài)分布的單峰，其粒度和比表面積關(guān)系越符合理論計(jì)算規(guī)律。

    （5）當(dāng)鉬粉顆粒形貌為球形時(shí)，顆粒尺寸越均勻、團(tuán)聚程度越低，實(shí)測(cè)的比表面積結(jié)果越接近理論計(jì)算的結(jié)果。

作者：王波，左燁蓋，行亞寧

單位：金堆城鉬業(yè)股份有限公司 金屬分公司

來(lái)源：《理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)》2024年第7期