功能粉体材料制备—5.

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1、学习要求: 1 参加课堂教学 2 撰写读书报告1篇, 5000字，下列二方面内容选其一。 1）粉体材料和工程的某一专题。 2）制备某一粉体材料的技术研究开发方案。 第五章 分级与表面修饰 参考书目 1 卢寿慈主编，粉体技术手册，化学工业出版社，北 京，2003。 2 李凤生等编著，超细粉体技术，国防工业出版社， 北京，2000。 3 毋伟等编著，超细粉体表面修饰，化学工业出版社 ，北京，2003。 4 卢寿慈主编，工业悬浮液性能，调制与加工， 化学工业出版社，北京，2003。 5 曾凡等编著，矿物加工颗粒学（修定版），中国矿 业大学出版社，江苏徐州，2001 粉体材料的分级 粉体材料的表面修饰

2、 内容提要 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 第一部分 粉体材料的分级 粉体材料的分级 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 超细粉体在化工、建材、冶金、电子、医药、生超细粉体在化工、建材、冶金、电子、医药、生 物工程、陶瓷、农药、涂料、国防及尖端技术等领域物工程、陶瓷、农药、涂料、国防及尖端技术等领域 得到了广泛的应用。目前制备超细粉体的技术及设备得到了广泛的应用。目前制备超细粉体的技术及设备 已趋于多元化，日渐成熟。现代科技的发展迫切需要已趋于多元化，日渐成熟。现代科技的发展迫切需要 超细而且粒度分布范围窄、甚至单一粒径的粉体。而超细而且粒度分布范围窄、甚至单一粒径的粉体。而 目前的技术和设备

3、难以制造出单一粒度的粉体，粉体目前的技术和设备难以制造出单一粒度的粉体，粉体 粒度分布较宽粒度分布较宽( (往往在往往在0.10.1微米到数十微米之间微米到数十微米之间) )，从，从 而严重影响了其性质和功能。因此需要对其进行分级而严重影响了其性质和功能。因此需要对其进行分级 ，以满足对应用日益增加的超细粉体的高标准要求。，以满足对应用日益增加的超细粉体的高标准要求。 材 料 名粒 度 范 围围 粉末冶金 精密陶瓷 电电子复制调调色剂剂 电电阻器，电电介体，保护护膜材料 IC底板(ZrSiO2,Al2O3,AlN,SiC,BeO等) 电电容器烧结烧结 瓷体 膜材料(电电阻，导导体，电电介体等)

4、 充填碳黑电电子材料(防静电电，导导体) 电电子复制载载体 CVD、喷镀喷镀 、网板印刷(化学敏感器) 金属超微粒触媒 磁性流体 50010 10.1 155 50.5 100.1 50.05(500) 10.01(100) 0.10.01(100) 0.10.01(100) 0.80.005(50) 0.050.005(50) 0.010.001(10) 表1 新型材料所要求粉体颗粒直径 粉体材料的分级 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 对超细粉体产品的分级比普通产品的分级 要困难,原因是超细粉体比表面积大、表面能及 表面活性高、易团聚结块及附着于固体表面不 易分散。对超细粉体的分级须综合考

5、虑以下三 方面: 超细粉体的分级工艺条件; 超细粉体的分级设备; 超细粉体的分散性。 粉体材料的分级 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 分级技术是一门涉及机械、材料、化 工以及流体力学等多学科的技术。根据生 产工艺的要求，把粉碎产品按某种粒度大 小或不同类型颗粒进行分选的操作称为分 级。 分级的方式 筛分分级流体分级 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的分级筛分 把固体颗粒置于具有一定大小孔 径或缝隙的筛面上，使通过筛孔的成 为筛下料，被截留在筛面上的成为筛 上料，这种分级方法称为筛分。 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的分级筛分 机种筛筛 面 运 动动 振幅mm 频频率次/

6、min 适用粒度mm 固定式栅筛栅筛 25200 弧形筛筛 0.30.6 运 动动 式 回转筛转筛 1520160 摇动筛摇动筛 10100 603001050 旋转筛转筛 50 156001260 振动动 筛筛0.81290015000.1525 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的分级筛分 HYS300实验室用筛粉机 1、 操作简单，保养容易 2、 可快速更换网层，不需任何 工具，使用网层数可至8层 3、 任何粉体、液体、粒体均可 4、 筛网粉末不飞扬，液体不乱 喷，粒体不跳 5、 使用目数3.5目至400目。 为了说明筛分质量，引入了筛分效 率的概念，即筛下料与总入筛料质量的百

7、分比。筛分效率与颗粒与筛面的相对运动 ，料层的厚薄,筛孔形状和有效面积比， 物料颗粒的大小分布规律和颗粒形状，过 细颗粒的含量以及物料含水率等有关。工 业上实际操作的平均筛分效率约为70% 80%。 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的分级筛分 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的分级流体分级 筛分作业要受筛网制作的限制，其筛分粒径 下限为37m。即使是37m以上100m以下的筛 分作业，其处理量少时准确程度也不可靠，因此 ，对于100m以下的物料，则要根据不同粒径颗 粒在流体（通常是气体）中受到离心力、重力、 惯性力等的作用而产生不同的运动轨迹，从而实 现不同粒径颗粒的分级。

8、如果利用的流体是空气 时称干式分级，利用水时则称为湿式分级。 机种分级级原理 静 态态 重力分级级 重力场场中不同 沉降速度 适于粗粒分级级（2002000m ） 惯惯性分级级 不同粒径颗颗粒的 惯惯性不同，形成 不同的运动轨动轨 迹 不需动动力，适于较较大的颗颗粒 (10250m)，较较大的处处理能 力，不适于精密分级级 离心分级级 旋风风式、 DS式 比较细较细 的分级级（550m）， 不适于高浓浓度，精密分级级 其它 射流式 喷喷射射流可以使粉体得到良 好的预预分散，分级级效率及分 级级精度高，可获获得多级产级产 品 动动 态态 分级级室回转转型 需要动动力，微粒分级级（ 1100m）

9、适于高浓浓度，精密分级级 叶片回转转型 带颗带颗 粒分散型 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的分级干式超细分级 现在主要的干式超细分级设备大多采用离心 或惯性力场的空气分级机，其原理在于根据颗粒 的比重、粒度和和形状在空气中所受重力和介质 阻力的不同，因而具有不同的沉降末速来进行的 。超细颗粒分级的关键一环是颗粒的分散，在干 式分级中，利用气流的急剧加速，使大小颗粒所 受到的作用力不同而使得团聚的颗粒分散，或者 利用剪切流场的速度差使粉料分散，也有采用障 碍物的冲击而达到分散的目的。 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的分级干式超细分级 干式精细分级机大多是伴随高速机械冲击式

10、 超细磨和气流磨，尤其是对喷式流化床气流磨 的引进和开发而发展起来的。因此，目前占主 导地位的几种干式精细分级机是日本的MS、MSS 和德国的ATP单轮或多轮涡轮式分级机。国内的 干式精细分级机也大多是在上述分级机的基础 上仿制或发展的。其中MS的分级产品细度可达d 1010-6 m 左右，MSS和ATP型的分级产品可 达d510-6 m左右。 干式气流分级机示意图 分级器切割粒径可由下式确定： 其中：p 原料密度 空气密度 K常数 导向叶片角度 流体粘度 Vi 二次空气入口速度 r 半径 R分级板半径 S二次空气入口断面积 h 分级空高度 分级系统图 气旋分级工作原理 第五章 粉体后处理分级

11、与表面修饰 粉体材料的分级干式超细分级 BF空气分级机 通用型空气分级级机。采用 国际际上先进进的涡轮涡轮 分筛筛理 论论：旋转涡轮转转涡轮转 子造成的 离心力与空气所形成的向 心力之间间的平衡，改变涡变涡 轮转轮转 速（或串联联的风风机风风 量）即可达到细细度的调节调节 。 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的分级干式超细分级 干式物料空气级机 采用国际上先进的涡轮 分级原理和结构。分级 轮可靠，产品粒度分布 范围窄，而且整机结构 先进、分级可靠，经久 耐用。 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 应用举例垂直流型重力分级器 垂直型重力分级器 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 有效惯性分

12、级机(Virtual Impactor) Virtual Impactor分级机 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 应用举例射流分级机 射流分级机原理图 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的分级湿式超细分级 常用的湿式超细分级设备，主要是基于离心 力沉降原理的螺旋式离心分级机和水力旋流器。 水力旋流器的优点是：构造简单、价廉、无运动 部件，生产量大，占地面积小，筒体内料浆停留 时间短，工作很快达到稳定的状态，分级效率高 。其缺点是：磨损较严重，给料的浓度、粒度、 压力要稳定，否则对工作指标的影响较大。水力 旋流器广泛应用于分级粒度为0.0030.25mm的 分级作业或分级粒度小于15m

13、的浓缩或澄清作 业。 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的分级湿式超细分级 湿式分级机主要有两种类型：一是基于 重力沉降原理的水力分级机；二是基于离心 力沉降原理的旋流式分级机。这类分级机包 括沉降离心机，如卧式螺旋离心分离机、小 直径水力旋流器、LS离旋器、GSDF型超细水 力旋分机等机型，这是目前湿式精细分级主 要采用的设备。 各主要精细分级机的性能及应用 设备 名称分级方式产品细度 （m ） 处理量应用范围 MS型微细 分级机 干式81505012000金属、化工原 料、材料等 MSS型超细分 级机 干式430308000金属、化工原 料、材料等 APT型超细 分级机 干式418

14、05035000金属、化工原 料、材料等 射流式分级机干式3150100500金属、化工原 料、材料等 卧式螺旋离心 分级机 湿式110120 M3 浆料 矿物、金属粉 、填料等 GSDF超细水 力分级机 湿式210125 M3 浆料 矿物、金属粉 、填料等 小直径水力 旋流器 湿式345150 M3 浆料 矿物、金属粉 、填料等 应用举例错流式分级机 图1 错流离心分级设备示意图 错流式分级机原理 是介质运动方向与分级 物料的给入方向呈夹角 (大多为90),粘滞阻 力与重力方向相反,此两 种力确定颗粒下落的速 度和时间,水平方向颗粒 的运动速度确定颗粒的 水平运动距离,粒径不同 ,抛物线的轨

15、迹不同。从 理论上分析,错流式分级 机可以一次实现多粒级 的分级。 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 应用举例水力旋流器 各种形式的水力旋流器结构示意图 应用举例叶轮式水力分级机 叶轮分级机示意图 1、给料口；2、粗粒排出口；3、细粒排出口；4、二次介质进 口；5、介质流动方向；6、离心力方向；7、转子； 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体分级评价定性评价 定性评价通常所采用的仪器是显微镜和 电镜。通过显微镜和电镜照片可以看出分级 后的颗粒形貌,粗略地估计颗粒的粒度分布, 以及要得到粒度范围的颗粒是否混有其他粒 度范围的颗粒。 粉体分级评价定性评价 在粉体领域中通常用分级精度和分级效率来 定量地评价分级效果。分级精度和分级效率的高 低直接决定该项分级技术是否能够转化为生产力 。因此分级技术必须对分级效率和分级精度进行 考察。分级效率常用牛顿分级效率和部分分级效 率来衡量,而衡量分级精度的方法为产品的粒径 (d50)、分级精度指数()、台拉(Terra)指数 (ET)、不完全度(Imperfection,)与分级锐度 指数(Si)等。分级效率的概念有牛顿分级效率、 理查德分级效率和部分分级效率等但以部分分 级效率较为常用。 第二部分 粉体材料的表面修饰 第五章 粉体后处理分级与表面修饰 粉体材料的表面修饰是粉体材料制备 、加工和应用过程