《粉末工程》课件-1 绪论

1绪论2颗粒粉体颗粒及粉体Fineparticle——颗粒：从个体颗粒出发，称为颗粒学。Powder——粉体：从集合粉体出发，称为粉体工程学。绪论粉体的定义45研究粉体的目的

1、提高工业产品的质量与控制水平水泥、药品、颜料颗粒大小、复印机墨粉等。2、节能降耗球磨机的有效利用率仅为2-5%，95%以上都浪废掉，通过粉碎机理研究，可改进粉碎工艺、降低能耗。3、新材料的研究与开发超硬、超强、超导、超纯、超塑等新型材料的研发。6

Akindoftechnologyandscienceemphasesthecharacterizationandpreparationofpowder,andpowder-handingoperation.

即：粉末检测，粉末制备，粉体加工过程单元操作。粉体工程是一门新兴的边缘学科，在材料、冶金、矿业、化工、建材、建筑、食品、医药、能源电子、炼油及环境工程等工业中都有广泛的应用。粉体工程（PowderEngineering）制备方法分类：总体上可以分为两大类一类是机械粉碎法，通过机械力的作用使颗粒由大变小，进而微细化来制备粉体，即自上而下（topdown）法。另一类是合成法，通过化学反应或相变，经历晶核形成和生长两个过程形成固体粒子来制备粉体，即自下而上（bottomup）法。8

粉末尺度（粒径与粒径分布、形状、比表面积）粉体特性（流动性、粘性、堆积特性、压缩性、成形性）粉末物理与化学性质（光、电、磁、催化特性）纳米粉末电镜照片针状SiC粉末检测球形铜粉超细铁粉9粉末制备—装置等离子体化学反应装置球形ZrO2粉末10粉体加工过程单元操作粉碎－分级－收尘粉碎－收尘①结构陶瓷与功能陶瓷 ②催化材料③涂层材料

④环保材料⑤能源材料 ⑥生物材料中国统计年鉴（1999）中有关粉体工业的部分行业年产值1.1.3粉体制备技术与现代产业发展12粉体工程涉及的领域矿业资源：无机矿物资源陶瓷材料：氧化铝、氧化锆陶瓷化学工业：催化剂冶金工业：粉末冶金材料、耐火材料电子材料：集成电路基板军事领域：固体推进剂机械工业：磨料、润滑剂矿物晶体氧化铝陶瓷高导热性BeO陶瓷铁基粉末冶金制品双面孔Al2O3基板高温电路基板东风21洲际导弹－两级固体推进航天飞机

陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，加工困难和能耗大，因而使其应用受到了较大的限制。结构陶瓷：用于工程功能陶瓷：具有特殊性能①结构陶瓷与功能陶瓷纳米陶瓷

随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国材料学家Cahn指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。

纳米陶瓷轴承（NCB）的风扇：耐高温，纳米级的粒子润滑剂性能好，寿命成倍延长。防止温度过高而卡住轴心的现象。陶瓷磨球陶瓷光纤套筒陶瓷刀具陶瓷表壳及表带②催化材料催化是纳米超微粒子在化学化工领域应用的一个重要领域。利用纳米粒子的高比表面积与高活性可以显著增加催化效率，国际上已把纳米催化剂作为第四代催化剂进行研究和开发。纳米超微粒子在燃料化学，催化化学中起着十分重要的作用。

在乙烯加氢转变为乙烷的反应中，当加入超细的铂颗粒作催化剂时，反应温度可从600℃减低至20℃（室温），对工业生产降低能耗具有重大的经济效益。③涂层材料将超微粉与表面技术结合起来，形成表面复合涂层。根据超微粉体涂层的组成可分为三类：单一超微粉体涂层体系两种或两种以上超微粉体涂层体系添加超微粉体的涂层体系按用途可以分为两类结构涂层：高强、高硬和耐磨涂层功能涂层：热学涂层、电学涂层、光学涂层、磁学涂层、催化敏感涂层超微粉体和纳米涂层广泛用于航空航天飞行器的防护涂层、微波滤波和吸波涂层、紫外线防护涂层和“隐身”涂层。“隐身”涂层

为什么超微粒子特别是纳米粒子对红外和电磁波有隐身作用？纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，对这种波的透过率强纳米材料的表面积大，对红外和电磁波的吸收率比较大（减弱电磁波反射回雷达）纳米陶瓷隔热汽车膜内部清晰明亮、隔热率70%、可见透光率25%、紫外线隔透率99%。

第五代

纳米陶瓷真空磁控溅射技术陶瓷膜产生于21世纪初，陶瓷膜具有分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、膜再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、膜使用寿命长等众多优势。对GPS信号无任何屏蔽作用。

目前陶瓷膜主要有：澳嘉陶瓷膜，琥珀陶瓷膜.

目前最好的膜的生产技术是真空磁控溅射，这种膜没有任何污染不会散发甲醛和苯等有害物质，不会褪色，对信号有微弱的屏蔽作用。

陶瓷膜是金属膜的更高级一级的处理，它是把金属膜中的金属进行了处理，把金属的这种特性进行了特殊处理，它们已经失去了屏蔽信号的这种作用。④环保材料空气净化大气污染一直是各国政府需要解决的难题，空气中超标的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物（NOC）是影响人类健康的有害气体，工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等，由于含有硫的化合物在燃烧时会产生SO2气体，这是SO2的最大污染源。所以石油提炼工业中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。纳米钛酸钴(CoTiO3)是一种非常好的石油脱硫催化剂。以55-70nm的钛酸钴作为催化活体，以多孔硅胶或Al2O3陶瓷作为载体的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01％，达到国际标准。污水处理污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变害为宝。“体外肾脏”先将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来，使水中不含悬浮物；然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭的净化装置，除去水中的铁锈、泥沙以及异味等污染物；再经过带有纳米孔径的特殊水处理膜，将水中的细菌、病毒100％去除，得到高质量的纯净水，完全可以饮用。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜时，就会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。该技术在医学领域血透中已开始应用，有“体外肾脏”之称。肝、肾功能衰竭者饮用这种水后，会大大减轻肝、肾脏的负担。⑤能源材料氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无尽－不存在枯竭问题氢的热值高，燃烧产物是水——零排放，无污染，可循环利用氢能的利用途径多——燃烧放热或电化学发电氢的储运方式多——气体、液体、固体或化合物氢能的利用，主要包括两个方面：一、制氢工艺二、储氢方法单壁纳米碳管束TEM照片多壁纳米碳管TEM照片碳纳米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河按5人座的轿车行使500公里计算，需要3.1Kg的氢气，以正常的油箱体积计算，氢气的存储密度应有6.5wt%，目前的储氢材料都不能满足这一要求。

碳纳米管由于其管道结构及多壁碳管之间的类石墨层空隙，使其成为最有潜力的储氢材料，国外学者证明在室温和不到1bar的压力下，单壁碳管可以吸附氢气5-10wt%。

根据理论推算和近期反复验证，普遍认为碳纳米管的可逆储/放氢量在5wt%左右，即使5wt%，也是迄今为止最好的储氢材料。燃料电池燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。固体电解质是这类高温燃料电池的核心部分。目前正在发展利用固体电解质纳米粉末涂覆在多孔电极材料的表面形成薄膜。SOFC（固体氧化物燃料电池）图示电解质阳极或燃料极阴极或空气极单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。⑥生物材料依靠纳米技术很容易把药物直接送到肺、心、肝、肾和大脑中去，能轻易进入皮肤，穿越血管，可是，这些“伟大能力”治病救人却又很让人担心，因为它对人体的破坏性也同样巨大。举例普通防晒霜靠加入二氧化钛阻挡紫外线的辐射。二氧化钛在很多物质中存在，包括白色的油漆，因为它的反光度强，化学反应度低。二氧化钛在纳米尺度下颜色出现异变，由一般的白色变成透明，由二氧化钛纳米颗粒制作的防晒霜也是透明的，它挡住紫外光却允许其他光进入。但一项科学研究指出，二氧化钛纳米微粒可以进入皮肤甚至细胞，并在细胞内产生自由基，破坏原有的基因。基因芯片基因芯片就是典型的纳米技术与基因生物学结合的产物，人们通过基因芯片能迅速查出自己基因密码中的缺陷，并利用纳米技术对错误基因进行修正。可以治愈各种遗传缺陷疾病和肿瘤的一天来到的时候，可怕的社会问题也许会随之而来。举例科学家用显微操作技术移动果蝇染色体的基因，结果培育出了比正常果蝇多长了一个胸脯和翅膀的果蝇。科学家已经可以通过基因操作把果蝇的眼睛搬到不该有眼的地方，把翅膀搬到不该长翅膀的地方。由此不难想像若用纳米技术操纵生物基因会制造出什么样的“怪物”来。其他超微粉还在涂料、润滑剂、功能纤维、纸品等等领域也有应用。1.2研究目的与主要研究内容研究目的①提高工业产品的质量与控制水平：控制粉体颗粒的大小、形状及分布等。②节能降耗，促进粉体加工技术的发展：通过对粉碎过程和机理的研究，如何改进原有设备或者设计新型的粉体加工设备，最大限度地提高粉磨效率。化学法制粉一般成本较昂贵，如何找到更好更有效的方法、工艺等③新材料的研究与开发：使材料颗粒细化至纳米级，或与其它物质形成掺杂，或形成复合材料以满足不同领域的要求。一些工业产品对颗粒形状的要求研究内容超微粉体的制备方法与原理、工艺与设备超微粉体的分散、表面处理原理、方法超微粉体的性能检测和表征方法1.3粉体制备技术的发展趋势发展生产效率高、成本低、可控性好（颗粒尺寸、化