粉末冶金-第三章-粉体表征

李长青

粉末冶金

授课人：李长青单位：材料学院材料学院3楼非金属材料工程教研室电话-Mail:llchangqing@163.com成绩评定准则出勤及平时表现30％作业20％实验10％期末考试40％缺席4次及以上者,此次课成绩取消课程类别：选修课适用专业：无机非金属材料学时：28使用教材参考教材参考教材第三章粉末的性能及其测定§3.1概述

粉体是粉体冶金学研究的基本对象。工业生产单元操作过程中所处理的物料，因其物质种类千差万别，粒子的形成方式不同，所以其各种性质也不相同。而这些性质与有关的单元操作过程密切相关，直接影响这些过程的正常进行，巳直接影响原料、半成品及成品的质量。

颗粒粉体第三章粉末的性能及其测定§3.1概述3.2.1粉末体定义和粉末体颗粒粉末体简称粉末或粉体(powder)，通常是指由大量的固体颗粒及颗粒间的空隙所构成的集合体。而组成扮末体的最小单位或个体称为粉末颗粒(powderparticle)，简称颗粒，其大小一般小于1000μm。粉末体实际上是由大量的固体颗粒组成的一种分散体系。其他的多颗粒体系还包括雾滴和气泡群。§3.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其测定§3.2粉末及粉末性能

聚集颗粒示意图

第三章粉末的性能及其测定3.2.1粉末体定义和粉末体颗粒一次颗粒之间形成一定的粘结面，在二次颗粒内存在一些微细的孔隙。一次颗粒或单颗粒可能是单晶颗粒，而更普遍情况下是多晶颗粒，但晶粒间不存在空隙。多数场合下，颗粒与邻近的颗粒粘附，并且有时形成链状或更复杂的形状。颗粒间的粘附力，据拉提（Latty）和克拉克(Clark)计算，比范德华引力大得多，而接近电荷的库仑引力。§3.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其测定3.2.1粉末体定义和粉末体颗粒二次颗粒是由单颗粒以某种方式聚集而成，通常由化合物的单晶体或多晶体经分解、焙(bei)烧、还原、置换或化合等物理化学反应并通过相变或晶型转变而形成；也可以由极细的单颗粒通过高温处理(如煅烧，退火)烧结而形成。§3.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其测定§3.2粉末及粉末性能3.2.1粉体粒径和粉末体的定义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，称为粉体工程学第三章粉末的性能及其测定3.2.2粉末颗粒构造和表面状态粉末颗粒实际构造的复杂性还表现为晶体的严重不完整性，即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等。因此，粉末总是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性。

§3.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其测定3.2.2粉末颗粒构造和表面状态§3.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其测定开孔闭孔氧化物3.2.3粉末性能§3.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其测定粉体的基本性质

粉体的几何形态性质

粉体的力学性质

粉体的物理化学性质

3.3.1粉体取样§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定插入式取样器

3.3.1粉体取样§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定Snorkel型取样设备

3.3.1粉体取样§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定四分法分样器

3.3.2化学成分检测§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定粉末的化学成分菲水滴定法/氢损值酸不溶物法/铁粉盐酸不溶物

3.3.2化学成分检测§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定菲水滴定法/氢损值金属粉末的试样在纯氢气中煅烧足够长时间，粉末中的氧被还原成水蒸气，某些元素与氢生成挥发性的化合物，与挥发性金属一同排除，测得试样粉末的相对质量损失，称为氢损。

3.3.2化学成分检测§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定酸不溶物法/铁粉盐酸不溶物

金属粉末中在溶解金属的无机酸中不溶的非金属。在铜粉中，这种不溶物有二氧化硅、不溶性硅酸盐、氧化铝、粘土及其他耐火材料。不溶性材料中也可能含有硫酸铅。在铁粉中，除了上述铜粉中含有的物质以外，其不溶物中可能有碳化物。§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定粉末的形状规则形状

不规则形状§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定粉末颗粒的形状

Feret

径§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定Martin径§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定hblHeywood径§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定a1筛分径图示

a2§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定等表面积球当量径与颗粒等表面积球的直径§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定等体积球当量径与颗粒同体积球的直径。§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定Stoke径Re<1与颗粒相同沉降速度的球的直径。§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定当量表面S=πd2=kd2V=πd3/6=Md3当量体积形状系数=K/M=π/(π/6)=6§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定§1.1粉体颗粒的粒径与形状1.1.5颗粒的形状形状系数/形状因子形状系数=？

第三章粉末的性能及其测定第三章粉末的性能及其测定§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状第三章粉末的性能及其测定第三章粉末的性能及其测定§3.3金属粉末的取样和分样3.3.3颗粒形状(a)(b)(c)(d)制备的粉体SEM形貌

第三章粉末的性能及其测定§3.3金属粉末的取样和分样3.3.4粉末的粒度及其测定几何形体的投影图

3.3.4颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定累积分布曲线

3.3.4颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定累积分布曲线

3.3.4颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定粒度分布曲线的几何类型

不规则尺寸d的重量%粉体颗粒尺寸d多模尺寸d的重量%粉体颗粒尺寸d尺寸d的重量%宽化粉体颗粒尺寸d标准(单模)尺寸d的重量%粉体颗粒尺寸d§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.4颗粒形状§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.4颗粒形状3.3.5颗粒粒度的测定方法§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定粒度分布曲线的几何类型

筛分析法3.3.5颗粒粒度的测定方法§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定粒度分布曲线的几何类型

筛分析法012345678910

直线测微尺

网络测微尺

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法显微镜法12345671234567§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法显微镜法定向径定向等分径投影面积径最大水平截距§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法显微镜法垂直投影法测量粒度

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法显微镜法dddddddddd线性分割法测量粒度

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法显微镜法第二章粉末的表征与测量§1.2粉末粒径测量1.2.2显微镜法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§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法激光衍射法

激光器接收器搅拌器探测器样品槽泵打印机处理器§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法激光衍射法

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法激光衍射法

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法激光衍射法

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法激光衍射法

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法库尔特计数器原理图

计数器法

颗粒受力分析FeFDFb§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

沉降速度：

黏性阻力区Re<1;

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

黏性阻力区Re<1;

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

比浊仪的结构示意图

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

比浊仪的结构示意图

第一章粉末的表征与测量§1.2粉末粒径测量1.2.4重量沉降光透法重力沉降光透法基本原理ClAII0§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法沉降分析法

比浊仪测试粒度原理§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法淘析法

水力分级器原理

§3.3金属粉末的取样和分样第三章粉末的性能及其测定3.3.5颗粒粒度的测定方法淘析法

离心淘析原理

§3.4粉末的比表面及其测定第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法尺寸效应法是根据粉末粒度组成和形状系数计算表面积的一种方法。如以f为表面形状系数、k为体积形状系数，ρc为颗粒有效密度，dsv为体面积平均径，则计算的比表面等于：比表面1g质量的粉体所具有的表面积。m2/gcm2/g反映出吸附溶解活性的性能。第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定化学键力原子状态被吸附/低温下气体被吸附物理吸附化学吸附范德华力分子状态被吸附第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定单分子层覆盖

气体压力吸附量P0

P0

P0

P0

P0

第三章粉末的性能及其测定3.4.1气体吸附法§3.4粉末的比表面及其测定单分子层覆盖

第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定单分子层覆盖

第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定单分子层覆盖

单分子层覆盖

第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定P/VPk=第三章粉末的性能及其测定单分子层覆盖

3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定

多分子层BET公式第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定

多分子层BET公式第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定BET比表面积是BET比表面积测试法的简称，该方法由于是依据著名的BET理论为基础而得名。BET是三位科学家（Brunauer、Emmett和Teller）的首字母缩写，三位科学家从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式基础上，即著名的BET方程，成为了颗粒表面吸附科学的理论基础，并被广泛应用于颗粒表面吸附性能研究及相关检测仪器的数据处理中。

多分子层BET公式EdwardTeller,PaulEmmettandStephenBrunauer,ca.1960s

第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定

多分子层P/(V(P0-P))P/P0k=a=第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定P/(V(P0-P))P/P0k=a=第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定P/(V(P0-P))P/P0k=a=

多分子层

S=VmNAAm/(22400W)第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定第三章粉末的性能及其测定3.5.1粉体的堆积性质§3.5金属的工艺性能空隙率ε=1-Φ填充率Φ=1-ε空隙率ε=1-Φ填充率Φ=1-ε第三章粉末的性能及其测定3.4.1颗粒粒度的测定方法§3.4粉末的比表面及其测定粉末的堆积形状等径球形堆积

立方

单斜第三章粉末的性能及其测定3.5.1粉体的堆积性质§3.5金属的工艺性能粉末的堆积形状等径球形堆积双斜棱锥

第三章粉末的性能及其测定3.5.1粉体的堆积性质§3.5金属的工艺性能粉末的堆积形状不等径球形堆积0.1550.2250.4140.7321.0000.190.2070.26ε第三章粉末的性能及其测定3.5.1粉体的堆积性质§3.5金属的工艺性能量杯漏斗第三章粉末的性能及其测定3.5.2金属粉末的松装密度与振实密度的测定§3.5金属的工艺性能第三章粉末的性能及其测定3.5.2金属粉末的松装密度与振实密度的测定§3.5金属的工艺性能测量筒凸轮导套钢砧固定套与导杆第三章粉末的性能及其测定3.5.2金属粉末的松装密度与振实密度的测定§3.5金属的工艺性能比重瓶第三章粉末的性能及其测定3.5.3金属粉末有效密度的测定§3.5金属的工艺性能比重瓶第三章粉末的性能及其测定3.5.3金属粉末有效密度的测定§3.5金属的工艺性能浸润液体粉体吊斗悬丝第三章粉末的性能及其测定3.5.2金属粉末的松装密度与振实密度的测定§3.5金属的工艺性能第三章粉末的性能及其测定3.5.2金属粉末的松装密度与振实密度的测定§3.5金属的工艺性能粉体质量粉体质量粉体质量-

粉体浮力第三章粉末的性能及其测定3.5