《粉体工程》习题及答案

《粉体工程》习题及答案一、基本概念题（共7小题，每小题3分，共21分）1.粒度分布用特定的仪器和方法反映出粉体样品中不同粒径颗粒占颗粒总量的百分数。有频率分布和累积分布两种形式。(1)频率分布，它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。(2)累积分布也叫积分分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。2.粉体粉体是由大量的不同尺寸的颗粒组成的颗粒群。3.三轴平均径以颗粒的长度、宽度、高度定义的粒度平均值称为三轴平均径。（算法有三种：算术平均径、几何平均径和调和平均径）4.累积粒度分布简称累积分布。单位体积空气中大于或小于某规定粒径的颗粒粒子数目或体积、质量等于颗粒的总粒子数或总体积、总质量的百分比对其不同粒径的关系。可用此作出其粒度分布曲线图。由于颗粒物中粒径小的粒子数目多于粒径大的粒子数目，所以多用小于规定粒径的表示法。通常多用体积（或质量）累积分布。体积（或质量）的累积分布可用正态概率纸作图。5.表面效应纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而大幅度的增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子物理、化学性质的变化。6.相对易磨性系数为了表征物料粉碎难易程度的综合影响，一般用相对易碎性系数来表示。易碎性系数越大，物料越易粉碎。7.喷雾热分解法将前驱体溶液（金属溶液）喷入高温气体中，立即引起溶剂的蒸发和金属盐的热分解，从而直接合成氧化物粉体的方法。8.牛顿分级效率将某一粒度分布的粉粒用分级机进行二分，令大粒部分名为粗粒级，小粒部分为细粒级，定义合格成分的收集率与不合格成分的残留率之差称为牛顿分级效率。9.粉尘云具有一定密度和粒度的粉尘颗粒在空气中受到重力和空气阻力和浮力相平衡时，就会悬浮或浮游在空气中而不会沉降下来，这种粉尘与空气的混合物称为粉尘云。10.形状指数表示单一颗粒外形的几何量的各种无因次组合称为形状指数（即理想形状与实际形状比较时，差异的指数化）。

11.量子隧道效应当粒子能量小于阈值能量时，很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会有一些粒子能过去，好像有一个隧道。

12.易碎（磨）性在一定粉碎条件下，将单位质量物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的能量，或施加一定能量使物料达到的粉碎细度。13.频率粒度分布(frequencysizedistribution)表示各个粒径相对应的粒子占全粒子群中的百分含量（微分型）14.共沉淀法在微粉制备上，使溶于某溶液的所有离子完全沉淀的方法称为共沉淀法。15.分级精度通常是根据部分分级效率曲线，取部分分级效率为75%和25%的粒度，分别用d75和d25表示。分级精度K=d75/d25。16.粉尘爆炸可燃性物质细粉在空气中扩散形成尘云，起火后迅速燃烧的现象称为粉尘爆炸。17.气溶胶气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系。其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100微米，分散介质为气体。选择题（共12小题，每题2分，共24分）1.纳米粉体应用范围为（D）。A.超级电容器B.太阳能电池C.气体探测器D.以上都是2.纳米粉体的特性为（D）。A.熔点低B.比表面积大C.反应速度快D.以上都是3.在单个颗粒粒度表征中，与颗粒投影面积相等的圆的直径称为（B）。A.比表面积球当量径B.投影圆当量径C.定方向等分径D.定向最大径4.在单个颗粒粒度表征中，沿一定方向将颗粒投影像面积等分的线段长度称为（B）A.定方向径B.定方向等分径C.定向最大径D.等周长圆当量径5.由累积分布曲线，可直接读出R=D=50%时所对应的粒径为（C）。A.多数径B.平均径C.中位径D.特征粒径6.粉体力学性质研究中，常用（A）来评价粉体的流动性，又称该性质为粉体的“粘度”。A.休止角B.内摩擦角C.壁摩擦角D.滑动角7.某粉体的粒度频度分布图中D90=90nm，这说明（B）A．该粉体中粒径大于90nm的粒子占90%，小于90nm的粒子占10%B．该粉体中粒径小于90nm的粒子占90%，大于90nm的粒子占10%C．该粉体中90%的粒子粒径为90nmD．该粉体的平均粒径为90nm8.影响粉体压缩性的主要因素为颗粒的（D）。A.密度B.结构C.形状D.塑性9.纳米银的熔点与普通银相比会（A）。A.降低B.上升C.先上升后降低D.不变10.鄂式破碎机是（C）设备。A.粉磨B.细碎C.粗碎中碎D.超细磨11.鄂式破碎机的主轴转速提高一倍时，其生产能力和钳角分别为（D）A.增加和增加B.增加和降低C.增加和不变D.降低和不变12.反击式破碎机没有的部件是（A）。A.篦条筛B.打击板C.锤头D.转子13.在粉体堆积性质研究中，颗粒群的密度有多种表示方法，其中（A）的数值最大？A.真密度B.容积密度C.颗粒密度D.表观密度14.影响共沉淀法的主要因素为（C）。A.温度B.PH值C.反应物浓度D.溶剂15.减少粉体堆积时产生偏析的方法之一是（B）。A.匀速供料B.多点供料C.缓慢供料D.改变供料点的位置16.溶胶-凝胶法中凝胶颗粒尺寸范围为（B）。A.＞1μmB.1-100nmC.＜10nmD.0.1nm17.影响粉体成形性的主要因素为颗粒的（C）。A.密度B.硬度C.形状D.塑性18.部分分级效率为50%时所对应的粒度，叫做（C）。A.特征粒径B.中位径C.分级粒径D.临界粒径19.粗碎圆锥式破碎机（B）。A.外锥正置，内锥倒置B.外锥倒置，内锥正置C.二锥均正置D.二锥均倒置20.硅酸盐工厂常用的4900孔筛是指在（B）上有4900个筛孔。A.一厘米长度B.一平方厘米面积C.一英寸长度D.一平方英寸面积21.当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，会失去了原有的金色而呈黑色，这是由于纳米材料的（C）造成的？A.特殊磁学性质B.表面效应C.小尺寸效应D.量子隧道效应22.球磨机是（A）设备。A.粉磨B.粗碎C.中碎D.超细磨三、填空题（共11小题，每空1分，共25分）1.颗粒粒度测量方法主要有显微镜法、沉降法、筛分法和电传感法等等。（比表面积法、气体吸附法任选二个填）2.表示粒度分布的方法有：表格法、图形法和函数法。3.颗粒形状是指一个颗粒的轮廓边界或表面各点所构成的图像，它是除粒径处，颗粒的另一个几何特征。4.最著名的粉碎功耗定律有表面积假说（雷廷格尔定律）、基克定律（体积假说）和邦德定律（“裂纹扩展说”），其中表面积假说一般认为适于粉磨过程。5.用于气相合成超微粉末的常见加热源有高频感应加热、电阻加热、激光加热、电子束加热等等。（离子喷射加热、微波加热任选三个）6.常见的固相合成法有热分解法、高温固相反应法、还原反应法和自蔓延高温合成法等。7.氢电弧等离子体法制备的金属Fe粒子具有特殊的氧化行为，在空气中加热，当温度低于600℃时，粒子外壳是金属和内核是氧化物，原因是储藏的氢遇到热后释放出来，把表层氧化物还原为金属。8.工业用筛按运动形式大致可分为振动筛、摇动筛、回转筛和固定筛。振动筛的筛面振动方向与筛面互为垂直，而摇动筛的运动方向基本上平行于筛面。9.高频感应气相合成超微粉末中感应电流的特点是具有集肤效应。10.在筛分中，一般依据颗粒尺寸将颗粒分为易筛粒、难筛粒和阻碍粒。11.筛分操作一般适用于粒度是37μm以上的物料分级，超细粉分级比较有效的方法是根据颗粒在流体介质中沉降速度不同而分成不同的粒级。12.旋风分级机中取消了离心分级机中的大风叶，采取专用风机外部鼓风，在内外筒间的细粉分离空间也由外部专用旋风分离器代替。13.粉尘爆炸须具备的三个条件是尘云、空气和火源14.在离心式选粉机中，存在着两个分离区：一个是在内壳中的选粉区，颗粒主要是在离心力作用下沉降，另一个是在内外壳之间细粉沉降区，颗粒主要是在重力作用下沉降。15.结构防护粉尘爆炸的措施有抗爆、抑爆、泄爆等等。（或隔爆）16.球磨机的类型。四、简答题（共5小题，共30分）1.简述均匀沉淀法原理（以MgCl2为原料制备MgO晶体为例）。答：均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来，通过控制溶液中沉淀溶剂浓度，保证溶液中的沉淀处于一种平衡状态，从而均匀的析出的方法。CO(NH2)2+3H2O——2NH3·H2O+CO2NH3+H+——NH4+Mg2++2NH3·H2O——Mg(OH)2+2NH4+Mg(OH)2——MgO+H2O2.简述制备纳米材料的两种技术，以及它们的研究方法。答：制备纳米材料的两种技术为Topdown（由上而下）的方法和Bottomup（由下而上）的方法。由上而下的方法是一种采用物理和化学方法对宏观物质的超细化的纳米科技的研究方法。由下而上的方法是一种以原子、分子、团簇等为基元，组装具有特定功能的器件、材料。纳米科技的最终目的是以原子、分子为起点，去制造具有特殊功能的产品。3.在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么？答：量子尺寸效应使纳米光学材料对某种波长的光吸收带有蓝移现象，纳米粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象，纳米微粒紫外吸收材料就是利用这两个特性，对紫外吸收好的材料有三种：(1)二氧化钛纳米粒子的树脂膜、(2)三氧化二铁纳米微粒的聚合物膜、(3)纳米氧化铝粉体。大气中的紫外线在300~400nm波段，在防晒油、化妆品中加入纳米微粒，对这个波段的紫外光线进行强吸收，可减少进入人体的紫外线，起到防晒作用。4.为什么复摆颚式破碎机比同规格的简摆颚式破碎机的生产能力大？答：与简摆相比，复摆颚式破碎机具有以下优点：①动颚顶部的水平摆幅约为下部的1.5倍，可使物料先在上部得到破碎；②就整个动颚而言，垂直摆幅为水平摆幅的2~3倍，可保证颚腔上部的强烈粉碎作用，使大块物料易在上部得到破碎；③动颚向定颚靠拢，挤压物料的过程中，顶部各点还顺着定颚向下运动，一边使物料破碎，一边使物料向下运动，有利于产量的提高，所以此类破碎机产量要大于简摆式20~30%。(影响破碎机生产能力的因素？破碎机理论最大生产能力应满足什么条件？)5.简述PVD制粉原理及特点。在蒸发过程中，蒸气中原材料的原子由于不断地与惰性气体原子相碰撞，损失能量而迅速冷却，这将在蒸气中造成很高的局域过饱和，促进蒸气中原材料的原子均匀成核，形成原子团，原子团长大形成纳米粒子，最终在冷阱或容器的表面冷却、凝聚，收集冷阱或容器表面的蒸发沉积层就可获得纳米粉体。通过调节蒸发的温度和惰性气体的压力等参数可以控制纳米粉的粒径。优点：①高纯度；②粒径分布窄，粒度的变化通常小于20%，在控制较好的条件下可小于5%；③良好结晶和清洁表面；④粒度易于控制等，在原则上适用于任何被蒸发的元素以及化合物。缺点：难以获得高熔点的纳米微粒。主要用于Ag、Al、Cu、Au等低熔点金属纳米粒子的合成。6.在真空蒸镀法中若采用电阻法加热方式可能带来哪些问题？答：①由于需先加热电阻片再传热给薄膜材料，因此电阻片多少会与材料起作用，或引生杂质，此点虽可加隔化学性质稳定的陶瓷层，但耗电量增加。②电片能加热的温度有限，对于高熔点的氧化物则大部分无法熔融蒸镀。③蒸镀速率有限。④材料若为化合物，则有被分解的可能。闪燃法可蒸镀部分此类材料。⑤膜质不硬，密度不高。7.叙述以钛乙醇盐为原料，采用Sol-Gel法制备纳米二氧化钛的简要工艺流程以及其中涉及的化学原理，并简要讨论该方法与其它化学合成相比所具有的优点。答：将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。包括四个主要过程：①溶胶制备：水解首先形成均匀的溶胶体系，且呈现数秒到数十秒的诱导期，然后进入水解成核期而有晶核形成，最初由于其尺寸接近分子水平的纳米级，溶液保待透明状。Ti(OC2H5)4+H2O=Ti(OC2H5)3(OH)+C2H5OHTi(OC2H5)3(OH)+H2O=Ti(OC2H5)2(OH)2+C2H5OHTi(OC2H5)2(OH)2+H2O=Ti(OC2H5)(OH)3+C2H5OHTi(OC2H5)(OH)3+H2O=Ti(OH)4+C2H5OH②溶胶凝胶化：随着晶核长大，开始出现浑浊，随即开始缩聚，发生溶胶—凝胶转变。到一定时候粘度聚然增大，直到失去流动性，得到如四川凉粉或凉膏状的半透明体，醇、水都包含在其中。溶胶中含大量的水，凝胶化过程中，使体系失去流动性，形成一种开放的骨架结构。水解缩聚的结果形成溶胶初始粒子，然后这些粒子逐渐长大，连接成链，最后形成三维网络结构，便得到凝胶。③凝胶的干燥：一定条件下(如加热)使溶剂蒸发，得到粉料。与普通粉体干燥不同的是凝胶干燥阶段体积收缩会导致织构损坏并影响超细粉体的性能。目前常用的干燥方法是超临界干燥和冷冻干燥，它们是防止织构损坏，减少颗粒团聚最好的方法。④煅烧过程：煅烧过程是将干凝胶在选定温度下进行恒温处理。优点：(1)化学均匀性好：由于溶胶—凝胶过程中，溶胶由溶液制得，故胶粒内及胶粒间化学成分完全一致。(2)高纯度：粉料(特别是多组份粉料)制备过程中无需机械混合。(3)颗粒细：胶粒尺寸小于0.1μm。流变性质有利于制备各种膜、纤维或沉积材料。8.影响粉尘爆炸的因素有哪些？答：粉尘爆炸受下列因素的影响：（1）颗粒大小。所有粉尘都能以极细小的固体颗粒悬浮于空气中。粉尘颗粒越细，表面吸附空气中的氧就越多，因而越易发生爆炸。一般粉尘越细，燃点越低，爆炸下限越小，危险性越大。粒度大于10mp的可燃粉尘，一般没有爆炸危险。

（2）组成。粉尘的成分对爆炸性的影响很大。燃烧热愈大的物质粉尘愈易引起爆炸，如煤尘、硫、碳等。氧化速度大的物质易引起爆炸，如镁、氧化亚铁、染料等。粉尘含挥发性物质愈多,爆炸危险性愈大。当煤粉中挥发物低于10％时就不会发生爆炸。粉尘中含的水分有减弱和阻碍爆炸的作用，水分增加，爆炸危险性降低。粉尘中的灰分