[材料科学]分体工程基础ppt课件

1、第一章第一章粉体工程根底粉体工程根底资料工程根底资料工程根底 1 1、粉体是消费过程中的重要环节、粉体是消费过程中的重要环节气、固、液气、固、液实践消费中，常以颗粒形状存在实践消费中，常以颗粒形状存在具有一定构造外形、几何尺度、特定功能的固体单元具有一定构造外形、几何尺度、特定功能的固体单元粉体研讨的意义粉体研讨的意义? ? 液体液体流动性流动性气体气体可压缩性可压缩性固体固体抗变形能力抗变形能力粉体粉体大的外大的外表积表积宏观宏观延续延续性性物质的特殊存物质的特殊存在方式！在方式！ 2 2、粉体的特殊性、粉体的特殊性3 3、涉及到的运用领域极为广泛、涉及到的运用领域极为广泛颗粒颗粒粉体粉体

2、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。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。颗粒是粉体资料的组成单元！颗粒是粉体资料的组成单元！粉体的概念粉体的概念? ? 颗粒颗粒 Fine particle Fine particle从个体颗粒出发，称为颗粒学从个体颗粒出发，称为颗粒学 粉体粉体 Powder Powder从集合粉体出发，称为粉体工程学从集合粉体出发，称为粉体工程学都属于粉体研都属于粉体研讨范畴讨范畴!q 粉末的分类粉末的分类本章主要内容本章主要内容1、粉体颗粒大小粒度、粒径的表征与丈量、粉体颗粒大小粒度、粒径的表征与丈量2、颗粒外形的表征与丈量、颗粒外形的表征与

3、丈量3、粉体的工艺特性与丈量、粉体的工艺特性与丈量4、其它物理特性、其它物理特性两大表征参数：两大表征参数：1 1平均粒度、粒度分布平均粒度、粒度分布2 2颗粒外形颗粒外形四大工艺特性：四大工艺特性：1 1流动性流动性2 2填充性填充性3 3紧缩性紧缩性4 4成型性成型性问题问题聚会聚会资料的机械、物理和化学性质描画了组成资料的物质组态的根本特性资料的机械、物理和化学性质描画了组成资料的物质组态的根本特性第一节第一节 粉体的表征与丈量粉体的表征与丈量粉体工程根底粉体工程根底直径直径D D直径直径D D、高度、高度H H？颗粒的大小如何表征？颗粒的大小如何表征？ 粒径与粒度：粉体的粒径具有统计特

4、征，而不是对单个粒径与粒度：粉体的粒径具有统计特征，而不是对单个颗粒的尺寸。所以，普通将颗粒的平均大小称为粒度。颗粒的尺寸。所以，普通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。习惯上可将粒径和粒度二词通用。 1 1筛分径筛分径 2 2几何学粒径几何学粒径 根据几何学尺寸定义的粒子径。根据几何学尺寸定义的粒子径。 轴径轴径 二轴径、三轴径二轴径、三轴径 投影径投影径 定向径定向径 当量径有效径当量径有效径 普通用显微镜法、库尔特计数法、筛分法等测定。普通用显微镜法、库尔特计数法、筛分法等测定。1 1、粒径、粒径 又称为细孔经过相当径。当粒子经过粗筛网且被截留又称为细孔经过相当径。当

5、粒子经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，记作分径，记作DADA。 算术平均值：算术平均值： 几何平均值：几何平均值： 在以上两式中：在以上两式中：aa粒子经过的粗筛网直径，粒子经过的粗筛网直径，bb截留粒子截留粒子的细筛网直径的细筛网直径 。2baDAabDA 1筛分径高度高度h h：颗粒最低势能态时正视投影图的高度：颗粒最低势能态时正视投影图的高度宽度宽度b b：颗粒俯视投影图的最小平行线夹距：颗粒俯视投影图的最小平行线夹距长度长度l l：颗粒俯视投影图中与宽度方向垂直的平行线夹距：颗粒俯视投影图中与宽度

6、方向垂直的平行线夹距2 2几何学粒径几何学粒径三轴径三轴径hbl三轴几何平均径：三轴几何平均径： 与颗粒外接长方体体积与颗粒外接长方体体积相等的立方体的棱长相等的立方体的棱长3lbh定向径：沿一定方向的颗粒的一维尺度。定向径：沿一定方向的颗粒的一维尺度。3 3几何学粒径几何学粒径定向径投影径定向径投影径 S1S2定方向径定方向径定方向等分径定方向等分径定向最大径定向最大径 定定 义义 沿一定方向测得颗粒投影的两平行线的间隔。沿一定方向测得颗粒投影的两平行线的间隔。 沿一定方向将颗粒投影像面积等分的线段长度沿一定方向将颗粒投影像面积等分的线段长度 定向最大径定向最大径 沿一定方向测定颗粒投影像所

7、得最大宽度的线段长度沿一定方向测定颗粒投影像所得最大宽度的线段长度 定方向径定方向径定方向等分径定方向等分径粒径称号粒径称号颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或投影圆的直径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 4几何学粒径几何学粒径当量径当量径等效圆球体积直径等效圆球体积直径等效体积直径等效体积直径等效外表积直径等效外表积直径等效分量直径等效分量直径最短直径最短直径最长直径最长直径等效沉降速率直径等效沉降速率直径筛分直径筛分直径2 2、平均粒径、平均粒径粒度粒度中值径中值径D20 D90在累积分在累积分布中累积布中累积值正好为值正好为50%50%所对应所对应的粒子径，的粒子径，常

8、用常用D50D50表表示。示。 由于实践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方式来表示。 3 3 、粉体的粒度分布、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百分含量的基准采用个数基准和质量基准 4 4、粒度分析测试方法、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

9、光、X光0.001-3500微米非统计方法分辨率高，代表性差, 动态范围窄反复性差。显微镜方法光学 1微米-电子 0.001微米-国际规范筛制：国际规范筛制：Tyler(Tyler(泰勒泰勒) )规范规范 单位：目单位：目目数为筛网上目数为筛网上1 1英寸英寸25.4mm25.4mm长度内的网孔数长度内的网孔数dam4.25 (a (a，d d单位单位mm)mm)25.425.4a ad d 1 1筛分析法筛分析法 40m40m表表1 1 2 2 - - 5 5 国国 内内 常常 用用 标标 准准 筛筛 7 7 （ 单单 位位 ： m m m m ） 目目 次次 筛筛 孔孔 尺尺 寸寸 目目

10、次次 筛筛 孔孔 尺尺 寸寸 目目 次次 筛筛 孔孔 尺尺 寸寸 8 8 1 1 0 0 1 1 2 2 1 1 6 6 1 1 8 8 2 2 0 0 2 2 4 4 2 2 6 6 2 2 8 8 3 3 2 2 3 3 5 5 4 4 0 0 2 2 . . 5 5 0 0 2 2 . . 0 0 0 0 1 1 . . 6 6 0 0 1 1 . . 2 2 5 5 1 1 . . 0 0 0 0 0 0 . . 9 9 0 0 0 0 . . 8 8 0 0 0 0 . . 7 7 0 0 0 0 . . 6 6 3 3 0 0 . . 5 5 6 6 0 0 . . 5 5 0 0

11、 0 0 . . 4 4 5 5 4 4 5 5 5 5 0 0 5 5 5 5 6 6 0 0 6 6 5 5 7 7 0 0 7 7 5 5 8 8 0 0 9 9 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 2 2 0 0 0 0 . . 4 4 0 0 0 0 0 0 . . 3 3 5 5 5 5 0 0 . . 3 3 1 1 5 5 0 0 . . 2 2 8 8 0 0 0 0 . . 2 2 5 5 0 0 0 0 . . 2 2 2 2 4 4 0 0 . . 2 2 0 0 0 0 0 0 . . 1 1 8 8 0 0 0 0 . . 1 1 6 6

12、 0 0 0 0 . . 1 1 5 5 4 4 0 0 . . 1 1 4 4 0 0 0 0 . . 1 1 5 5 0 0 1 1 3 3 0 0 1 1 5 5 0 0 1 1 6 6 0 0 1 1 9 9 0 0 2 2 0 0 0 0 2 2 4 4 0 0 2 2 6 6 0 0 3 3 0 0 0 0 3 3 2 2 0 0 3 3 6 6 0 0 0 0 . . 1 1 1 1 2 2 0 0 . . 1 1 0 0 0 0 0 0 . . 0 0 9 9 0 0 0 0 . . 0 0 8 8 0 0 0 0 . . 0 0 7 7 1 1 0 0 . . 0 0 6 6

13、 3 3 0 0 . . 0 0 5 5 6 6 0 0 . . 0 0 5 5 0 0 0 0 . . 0 0 4 4 5 5 0 0 . . 0 0 4 4 0 0 规范筛规范筛 也可用于计算粒度分布。也可用于计算粒度分布。超声波震动筛超声波震动筛电动振动筛电动振动筛t=0t=t1t= t2t=t3光吸收率光吸收率时间时间t1t1t2t2t3t30 02 2沉降法法粒度测试沉降法法粒度测试丈量原理丈量原理 重力沉降重力沉降 10300m 10300m 离心沉降离心沉降 0.0110m 0.0110m 是经过检测颗粒在液体内的沉降速度计算出是经过检测颗粒在液体内的沉降速度计算出颗粒粒度的方法

14、。通常用在液面下某一深度处颗粒粒度的方法。通常用在液面下某一深度处丈量悬浮液浓度的变化率来间接地判别颗粒的丈量悬浮液浓度的变化率来间接地判别颗粒的沉降速度，进而丈量样品的粒度分布。沉降速度，进而丈量样品的粒度分布。光透过法光透过法3 3显微镜显微镜 采用定向径方法丈量采用定向径方法丈量光学显微镜光学显微镜 0.25250m 0.25250m电子显微镜电子显微镜 0.0015m 0.0015m 扫描扫描SEMSEM； 透射透射TEMTEM：0.01m0.01m以下以下丈量原理！丈量原理！空腔 透射电镜透射电镜(TEM)表征表征图图2 TiO2纳米粒子的纳米粒子的TEM4 4光衍射法粒度测试光衍射

15、法粒度测试 激光衍射激光衍射 0.05500m 0.05500m X X光小角衍射光小角衍射 0.0020.1m 0.0020.1m 激光束在无妨碍形状下的传播表示图激光束在无妨碍形状下的传播表示图 不同粒径的颗粒产生不同角度的散射光不同粒径的颗粒产生不同角度的散射光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/5 5、颗粒的外形、颗粒的外形 颗粒外形：颗粒外形：与颗粒等体积的球的外表积与颗粒的外表积之比与颗粒等体积的球的外表积与颗粒的外表积之比2SVwdd1球形度球形度一些规那么外形体的球形度：一些规那么外形体的球形度：球体 =1圆柱体（d=h） =0.877立方体

16、 =0.806正四面体 =0.671圆柱(d：h=1：10) =0.580圆板(d：h=10：1) =0.472wwwwwwnbm颗粒的高度颗粒的宽度bln颗粒的宽度颗粒的长度扁平度扁平度延伸度延伸度2 2扁平度扁平度m m与延伸度与延伸度n nhbl 颗粒的几何特征颗粒的几何特征Q(Q(如面积、体积等如面积、体积等) )与某种规定的粒度的与某种规定的粒度的粒径的相应次方关系的外形因子，其数值表征了颗粒外形对粒径的相应次方关系的外形因子，其数值表征了颗粒外形对于规范外形的偏离。于规范外形的偏离。3 3外形系数外形系数pkdQ k即为外形系数即为外形系数外表外形因子外表外形因子2jSjdS(j(

17、j表示征对于该种粒径的规定表示征对于该种粒径的规定) )3jVdVj体积外形因子体积外形因子VjSjSVj比外表积外形系数比外表积外形系数第二节第二节 粉体的特性粉体的特性粉体工程根底粉体工程根底1 1、流动性、流动性2 2、填充性松装、振实密度、填充性松装、振实密度3 3、紧缩性、紧缩性4 4、成形性、成形性 一、粉末的工艺性能一、粉末的工艺性能1 1、流动性、流动性丈量：丈量：5050克粉末从规范的流速漏斗流出所需的时间克粉末从规范的流速漏斗流出所需的时间, ,单位为秒单位为秒5050克，其倒数克，其倒数是单位时间内流出粉末的分量，俗称为流速。是单位时间内流出粉末的分量，俗称为流速。 粉体

18、的填充性粉体的填充性是指粉末颗粒在空间中的陈列情是指粉末颗粒在空间中的陈列情况及在容器中的充实性。况及在容器中的充实性。1 1颗粒的堆积颗粒的堆积2 2、填充性、填充性原填充原填充填充的小填充的小球半径球半径混合填充混合填充的气孔率的气孔率混合比（容积混合比（容积%）接触点接触点气孔率气孔率原球原球小球小球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？空隙填入无限个小球，孔隙率越来越小？ 代表粉末在压制过程中被压紧的才干。在规范的模具代表粉末在压

19、制过程中被压紧的才干。在规范的模具中在规定的光滑条件下加以测定，用规定的单位压力下粉中在规定的光滑条件下加以测定，用规定的单位压力下粉末所到达的压坯密度表示。通常也可以用压坯密度随压制末所到达的压坯密度表示。通常也可以用压坯密度随压制压力变化的曲线图表示。压力变化的曲线图表示。 紧缩比：紧缩比： 松装粉末的高度与成型坯体高度之比。松装粉末的高度与成型坯体高度之比。3 3、紧缩性、紧缩性 成形性是指粉末压制后，压坯坚持既定外形的才干，成形性是指粉末压制后，压坯坚持既定外形的才干，用粉末得以成形的最小单位压制压力表示，或者用压坯的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。强度来

20、衡量。 压制性：是紧缩性和成形性的总称。压制性：是紧缩性和成形性的总称。4 4、成形性、成形性1 1、粉体的能量大的外表能、粉体的能量大的外表能2 2、粉体颗粒间的作用力、粉体颗粒间的作用力3 3、粉体颗粒的聚会、粉体颗粒的聚会二、粉体的根本物理特性二、粉体的根本物理特性2、粉体颗粒间的作用力、粉体颗粒间的作用力1分子间引力分子间引力2颗粒间的异性静电引力颗粒间的异性静电引力3固相桥联力固相桥联力4附着水分的毛细管力附着水分的毛细管力5磁性力磁性力6颗粒外表不平滑引起的机械咬合力颗粒外表不平滑引起的机械咬合力3、粉体颗粒的聚会、粉体颗粒的聚会纳米粉体的聚会是指原生的纳米粉体颗粒在制备、分别、处

21、纳米粉体的聚会是指原生的纳米粉体颗粒在制备、分别、处置及存放过程中相互衔接构成的由多个颗粒构成的较大的置及存放过程中相互衔接构成的由多个颗粒构成的较大的颗粒团簇的景象。颗粒团簇的景象。软聚会软聚会硬聚会硬聚会1 1分子间引力分子间引力2 2颗粒间的异性静电引力颗粒间的异性静电引力1 1化学键、氢键化学键、氢键2 2外表原子分散外表原子分散3 3附着水分的毛细管力附着水分的毛细管力4 4液相、固相桥联力液相、固相桥联力一次颗粒：粉体中可以分开，并独立存在的最小实体称为单颗一次颗粒：粉体中可以分开，并独立存在的最小实体称为单颗粒，又称原始颗粒。粒，又称原始颗粒。 二次颗粒：是指粘附于一体的一次颗粒

22、与彼此之间构成的孔隙二次颗粒：是指粘附于一体的一次颗粒与彼此之间构成的孔隙所构成的聚合体。所构成的聚合体。 通常所测试的粒子尺寸通常所测试的粒子尺寸即属二次颗粒的粒径。即属二次颗粒的粒径。 透射电镜透射电镜(TEM)表征表征TiO2纳米粒子的纳米粒子的TEMP Z T 压电陶瓷制备中的粉体聚会控制压电陶瓷制备中的粉体聚会控制 1控制晶粒长大控制晶粒长大 保证成核速率大于生长速率过冷度保证成核速率大于生长速率过冷度 2制备过程中抑制聚会制备过程中抑制聚会 a：选择合理的反响条件如：选择合理的反响条件如PH值、反响浓度、温度值、反响浓度、温度 b：粉体枯燥特殊处置：超临界、冷冻枯燥、红外枯燥：粉体枯燥特殊处置：超临界、冷冻枯燥、红外枯燥 消除具有宏大外表张力的气消除具有宏大外表张力的气 - 液界面液界面 c: 降低煅烧温度降低煅烧温度 3后处置消除聚会后处置消除聚会 堆积或沉降、研磨和超声波处置、参与分散剂等堆积或沉降、研磨和超声波处置、参与分散剂等习题习题1、粉体的概念？、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陷？、粉末粒度测试方法分类以及不同方法的优缺陷