特种陶瓷粉体颗粒介绍及性能评价综述课件.ppt

一.粉体的特殊性: 1.粉体的概念:是指大量固体颗粒的集合体,表示物质的一种存在状态, 是物质的一种特殊聚集状态. 2.粉体的特殊性在于: 似固体,具有堆积性. 似液体,具有流动性. 似气体,具有压缩性,但几种不同的粉体均匀混合在一起, 无论怎样混合不能成为单一的相. 有很高的比表面积和表面能。,3.不同行业对粉体尺寸的要求,二特种陶瓷粉体的性能评价： 1.粉体颗粒和团聚体：原始颗粒（一次性颗粒）是指物质的本质结构不发生改变的前提下,分散和细化而得到的基本颗粒,即没有堆积和絮联结构的原始颗粒。颗粒的团聚体叫做二次性颗粒，三次性颗粒。一次性颗粒直接与本质相联系，二次性颗粒往往是作为研究和应用工作中的一种对颗粒物态描述。 2.粉体颗粒的粒度：构成粉体颗粒的平均大小叫粒度或中粒径（D50）。粉体颗粒的形状有球状、片状、条状、针状、柱状等各种各样的不规则体，因此表示粒度的方法有多种多样，主要有： 等体积球相当径； 等面积球相当径； 等沉降速度相当径（斯托克径）； 显微镜下测定的颗粒直径。 对应测量方法有： 筛分析法； 光的散射法； 沉降速度法（斯托克径法）； 显微镜分析法； 电泳分析法。,3.粉体颗粒的粒度分布：单分散体系指粉体颗粒的分布是单一的或均匀相似的；多分散体系指粉体颗粒的分布是不均匀的和不连续的。粒度分布是表征多分散体系中颗粒大小不均一的程度，粒度分布范围越窄，我们就说分布的分散程度越小，其集中度越高。表示的方法有：频率分布图、累积分布图，见图： 4.粉体颗粒的表面特性： A）粉体颗粒有高的比表面积、表面能和很高的活性，处于不稳定状态。 B）粉体颗粒有吸附和团聚现象。粉体颗粒所以区别一般固体而呈独立存在状态，其原因是：它是细化了的固体；在接触点上与其它粒子之间存在相互作用力。,5.粉体的团聚：颗粒之间的团聚是客观存在的，团聚的原因主要有： 分子间的范德华引力； 颗粒间的静电引力； 超细颗粒的比表面能，氢键和其它化合键的作用； 吸附水分的毛细管力； 颗粒间的磁引力； 颗粒间表面不干净的机械纠缠力。 团聚分软团聚和硬团聚，软团聚指不需要很大的外力就能把团聚体分开,软团聚不影响产品的成型性能;硬团聚需特殊的方法才能把团聚体分开,如球磨、分散剂、超声波，硬团聚影响产品的成型性能，尤其粉料的压实密度，硬团聚的机理目前尚不清楚。,6.粉体颗粒的填充性：粉料的填充性及其填充体的集合组织是特种陶瓷粉末成型的基础。它与粉体颗粒的形状，大小，级配，安息角（流动性）有关。 粉料的拱桥效应（桥接效应）：粉料的自由堆积的孔隙率往往比理论值要大很多，主要是因为粉料不是球形，加上表面粗糙，结果颗粒之间相互交错咬合，形成拱桥形空间，增大了孔隙率，这种现象叫做拱桥效应。见图：,7.粉体表面处理和改性：是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面进行处理，根据应用的需要有目的的改变粉体材料表面的物理化学性质（如晶体的结构和官能团、表面能、表面湿润性、表面吸附和反应特性）或赋予其新的功能，以满足现代新材料和新技术发展的需要。 粉体表面处理和改性是为了改善粉体的性能，提高其使用价值和开拓其应用领域，它与很多学科，如粉体工程学，物理化学，数学、有机化学、无机化学、高分子化学、无机非金属材料、高分子材料、结晶学、环境工程学、现代仪器的分析与测试等学科密切相关。它是材料学科领域的一个十分重要研究的课题，是未来材料发展的重要手段。,三纳米粉体和纳米结构固体的特性： 当粒子尺寸数量进入纳米级（1100nm）时，其粉体和它构成的纳米固体具有多种传统固体不具有的特殊性质，主要包括表面效应、体积效应、量子尺寸效应（小尺寸效应）、宏观隧道效应。 表面效应：固体表面原子和内部原子所处的环境不相同，当粒子直径大于原子直径（如大于 0.1um），表面原子可以忽略，当粒子直径逐渐接近原子直径时，原子表面的数目和作用就不能忽略，这时粒子的比表面积、表面能、表面结合能都发生很大的变化。人们把由此引起的种钟特殊效应叫做表面效应。例如金属纳米粒子在空气中会燃烧，无机纳米粒子在空气中会吸附气体，并且与空气进行反应。普通陶瓷只有在1000以上，应变速率小于10-4米/秒才表现出塑性，而纳米陶瓷在常温下具有塑性变形和金属材料的韧性，而纳米陶瓷的增韧效应机理归于大量界面因素，纳米陶瓷的塑性变形主要是通过晶粒滑移来实现的。,体积效应：物质的体积减小时，一般有两种情形：一是物质的本身性质没有发生变化，而只有那些与体积密切相关的性质发生变化，如质量、半导体电子自由程变小、磁体的磁区变小等；另一种是物质的本身性质发生变化，而纳米粒子属于第二类，因为纳米粒子有有限个原子和分子组成，改变了原来的由无数个原子和分子组成的集体属性。如金属的纳米微粒的电子结构和快状金属完全不相同。,量子尺寸效应(小尺寸效应):当粒子尺寸降到某一值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级现象和半导体微粒存在不连续的最高被分子占据轨道和最低未被分子占据的分子轨道能级,能隙变宽的现象,叫做量子尺寸效应。也就是纳米微粒的磁、光、声、热、电及超导性与宏观物体截然不同。纳米微粒的小尺寸效应为实用技术开拓了新领域：如纳米尺寸的强磁性颗粒（Fe Co合金。氧化铁等）制成磁性性用卡、磁性车票、磁性液体，纳米微粒的熔点远低于快状金属，纳米银粉的熔点降低373。 宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。是指微观粒子的磁通量、磁化强度的变化。宏观量子隧道效应的研究对基础研究和实用都有重要意义，如规定了磁带、磁盘进行登记、储存的时间极限，是微电子陶瓷的基础。 纳米粉体的合成方法有：固相法、液相法、气相法。液相合成纳米-AI2O3 的方程式: AL2(NH4)2(SO4)4+24H2O=AL2 (SO4)4 (NH4)2(SO4)4.H2O+23H2O (100-200) AL2 (SO4)4 (NH4)2(SO4)4.H2O= AL2 (SO4)3+2NH3+2SO3+2H2O (500-600) AL2 (SO4)3 =AI2O3+3SO3 (800-900) 另外:,四新型陶瓷粉体的要求： 粉体的组成精确，这是一个最基本的要求，化学组分直接决定了产品的晶相和性能，若化学组成偏离化学计量比，陶瓷的性能发生根本性变化。 化学组成均匀性好。如果化学成分分布不均匀，将会导致化学组成偏离，产生局部晶相偏析和显微结构的