Технология получения порошковых материалов

Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана 
(национальный исследовательский университет)»
Ю.А. Курганова
Технология получения 
порошковых материалов
Учебное пособие

УДК 621.762
ББК 34.39я73
 
К93
Издание доступно в электронном виде по адресу
https://bmstu.press/catalog/item/7098
Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Материаловедение»
Курганова, Ю. А.
К93  
Технология получения порошковых материалов : учебное пособие / 
Ю. А. Курганова. — Москва : Издательство МГТУ им.  Н. Э. Баумана, 
2020. — 68, [2] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-5577-5
Изложены основные вопросы, связанные с производством порошковых материалов и изделий. Рассмотрены методы получения и свойства металлических 
порошков, процессы формирования и спекания заготовок, основные области 
применения и свойства порошковых изделий.
Для студентов направления 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов». Может быть полезно студентам всех специальностей, изучающим дисциплину «Материаловедение».
УДК 621.762
ББК 34.39я73
© Курганова Ю.А., 2020
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-5577-5 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020

Оглавление
Предисловие  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     4
Лекция 1. Введение в порошковую металлургию и основы порошкового
материаловедения  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     5
Контрольные задания и вопросы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . .   11
Лекция 2. Состав и форма порошков, методы оценки .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . .   12
Контрольные задания и вопросы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . .   22
Лекция 3. Методы получения порошков  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . .   23
Контрольные задания и вопросы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . .   32
Лекция 4. Основные свойства порошков и методы их контроля  .  .  .  .  .  .  . . . . . .   33
Контрольные задания и вопросы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . .   39
Лекция 5. Порошковые материалы и способы их подготовки  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . .   40
Контрольные задания и вопросы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . .   47
Лекция 6. Методы получения изделий порошковой металлургии  .  .  .  .  .  . . . . . .   48
Контрольные задания и вопросы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . .   56
Лекция 7. Оценка структуры и свойств порошковых изделий  . . . . . . . . . . . . . . .   57
Контрольные задания и вопросы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . .   60
Лекция 8. Перспективы и стратегия развития технологий порошковой 
металлургии и порошковых материалов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . .   61
Контрольные задания и вопросы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . .   68
Литература  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   69

ПРЕДИСЛОВИЕ
Издание подготовлено для самостоятельной проработки дисциплины 
«Технология получения порошковых материалов» студентами, обучающимися по направлению подготовки 22.03.01 «Материаловедение и технологии 
материалов». Может быть полезно студентам всех технических специальностей, изучающим дисциплину «Материаловедение».
Материал изложен полекционно. В конце каждой лекции приведены 
контрольные вопросы и задания для самостоятельного контроля усвоения 
изучаемой дисциплины. В пособии предложен список литературы для более 
углубленного изучения материала.
Основная цель пособия — предоставить студентам сведения, углубляющие знания по эффективному использованию порошковых материалов 
и  помогающие развить навыки по оценке свойств исходных компонентов 
и изделий из порошков. Изучение материала пособия позволит студентам 
квалифицированно ориентироваться в области порошковой металлургии.
Ознакомление с основами порошкового материаловедения необходимо 
будущим инженерам и научным работникам, представляет интерес для специалистов в различных областях знаний.
Пособие издано при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках проекта № 20-53-53022.

Лекция 1
ВВЕДЕНИЕ В ПОРОШКОВУЮ МЕТАЛЛУРГИЮ 
И ОСНОВЫ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
Становление технологического метода. Природные и искусственные 
порошки. Применение перспективных порошков. Типовая технология 
производства и ее преимущества
Еще в бронзовом веке люди умели получать и использовать некоторые 
виды порошков, а также применять горячую ковку порошковой массы. Существует мнение, что научные основы порошковой металлургии разработал 
М.В. Ломоносов. Он описывал процессы получения порошкового свинца, 
способы перевода различных материалов в порошкообразное состояние 
и определил спекание как операцию перевода «порошкообразного тела, которому по желанию придана известная форма, в каменистое вещество».
Производство изделий порошковой металлургии начинается после 
1826 г., когда русский металлург П.Г. Соболевский, руководивший в то время объединенной лабораторией Горного кадетского корпуса и Департамента горных и соляных дел, вместе с преподавателем металлургии В.В. Любарским разработали технологию получения платиновых изделий, заложив 
основы порошковой металлургии. Технология заключалась в прокаливании 
хлорплатината аммония и последующем горячем прессовании полученного 
платинового порошка в цилиндрические заготовки. 
Свое выступление на торжественном собрании Ученого комитета по 
горной и соляной части 21 марта 1827 г. Петр Григорьевич Соболевский посвятил новому способу получения различных изделий из порошка платины. 
Там же были продемонстрированы медали, жетоны, чаши, тигли, различные 
украшения, полученные путем прессования предварительно сформованной 
и нагретой заготовки из губчатой платины. 
Таким образом, заслуга в становлении технологического метода переработки порошков в изделия принадлежит русским ученым П.Г. Соболевскому и В.В. Любарскому, которые разработали технологию прессования и спекания платинового порошка за три года до англичанина Воллстана.
До начала ХХ в. сохранялось эпизодическое применение порошков для 
различных целей. Но потребности научно-технического прогресса спровоцировали широкое распространение порошковой металлургии: электроламповой промышленности были нужны тугоплавкие материалы для нитей ламп 
накаливания, электромашиностроению — медно-графитовые щетки и т. п. 

Лекция 1
В 1900 г. наш соотечественник А.Н. Лодыгин на Парижской всемирной 
выставке демонстрировал электрическую лампочку с телом накала из вольфрамовой проволоки, полученной методом порошковой металлургии.
Эффективное решение определенных технических задач послужило 
мощным толчком к пуску порошкового производства.
К началу 1950-х гг. мировое ежегодное производство металлических порошков, материалов и изделий из них составляло несколько десятков тысяч 
тонн. Быстро развивались порошковая металлургия и связанное с этим строительство крупных специализированных предприятий по выпуску порошков и изделий из них: самосмазывающихся подшипников, твердых сплавов, 
магнитных, электроконтактных и конструкционных материалов и др.
По оценкам экспертов, ежегодный прирост объема реализации изделий 
из порошков составляет не менее 5…7 %. Мировое производство металлических порошков в настоящее время превышает 1 млн т, а изделий из них — 
650…750 тыс. т. Выпуск порошковых изделий взамен литых позволяет до 
70 % снизить потери металла, количество обрабатывающего оборудования 
и обслуживающего рабочего персонала, а также энергозатраты на производство единицы продукции.
Основные направления развития порошковой металлургии связаны 
прежде всего с преодолением трудностей при получении заготовок из тугоплавких элементов и изделий с особыми свойствами — фрикционных, антифрикционных, высокопористых и т. п.
Разработано значительное количество порошковых материалов. Часто 
применяется их классификация по происхождению: на природные, или минеральные, и искусственные. Наиболее распространенные природные материалы — мел, каолин, тальк, нефелин, порошковый кварц.
Мел — мягкий минерал белого цвета, осадочная горная порода, тонкозернистая разновидность известняка, имеет твердость 3 по шкале Мооса (самая высокая твердость 10 у алмаза). Химическая формула СаСО3. Мел недорогой, запасы его практически не ограничены, он нетоксичен, безвреден, не 
имеет запаха. При нагреве до 800 °С мел разлагается, выделяя углекислый 
газ CO2 и образуя известь СаО. Мел активно используют для наполнения 
полимеров. По показателю преломления света мел близок к большинству 
полимеров. Поэтому при введении мела можно получать оптически однородные пластмассы практически любого цвета. Для производства пластмасс 
белого цвета к мелу добавляют диоксид титана, черного — технический углерод. Наиболее широко мел используют для наполнения фенолоформальдегидных, эпоксидных и полиэфирных полимеров.
Каолин (от названия местности Каолин в Китае, где впервые он был 
найден) — белая глина, осадочная горная порода. Состоит в основном из 
каолинита, химическая формула которого Al2Si2O5(OH)4, содержит 39,5 % 
Al2O3, 46,5 % SiO2 и 14 % H2O. Частицы каолина имеют форму гексагональных пластинок. Его широко применяют как наполнитель полимеров, 
главным образом полиэфирных, для повышения их физико-механических 
характеристик и модуля упругости. Однако недостатком каолина является 

Введение в порошковую металлургию и основы порошкового материаловедения
его плохая диспергируемость в полимерах, его введение резко повышает 
их вязкость.
Тальк — минерал, химическая формула 3MgO·4SiO2·Н2О, представляет 
собой белый порошок с пластинчатыми частицами, имеющих твердость 1 
по шкале Мооса. Применяют тальк преимущественно для наполнения полипропилена и поливинилхлорида. Пластинчатая форма частиц повышает 
упрочняющий эффект.
Нефелин и полевой шпат — породообразующие минералы, безводные 
щелочные алюмосиликаты близкого состава: нефелин — (Na,K)AlSiO4, полевой шпат — K[AlSi3O8]–Na[AlSi3O8]–Са[Al2Si2O8]. Куски полевого шпата раскалываются по плоскостям спайности, расположенным под углом 
90° одна к другой, поэтому образующиеся частицы имеют форму блоков 
и  прямоугольных осколков. Плоскости спайности нефелина расположены 
параллельно одна другой, поэтому при измельчении его частицы состоят из 
пластинок неправильной формы. Полевой шпат и нефелин безвредны для 
здоровья даже при попадании их пылевых частиц в дыхательные пути.
Нефелин и полевой шпат хорошо смачиваются и диспергируются 
в  большинстве полимеров, обеспечивая низкую вязкость и высокую текучесть при высокой степени заполнения. Наполненные ими полимеры прозрачны или полупрозрачны, обладают повышенной химической стойкостью 
и износостойкостью. Нефелином и полевым шпатом чаще усиливают поливинилхлорид и полиэфирные смолы.
Кварц (химическая формула SiO2) — один из самых распространенных 
породообразующих минералов на Земле. Кварц в виде порошка получают 
путем измельчения кварцевого песка до зерен диаметром не более 150 мкм. 
На долю кварца приходится около 10 % общего объема используемых порошковых наполнителей для полимеров. Введение кварцевого порошка 
уменьшает усадку полимеров и тем самым повышает стабильность размеров 
изделий из композиционных материалов (КМ). Кварцевый наполнитель повышает физико-механические свойства полимеров, и поэтому он используется в технологии производства КМ.
Все порошки по химическому составу подразделяют на следующие 
группы:
1) оксиды, например: оксид алюминия Al2O3 — корунд; гидроксид алюминия Al(OH)3 — гиббсит;
2) соли, например: карбонат кальция СаСО3 — кальцит, известняк, мел, 
мрамор, арагонит; CaMg(CO3)2 — доломит; сульфат кальция CaSO4 — ангидрид; дигидрат сульфата кальция CaSO4∙2H2O — гипс, белая земля;
3) силикаты, например, волластонит, каолин;
4) отдельные элементы, например, различные металлы, графит.
Оксид алюминия — корунд, преимущественно применяется в качестве 
огнеупорного материала, а также катализатора, адсорбента, инертного наполнителя. Из корунда изготавливают абразивные порошки и инструменты. 
Прозрачные разновидности корунда (сапфир, рубин) — драгоценные камни, которые используют в ювелирном деле. Высококачественные корунды