《材料制备原理及工艺》课件：粉体特性

1、陶瓷的制备过程 粉体成型烧结 薄膜 CVD,PVD,磁控溅射，溶胶-凝胶 纤维增强陶瓷基复合材料 CVI、PIP关键问题 低温烧结问题 高温结构陶瓷的致密化难题 近净尺寸成型 解决陶瓷难以后加工的问题特种陶瓷粉体特性 高纯度、高活性 相组成（、氮化硅） 颗粒尺寸、粒径分布、颗粒形态、比表面积一、 粉体的基本物理特性 粉体（powder）：大量固体颗粒的集合体 具有原固体（bulk）的特性，如物质结构、密度等； 粉体自身的特性：流动性、变形、高活性等 粉体颗粒（particle）：物质本质结构不发生变化，分散的固体最小单元。一次颗粒 团聚体（Agglomerate）：在范德华力、毛细管力等作用下

2、团聚在一起的颗粒，粉体颗粒通常的存在形式。二次颗粒粉体的团聚 软团聚与硬团聚 软团聚：颗粒通过范德华力团聚在一起；可以通过机械的方法再次分散 硬团聚：通过较强的化学键团聚；难以用机械的方法再次分散 人为团聚：造粒粉体粒度及分布 从烧结的角度，粒度越小越好。但是，超细粉易团聚，成型性能不好。 从成型的角度，不同的成型方法，对粒度的要求不同。 较宽的粒度分布或双峰分布有利于成型堆积密度的提高，但是，对烧结过程不利，异常晶粒长大，微结构及性能变差颗粒粒度、粒径 粒度：颗粒大小用其所占空间范围的线性尺寸的记述 粒径：球形（或当量球形）颗粒的直径 等表面积相当径 等体积相当径 等比表面相当径 沉降速度相

3、当径（斯托克斯径） 筛分径粒径分布 单分散粉体：由单一粒径或近似单一粒径颗粒构成的粉体 多分散粉体：由不同粒径的颗粒构成的粉体 粒径分布：各颗粒尺寸的颗粒量的多少频率分布累积分布特征粒径 最可几径Dm（mode diameter）：频度最高处的粒径值 中位径D50（Medium diameter）：累积分布50%处的粒径 平均粒径（mean diameter）1niiiDf dd 标准差：250()()iif ddd 分布宽度：905010ddSPANd粉体粒度测试方法 沉降法 激光散射法 比表面积法 X射线衍射线宽法（500nm） 小角X射线散射法（ 100nm ） 电镜观察统计 筛分沉降法

4、球形颗粒在层流状态的液体中的沉降速度v与颗粒直径d有关，Stokes方程：2()18pLLgdv增值法：测量初始均匀的悬浊液在固定已知高度处的颗粒浓度随时间的变化；或测量一定时间浓度在高度上的分布；累计法：测量颗粒从悬浊液中沉淀出来的速度。自然沉降一般只能测大于0.1m，采用离心加速可以更小的颗粒激光散射法 单波长激光照射在悬浊液中的颗粒上产生散射，散射角与颗粒直径有关，散射光强与该尺寸颗粒的浓度有关。 最常用的粒度分布测试方法比表面积(specific surface area) 比表面积：单位质量（或体积）材料具有的总表面积。m2/g（m2/m3）234343vrSrr 比表面积与粒径成反

5、比 若颗粒表面不光滑，表面会急剧增大。 比表面大，活性高若颗粒为球形：比表面积测试方法 BET测试法：是依据著名的多分子层吸附BET（三位科学家：Brunauer、Emmett和Teller）理论为基础而得名。111ssmmasPPCPPV CV CPVPVa：压力：压力p时的吸附量；时的吸附量；Vm：单分子层的吸附量；：单分子层的吸附量；Ps：饱和气压；饱和气压；C：与吸附能有关的常数。：与吸附能有关的常数。Vm可以由可以由0.05P/Ps0.35时，产生多时，产生多层吸附及气体凝聚，吸附和脱附过程的吸附体积对相层吸附及气体凝聚，吸附和脱附过程的吸附体积对相对压力形成滞后回线（对压力形成滞后

6、回线（hysteresis） 可测可测nm几百几百nm孔径孔径粉体的胶体学特性 粒子的表面电荷粒子的表面电荷 粒子在电解质溶液中双电层的形成与动电特性粒子在电解质溶液中双电层的形成与动电特性 胶体的分散与稳定（胶体的分散与稳定（DLVO理论）理论）粒子的表面电荷粒子的表面电荷 金属氧化物MO表面与水介质的化学反应122122KSurfaceSurfaceSolutionKSurfaceSurfaceSolutionMOHMOHHMOHMOHpKpKPZCPoint of Zero Charge一般氧化物粉体在酸性（低pH）区域带正电荷，碱性（高pH）区域带负电荷 ，某一个pH处表面电荷为零，即

7、PZC双电层模型 带电粒子在电解质介质中：颗粒表面电荷在粒子表面附近电解颗粒表面电荷在粒子表面附近电解质介质形成反离子（质介质形成反离子（Counterions)的吸附层和扩散层，即双电层。双的吸附层和扩散层，即双电层。双电层内电位存在一定的梯度分布。电层内电位存在一定的梯度分布。固体粒子运动时吸附层会随之一起固体粒子运动时吸附层会随之一起运动，而扩散层不然。两层的界面运动，而扩散层不然。两层的界面叫做剪切面。该界面处的电位叫作叫做剪切面。该界面处的电位叫作电位。电位。电位分布：电位分布：101/21022exp/rBiixk TFN Z -1：双电层厚度：双电层厚度动电特性（electrokinetic properties) 电泳electrophoresis ：在电场作用下，带电粒子相对于液相移动的现象。粒子的移动速度与电位成正比。因此通过测量一定电场下粒子的移动速度可以测得粒子的电位。0HerfvE 电渗electroosmosis ：在电场作用下电解质液体相对于和它接触的固定的固体相作相对运动的现象。 胶体中粒子的相互作用 电解质溶液中固体颗粒的相互作用主要是由颗粒的双电层排斥力和范德华引力的构成。 引力控制时，颗粒团聚。反之，斥力控制时，颗粒分散。 在非极性介质中，可以通过颗粒吸附高分子等分散剂，其立体阻碍效应产生排斥力。影响双电层的因素 颗粒表面电位 pH 离子型分