分体工程基础

分体工程基础第一页，共六十一页，2022年，8月28日1、粉体是生产过程中的重要环节气、固、液实际生产中，常以颗粒形态存在具有一定结构形状、几何尺度、特定功能的固体单元粉体研究的意义?第二页，共六十一页，2022年，8月28日大的表面积宏观连续性物质的特殊存在形式！2、粉体的特殊性液体流动性气体可压缩性固体抗变形能力粉体第三页，共六十一页，2022年，8月28日3、涉及到的应用领域极为广泛第四页，共六十一页，2022年，8月28日第五页，共六十一页，2022年，8月28日颗粒粉体粉体通常是指粉末质粒与质粒之间的间隙所构成的集合体。颗粒是粉体材料的组成单元！粉体的概念?颗粒Fineparticle从个体颗粒出发，称为颗粒学粉体Powder从集合粉体出发，称为粉体工程学都属于粉体研究范畴!第六页，共六十一页，2022年，8月28日

粉末的分类粗粉（150～500μm）中粉（40～150μm）细粉（10～40μm）极细粉体（0.5～10μm）超细粉体（＜0.5μm）纳米粉体（＜0.1μm）粉末第七页，共六十一页，2022年，8月28日本章主要内容1、粉体颗粒大小（粒度、粒径）的表征与测量2、颗粒形状的表征与测量3、粉体的工艺特性与测量4、其它物理特性两大表征参数：1）平均粒度、粒度分布2）颗粒形状四大工艺特性：1）流动性2）填充性3）压缩性4）成型性问题——团聚材料的机械、物理和化学性质描述了组成材料的物质组态的基本特性第八页，共六十一页，2022年，8月28日第一节粉体的表征与测量粉体工程基础第九页，共六十一页，2022年，8月28日直径D直径D、高度H？颗粒的大小如何表征？粒径与粒度：粉体的粒径具有统计特征，而不是对单个颗粒的尺寸。所以，一般将颗粒的平均大小称为粒度。习惯上可将粒径和粒度二词通用。第十页，共六十一页，2022年，8月28日1）筛分径2）几何学粒径

根据几何学尺寸定义的粒子径。

轴径（二轴径、三轴径）投影径（定向径）当量径（有效径）一般用显微镜法、库尔特计数法、筛分法等测定。1、粒径第十一页，共六十一页，2022年，8月28日又称为细孔通过相当径。当粒子通过粗筛网且被截留在细筛网上时，粗细筛孔直径的算术或几何平均值称为筛分径，记作DA。

算术平均值：

几何平均值：

在以上两式中：a—粒子通过的粗筛网直径，b—截留粒子的细筛网直径。

1）筛分径第十二页，共六十一页，2022年，8月28日高度h：颗粒最低势能态时正视投影图的高度宽度b：颗粒俯视投影图的最小平行线夹距长度l：颗粒俯视投影图中与宽度方向垂直的平行线夹距2）几何学粒径——三轴径hbl三轴几何平均径：

与颗粒外接长方体体积相等的立方体的棱长第十三页，共六十一页，2022年，8月28日定向径：沿一定方向的颗粒的一维尺度。3）几何学粒径——定向径（投影径）

S1S2定方向径定方向等分径定向最大径

定

义

沿一定方向测得颗粒投影的两平行线的距离。

沿一定方向将颗粒投影像面积等分的线段长度

定向最大径

沿一定方向测定颗粒投影像所得最大宽度的线段长度

定方向径定方向等分径粒径名称第十四页，共六十一页，2022年，8月28日颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或投影圆的直径4）几何学粒径——当量径等效圆球体积直径第十五页，共六十一页，2022年，8月28日等效体积直径等效表面积直径等效重量直径最短直径最长直径等效沉降速率直径筛分直径第十六页，共六十一页，2022年，8月28日2、平均粒径——粒度（中值径）D20

D90在累积分布中累积值正好为50%所对应的粒子径，常用D50表示。第十七页，共六十一页，2022年，8月28日

由于实际粉体大都由粒度不等的颗粒组成，所以它就存在一个粒度分布范围，简称粒度分布。粒度分布通常用简单的图表或函数形式来表示。3、粉体的粒度分布

1）频度分布（微分型）：用横坐标表示粒径，纵坐标表示各粒径对应的颗粒百分含量（个数或质量）。2）累积分布（积分型）：用横坐标表示粒径，纵坐标表示小于(或大于)某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量。（百分含量的基准采用个数基准和质量基准）第十八页，共六十一页，2022年，8月28日第十九页，共六十一页，2022年，8月28日

4、粒度分析测试方法统计方法：代表性强,动态范围宽，分辨率低。筛分方法

38微米--沉降方法

0.01-300微米光学方法（激光、X光）

0.001-3500微米非统计方法分辨率高，代表性差,动态范围窄重复性差。显微镜方法光学1微米--电子0.001微米--第二十页，共六十一页，2022年，8月28日国际标准筛制：Tyler(泰勒)标准单位：目目数为筛网上1英寸（25.4mm）长度内的网孔数(a，d单位mm)25.4ad1）筛分析法（>40μm）第二十一页，共六十一页，2022年，8月28日第二十二页，共六十一页，2022年，8月28日标准筛也可用于计算粒度分布。超声波震动筛电动振动筛第二十三页，共六十一页，2022年，8月28日t=0t=t1t=t2t=t3光吸收率时间t1t2t302）沉降法法粒度测试测量原理重力沉降10—300μm离心沉降0.01—10μm是通过检测颗粒在液体内的沉降速度计算出颗粒粒度的方法。通常用在液面下某一深度处测量悬浮液浓度的变化率来间接地判断颗粒的沉降速度，进而测量样品的粒度分布。光透过法第二十四页，共六十一页，2022年，8月28日3）显微镜——采用定向径方法测量光学显微镜0.25——250μm电子显微镜0.001——5μm扫描（SEM）；透射（TEM）：0.01μm以下测量原理！第二十五页，共六十一页，2022年，8月28日第二十六页，共六十一页，2022年，8月28日扫描电镜第二十七页，共六十一页，2022年，8月28日第二十八页，共六十一页，2022年，8月28日第二十九页，共六十一页，2022年，8月28日空腔第三十页，共六十一页，2022年，8月28日透射电镜(TEM)表征图2TiO2纳米粒子的TEM第三十一页，共六十一页，2022年，8月28日4）光衍射法粒度测试激光衍射0.05—500μmX光小角衍射0.002—0.1μm

激光束在无阻碍状态下的传播示意图

不同粒径的颗粒产生不同角度的散射光第三十二页，共六十一页，2022年，8月28日激光衍射法原理图激光器激光束透镜样品池透镜衍射光束未衍射光束光传感器列阵中心传感器粉末第三十三页，共六十一页，2022年，8月28日/第三十四页，共六十一页，2022年，8月28日5、颗粒的形状角状针状树枝状纤维状片状粒状球状不规则状

粉体形状

颗粒形状：第三十五页，共六十一页，2022年，8月28日第三十六页，共六十一页，2022年，8月28日第三十七页，共六十一页，2022年，8月28日第三十八页，共六十一页，2022年，8月28日第三十九页，共六十一页，2022年，8月28日第四十页，共六十一页，2022年，8月28日与颗粒等体积的球的表面积与颗粒的表面积之比1）球形度一些规则形状体的球形度：第四十一页，共六十一页，2022年，8月28日扁平度延伸度2）扁平度m与延伸度nhbl第四十二页，共六十一页，2022年，8月28日颗粒的几何特征Q(如面积、体积等)与某种规定的粒度的粒径的相应次方关系的形状因子，其数值表征了颗粒形状对于标准形状的偏离。3）形状系数k即为形状系数表面形状因子(j表示征对于该种粒径的规定)体积形状因子比表面积形状系数第四十三页，共六十一页，2022年，8月28日第二节粉体的特性粉体工程基础第四十四页，共六十一页，2022年，8月28日1、流动性2、填充性（松装、振实密度）3、压缩性4、成形性一、粉末的工艺性能第四十五页，共六十一页，2022年，8月28日1、流动性测量：50克粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间,单位为秒／50克，其倒数是单位时间内流出粉末的重量，俗称为流速。第四十六页，共六十一页，2022年，8月28日粉体的填充性——是指粉末颗粒在空间中的排列状况及在容器中的充实性。1）颗粒的堆积2、填充性原填充填充的小球半径混合填充的气孔率混合比（容积%）接触点气孔率原球小球647.640.723R71.171.928.1839.540.528R30.6787.912.11225.950225R19.091.58.574%63.7%空隙填入无限个小球，孔隙率越来越小？第四十七页，共六十一页，2022年，8月28日2）特性参数松装密度：粉末试样自然填充规定的容器时，单位容器内粉末的质量，克/厘米3。-----规定值摇实密度：

高20-50%填充率：（ψ）%Ψ=填充的颗粒体积/粉体填充体积气孔（空隙）率：（ε）ε=1-Ψ第四十八页，共六十一页，2022年，8月28日代表粉末在压制过程中被压紧的能力。在标准的模具中在规定的润滑条件下加以测定，用规定的单位压力下粉末所达到的压坯密度表示。通常也可以用压坯密度随压制压力变化的曲线图表示。压缩比：松装粉末的高度与成型坯体高度之比。 3、压缩性第四十九页，共六十一页，2022年，8月28日第五十页，共六十一页，2022年，8月28日成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，用粉末得以成形的最小单位压制压力表示，或者用压坯的强度来衡量。压制性：是压缩性和成形性的总称。

4、成形性第五十一页，共六十一页，2022年，8月28日1、粉体的能量（大的表面能）2、粉体颗粒间的作用力3、粉体颗粒的团聚二、粉体的基本物理特性第五十二页，共六十一页，2022年，8月28日2、粉体颗粒间的作用力1）分子间引力2）颗粒间的异性静电引力3）固相桥联力4）附着水分的毛细管力5）磁性力6）颗粒表面不平滑引起的机械咬合力第五十三页，共六十一页，2022年，8月28日3、粉体颗粒的团聚纳米粉体的团聚是指原生的纳米粉体颗粒在制备、分离、处理及存放过程中相互连接形成的由多个颗粒形成的较大的颗粒团簇的现象。软团聚硬团聚1）分子间引力2）颗粒间的异性静电引力1）化学键、氢键2）表面原子扩散3）附着水分的毛细管力4）液相、固相桥联力第五十四页，共六十一页，2022年，8月28日一次颗粒：粉体中能够分开，并独立存在的最小实体称为单颗粒，又称原始颗粒。二次颗粒：是指粘附于一体的一次颗粒与彼此之间形成的孔隙所构成的聚合体。

通常所测试的粒子尺寸即属二次颗粒的粒径。第五十五页，共六十一页，2022年，8月28日透射电镜(TEM)表征TiO2纳米粒子的TEM第五十六页，共六十一页，2022年，8月28日PZT压电陶瓷制备中的粉体团聚控制（1）控制晶粒长大保证成核速率大于生长速率（过冷度）（2）制备过程中抑制团聚

a：选择合理的反应条件（如PH值、反应浓度、温度）

b：粉体干燥特殊处理：（超临界、冷冻干燥、红外干燥）（消除具有巨大表面张力的气-液界面）

c:降低煅烧温度（3）后处理消除团聚沉积或沉降、研磨和超声波处理、加入分散剂等第五十七页，共六十一页，2022年，8月28日习题1、粉体的概念？2、粉末粒度测试方法分类以及不同方法的优缺点？3、为何要研究粉末的流动性与填充性？如何表征或通常采用何种参量表征？第五十八页，共六十一页，2022年，8月28日谢谢大家！第五十九页，共六十一页，2022年，8月28日规律：成形性好的粉末，往往压缩性差；相反，压缩性好的粉末，成形性差。例如：松装密度高的粉末，压缩性虽好，但成形性差；细粉末的成形性好，而压缩性却较差。压缩性影响因素：塑性、显微硬度。例如：金属粉体退火后塑性提高，压缩性好；有合金杂质引入，压缩性差。成形性影响因素：塑性、形状结构例如：脆硬质