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1、School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringPowder Engineering 粉体工程陈彩凤江苏大学材料学院School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering绪绪 论论1、粉体：（、粉体：（Powder） 粉末，粉末体。粉末，粉末体。Theaggregatesystemconsistsoflotsofsolidparticlesandporou
2、sbetweentheparticles.还原铁粉超细铁粉球形铜粉陶瓷粉体School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 2、粉体工程：（、粉体工程：（Powder Engineering）Akindoftechnologyandscienceemphasesthecharacterizationandpreparationofpowder,andpowder-handingoperation.粉末检测，粉末制备，粉体加工过程单元操作School of Material
3、s Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉末检测：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SiCSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉末制备等离子体化学反应装置球形ZrO2粉末School of Materials Science and Enginee
4、ringSchool of Materials Science and Engineering粉体加工过程单元操作粉碎分级收尘粉碎收尘School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering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
5、航天飞机School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉体工程发展趋势：向生命科学、环境保护、信息工程领域延伸粉体的微细化与功能化粉体的深加工与装备现代化肿瘤靶向识别喷射气流粉碎设备School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉体功能化示意School of Materials Science and EngineeringSchool of
6、Materials Science and Engineering我国粉体工业的特点与差距：丰富的原材料与市场较大规模的产量品种单一、性质不稳定，特别是不能满足高端市场的要求School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringZrO2陶瓷插芯毛坏(素管)生产工艺流程及设备School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering本门课程的主要内容章次内容实验时数一
7、粉末颗粒的性质与测量实验一：粉体粒度测试综合实验（含45个实验）实验二：超细粉体加工与粉体物性综合实验（含45个实验）二粉末颗粒的分散与表面改性三金属粉末制备四超微粉末的制备五粉磨六分级七非均相物系的分离八干燥九粉体的流体输送与贮存十混合与造粒I: Particle characterization and Measurement （粉末表征与测（粉末表征与测量）量）II: Preparation of Powder （粉末制备）（粉末制备）III: Powder-Handling Operation （粉体工程单元操作）（粉体工程单元操作）School of Materials Scienc
8、e and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉体技术导论陆厚根,同济大学出版社粉体工程蒋阳,程继贵,合肥工业大学出版社粉体工程与设备陶珍东,郑少华化学工业出版社粉体工程张少明等,中国建材工业出版社粉体加工技术卢寿慈,中国轻工出版社粉末冶金原理黄培云,冶金工业出版社PowderTechnologyHandbookeditedbyKeishiGotoh,ToyohashiUniversityofTechnologyReferencesSchool of Materials Science and EngineeringSc
9、hool of Materials Science and Engineering粒径与颗粒形状(Particlesizeandshape)粒径的测量(Sizemeasurement)粉末体的堆积特性(Bulkpropertiesofpowder)第第1章章 粉末的性能与表征粉末的性能与表征(Particle Characterization and Measurement)School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering相关的定义(Definition)lPowder:
10、粉末，粉末体，粉体Theaggregatesystemconsistsoflotsofsolidparticlesandporousbetweentheparticles.lPowderparticle:粉末颗粒，颗粒Thelittlestunitsorindividualswhichcomposepowder,usuallylessthan1000mm.lParticlediameterorparticlesize:粒径,粒度在空间范围内所占据的线性尺寸,可以其与轮廓,或与某些性质相关的球体,立方体,四棱柱等的几何特征值来表示.Expressionsofindividualparticles
11、izeareusuallyclassifiedintermsofgeometriccharacteristicsofitssilhouetteandahypotheticalequivalentsphere，cubic,rectangularprismwithregardstosomeproperties.1.1粒径(ParticleSize)School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering几何学粒径（Geometricdiameter） When a particle
12、is circumscribed by a rectangular prism with length l, width b, height t, its size is expressed by the diameter, obtained from the three dimensions.School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering以三维尺寸计算的平均径以三维尺寸计算的平均径 序号计算式名称物理意义1长短平均径二轴平均径二维图形算术平均2三轴平均径三维图形算术平
13、均3三轴调和平均径与外接长方形比表面积相同的球体直径4二轴几何平均径平面图形上的几何平均5三轴几何平均径与外接长方形体积相同的立方体的一条边6三轴等表面积平均径与外接长方形比比表面积相同的立方体的一条边School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering投影径投影径 (Projected diameter)Diameterofthetwodimensions(二轴径）Feretdiameter(a):在特定方向与投影轮廓相切的两条平行线间距.Martindiameter(b)
14、:在特定方向将投影面积等分的割线长.Krumbeindiameter(c)：(定方向最大直径）最大割线长Heywooddiameter(d)：(投影面积相当径):与投影面积相等的圆的直径.School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringOther particle diametersEquivalentspherediameter(球当量径）lEquivalentsurfacediameter(等表面积相当径）Ds2=SlEquivalentvolumediameter(
15、等球体积径)Dv3/6=VlEquivalentspecificsurfacediameter(等比表面积相当径)lSettlingvelocitydiameter(沉降速度相当径）DstkDiameterofthespherehavingthesamegravitationalsettlingvelocityasthatofaparticle,obtainedbygravitationalorcentrifugalsedimentationandimpactor.圆当量径l投影圆当量径l等周长圆当量径School of Materials Science and EngineeringSch
16、ool of Materials Science and EngineeringOther particle diametersSievingdiameter(筛分径）School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering单粒单粒度体系：度体系：颗粒系统的粒径相等时，可用单一粒径表示其大小。多粒度体系：多粒度体系：由粒度不等的颗粒组成（实际颗粒）。简单的表格、绘图和函数形式表示颗粒群粒径简单的表格、绘图和函数形式表示颗粒群粒径的分布状态的分布状态-粒径分布粒径分布 School
17、 of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringParticle size distribution (粒度分布）粒度分布） Sizedistribution(粒径分布,粒度分布)whenacertaincharacteristicdiameterismeasuredforNparticlesandthenumberofparticles,dn,havingdiametersbetweenDpandDp+dDp, iscounted,thedensitysizedistributio
18、nqo(Dp)isdefinedasthedensitysizedistribution.（频率分布）Thediscreteexpression,(不连续的表达式)whichgivesthesizedistributionhistogram,becomes:wherenistheparticlenumberbetweenDp-Dp/2andDp+Dp/2Where:School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringThe cumulative distribution Qo
19、 is given as: （累积分布（累积分布）Therefore:实际的含义：实际的含义： 频率分布某个粒径范围内频率分布某个粒径范围内Dp-1/2 Dp Dp1/2 Dp的颗粒数占总颗的颗粒数占总颗 粒数的百分比，也即表示各个粒径相对应的颗粒百分含量。粒数的百分比，也即表示各个粒径相对应的颗粒百分含量。 累积分布小于（或大于）某个粒径累积分布小于（或大于）某个粒径Dp的颗粒数占颗粒总数的百分比。的颗粒数占颗粒总数的百分比。 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineer
20、ing不同基准的粒径分布sizedistributiononotherbasisTheprevioussizedistributionthusdefinedareonanumberbasis.Incaseofmassorvolumebasis,totalmassandfractionalmassdm areusedinsteadofNanddn,respectively.Theexpressionsasfollowing:频率分布(Densitysizedistribution)：累积分布( Cumulative distribution)：百分含量的基准可用颗粒个数、体积、质量、长度和面积等
21、。百分含量的基准可用颗粒个数、体积、质量、长度和面积等。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringExample of size analysis data（Data reduction with number basis)测量的数据测量的数据所作的数据处理所作的数据处理School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchemeofdensi
22、tysizedistributionandcumulativedistribution(频率分布和累积分布）曲线是有个矩形顶部中点的连线，显然只有在d足够小时才有意义，否则，就用直方图表示其粒度分布。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering正态分布的概念：粒径分布的函数表达粒径分布的函数表达u函数表达：正态分布的概率密度函数(频率分布函数)由下式给出:School of Materials Science and EngineeringSchool of Mate
23、rials Science and Engineering粒径分布的正态分布函数粒径分布的正态分布函数Normal distribution粒径频率分布：（个数基准）ni：颗粒数量，Dpi：粒径，N：颗粒总数，：累积含量50时对应粒径当用正态分布表示粉末粒度分布时,x是颗粒的粒度(Dp),a为平均粒径Dp*,(x)表示粒径x频率分布函数,指颗粒数,质量或其它参数对粒度的导数。其中平均粒径：标准方差：School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粒径分布的函数表达粒径分布
24、的函数表达a称为正态分布的位置参数,而的大小与曲线的形状相关,越小,密度曲线越陡,此分布取值越集中,越大,密度曲线越平缓,此分布取值越分散,称为正态分布的形状参数.u图形表达：School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering相对标准偏差相对标准偏差分布函数中的和a两个参数完全决定了粒度分布。对于相同a的若干个颗粒群而言，标准偏差的大小表征着粒度分布的宽窄程度，但对不同a的颗粒群，则应以相对标准偏差表征。对于服从正态分布的颗粒群，当相对标准偏差为0.2时，有68.3%颗粒的
25、粒度集中在这一狭小的范围内，我们常把相对标准偏差小于等于0.2的颗粒群近似称为单分散的体系。相对标准偏差值越小，频率分布曲线越廋，分布越窄。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringMonodisperse nanoparticlesSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering对数正态分布对数正态分布Log normal distribut
26、ion粉体的粒度分布有时也出现非对称分布，这时将正态分布函数中的Dp和分别用和lnDp和lng取代，得到对数正态分布:频率分布：累积分布：平均几何粒径：几何标准偏差：School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringScheme of Log normal distribution对数正态分布图对数正态分布图对数正态分布在对数概率纸上标绘出的是一条直线。这种分布经常出现在结晶或粉碎法获得的粉末以及气体溶胶中。累积曲线50点称为几何平均粒径或数量平均粒径。School of
27、Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringRosin-RammelerDistributionRRS方程：粉碎后的细粉，粉末等粒度分布范围很宽的粉体利用对数正态分布函数计算时，在对数概率纸上所得直线偏差仍很大。Rosin，Rammler和Sperling等人通过对煤粉水泥等物料粉碎实验的概率和统计理论的研究归纳出用指数函数表示粒度分布的关系式其累积分布表达式为:School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials
28、Science and EngineeringRRB方程n：均匀性指数，表示粒度分布范围的宽窄，与粉体物料性质及粉碎设备有关，对一种粉碎产品n为常数。De：特征粒径，表示颗粒宏观上的粗细程度。经Bennet研究取，则指数一项可写成无因次项，即得RRB方程。其累积分布的表达式为:频率分布的表达式：School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringScheme of Rosin-Rammeler Distribution粒径的RosinRammler分布u如果粒径分布能遵守Ro
29、sinRammler分布，它将变成一条直线。u由于RRB方程能比较好的反应了工业上粉磨产品的粒度分布特性，故在粉碎过程中被广泛使用。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering平均粒径平均粒径Average particle diameter平均粒径的定义：粉体由颗粒d1,d2,d3构成，其物理特性可用各粒径函数的加成表示：f(d)=f(d1)+f(d2)+f(d3)+f(dn)若将粒径想象成一均一球径D表示：则f(d)=f(D),D即表示平均径。涉及粒径的表达式有：
30、u颗粒群的总长（nd)u颗粒群的总表面积（6nd2)u颗粒群的总体积（总重量）(nd3),p(nd3).u颗粒群的比表面积(6nd2)/(nd3)u平均比表面积(6n/d)n式中设颗粒为边长为d的立方体。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringCalculation of average diameter例1：推导个数基准平均径：设粉末由粒径为d1,d2.dn的颗粒组成，每种颗粒的个数分别为n1,n2,.nn,是由颗粒总长的特性导出其平均径。解：颗粒群的总长可表示
31、为：n1d1+n2d2+nndn=(nd)=f(d)将全部颗粒视为粒径为D的均一颗粒，上式中的d用D替代：n1D+n2D+nnD=(nD)=D(n)=f(D)则，由f(d)=f(D),(nd)=D(n)则：D(nd)/(n)所得的D即为个数基准平均径.School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering例2:设颗粒群的总质量为m,试由比表面积的定义函数求平均粒径.比表面积定义为:School of Materials Science and EngineeringSchool
32、 of Materials Science and EngineeringAverageparticlediameter例2:设颗粒群的总质量为m,试由比表面积的定义函数求平均粒径.比表面积定义函数为:将全部颗粒视为边长为D的立方体,则School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering从测定量和定义函数导出的平均粒径从测定量和定义函数导出的平均粒径School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials S
33、cience and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering个数基准与质量基准的平均径个数基准与质量基准的平均径School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering以分布函数导出的平均径以分布函数导出的平均径School of Materials Science and EngineeringSchool of Mater
34、ials Science and Engineering练习：练习：已知某颗粒群经粒度测试或得到如下数据：d(nm)G(d)C(d)|d(nm)G(d)C(d)|d(nm)G(d)C(d)-200265|5509740|90080752504410|6009945|95070803005815|65010050|100058853507020|7009955|105044904008025|7509760|110026954508730|8009365|5009335|8508770|试根据以上数据画出该颗粒群的频率分布图、累积分布图并确定颗粒群平均粒径D50。School of Materi
35、als Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering频率分布图累积分布图School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering棒状棒状LaPO4粉末的粉末的透射电镜照片透射电镜照片 还原还原Fe粉粉扫描电镜照片扫描电镜照片球形球形CdS粉末粉末扫描电镜照片扫描电镜照片I.2颗粒形状(ParticleShape)颗粒形状是指一个颗粒的轮廓边界或表面上各点所构成的图像,它是除粒度外颗粒的另一重要
36、的几何特征.球形铜粉的球形铜粉的光镜照片光镜照片School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering颗粒形状对粉末性质有直接影响.粉末比表面,流动性,压缩性,固着力,填充性,研磨特性,同时影响混合.储存,运输,压制,烧结等单元过程.School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering球形spherical粒状granular立方体cubical棒状rodli
37、ke片状platy,discs针状need-like柱状prismoidal纤维状fibrous鳞状flaky树枝状dendritic海绵状spongy聚集体agglomerate块状blocky中空hollow尖角状sharp粗糙rough园角状round光滑smooth多孔porous毛绒fluffy,nappy 颗颗粒形状的表达方式之一粒形状的表达方式之一粒形状的表达方式之一粒形状的表达方式之一 颗颗粒形状基本粒形状基本粒形状基本粒形状基本术语术语School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science
38、and Engineering形状指数形状指数(Shape index)u将表示颗粒外形的几何量的各种无因次组合称为形状指数,它是对单一颗粒本身几何形状的指数化.u类别1.与外形尺寸相关的形状指数2.与表面积和体积相关的形状指数3.与颗粒投影周长相关的形状指数School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineeringu与三维尺寸相关的形状指数：lengthL,BreadthB,thicknessT,andsoForthlFlatness=B/T(扁平度)lElongation=L/
39、B(长短度)lDegreeofcircularity(圆度）=Dp/MaximumlengthofsameareaellipselAnisometry（椭圆度）=axialratioofequivalentellipsoidSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineeringu与周长相关的形状指数（Relatedtoperimeter）l圆度：Roundnessorcircularity=perimeterofsamecircle/perimeterofparticlel粗糙
40、度：Surfaceroughness=perimeter/perimeterofsame-areaellipsel皱褶度：Rugosity=perimeter/perimeterofsmoothcurvecircumscribingparticleprofileSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringProjectionsofgranulesoncircularityversussurfaceroughnesscoordinatesu颗粒形状与形状指数的关系：Sc
41、hool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineeringu与表面积或体积相关的形状指数l表面指数：Surfacefactor=(perimeter)2/4(area)l球形度：Sphericity=Surfaceofsame-volumesphere/Particlesurfacel面积填充度：Bulkiness=Surface/Minimumareaofenvelopingrectanglel体积填充度：Bulkinessfactor=Volumeofequivalentellip
42、soid/ParticleVolumeSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering形状系数(shapecoefficient)u定义：在表征粉末体性质,具体物理现象物理现象和单元过程单元过程等函数关系函数关系时,把颗粒形状的有关因素概括为一个修正系数一个修正系数加以考虑,该系数即为形状系数。u意义：形状系数是用来衡量实际颗粒与球形(立方体等)颗粒形状的差异程度,比较的基准是具有与表征颗粒群粒径相同的球的体积,表面积,比表面积与实际情况的差异。School of Mat
43、erials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineeringv一般表达式：若以Q表示颗粒平面或立体的参数,dp为平均粒径,两者的关系为:Q=dpn,为形状系数v体积形状系数：以颗粒体积Vp代替Q,Vp=vdp3v为体积形状系数v表面积形状系数以颗粒表面积S代替Q,S=sdp2s为表面积形状系数v比表面积形状系数:=s/vv示例：球形颗粒Vp=/6dp3，S=dp2v=/6s=s/v=6u形状系数的表达：School of Materials Science and EngineeringSchool of M
44、aterials Science and Engineeringu规整形状颗粒的形状系数School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering动力学相关的形状系数 上式中的k为阻力形状系数。粒径Dp可取Stokes径（Dstk），等表面积相当径（Ds），等体积相当径（Dv）而得到相应不同的阻力形状系数。u阻力形状系数在低雷诺数的层流区（又称Stokes区），非球形颗粒受到粘度为，相对速度为u的流体阻力FD，可按Stokes定律给出：管内紊流管内紊流管内层流管内层流School
45、of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineeringu动力学形状系数动力学形状系数定义：在研究颗粒在流体中运动时，颗粒的动力学形状系数k为：k=作用于颗粒的实际阻力/作用与同体积球体的阻力层流区：非层流区：以等体积相当径Dv表示颗粒直径：颗粒的最终沉降速度：School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering颗粒形状的数学分析颗粒形状的数学分析Mathematic ana
46、lysis for the shape characterizationl立体颗粒的坐标体系：CG-质心，颗粒表面上的全部点可用半径向量R,根角和描述。l颗粒的轮廓用极坐标表示，R()-半径向量，极角，Rm-最大半径。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering傅立叶级数（FourierProgression）周期为2的函数f(x)可以展开成三角级数:若上面两积分存在,它们定出的系数a0,a1,a2,b1,b2,.,叫做函数f(x)的Fourier 系数系数.而三角级
47、数即为函数三角级数即为函数f(x)傅立叶级数傅立叶级数：School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering几个低次项三角函数波形和他们表示的图形几个低次项三角函数波形和他们表示的图形School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering利用多项次fourierprogression中正弦函数与余弦函数的加和来表示颗粒的轮廓。R()法：将颗粒轮廓的半径向量展开
48、成Fourierprogression:系数表示法：用An，n，an，bn表示颗粒形状的某些特征。A0:平均半径，A2:颗粒的长短度，A3:颗粒的三角度。颗粒轮廓的傅立叶分析School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering以傅立叶级数的系数表示颗粒形状与粒径l用系数an,bn表示等面积当量径l颗粒的形状项定义为:(式中的L已经归一化,其值与颗粒大小无关,仅与形状有关)一般简单形状的颗粒均可用R()法进行指述和表征.School of Materials Science a
49、nd EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 1.3 粒粒 径径 测测 量量(Size Measurement) 表表 1-8 粒径测量方法分类粒径测量方法分类School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering1、显微观察法、显微观察法显微观察的测量范围：Opticalmicroscopy:3-1000mTransmissionelectronmicroscopy(TEM):2nm-1mScanninge
50、lectronmicroscopy(SEM):10nm-1000m显微观察的期望标准偏差：Where,Pr：thepercentagebynumberineachsizeclass,Nristhetotalnumberoftheparticlesofallsizeclass,需观察的最少颗粒数：ThestandarderrorisamaximumwhenPr=50;hence,S(Pr)willalwaysbelessthan2%-anacceptableerrorformostinstanceifNr625 particles.School of Materials Science and
51、EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringMicroscopesu光学显微镜u扫描电子显微镜（场发射、W灯丝、LaB6灯丝)u透射电子显微镜u高分辨透射电子显微镜u与光镜相连的图像分析仪JEOL3010JSM7500School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering显微镜法测量粉末粒径u特点：直观地对单个颗粒的形状,大小,表面形貌,颗粒结构(孔隙疏松等)进行观察测量.u测量下限：取决于显微镜的分辨率和放大倍数
52、.光镜,1000X,0.5m透射电子显微镜,0.3-0.5纳米,数十万倍扫描电子显微镜1纳米10-20万倍School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineeringu制样:光镜1)干法：粉末分散在载波片上,少量分散剂2)湿法：低浓度的粉末悬浮液,超声分散透射电子显微镜:极低浓度的粉末悬浮液,超声分散,滴加在铜网上.扫描电子显微镜:粘附在导电基体上,非导电的粉末需喷金u分散剂:1)对粉末的润湿性要好,2)不与粉末反应3)易挥发常用:酒精,丙酮,二甲苯,醋酸乙脂等School of M
53、aterials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineeringu测量方法常用放大倍数200-600.目镜测微尺校准.常用的目镜测微尺有直线测微尺,网格测微尺读数方法:Feret径,Martin径,或某一直线线切割.分10-20个粒径级,测量数目600个。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineeringu获得的结果：频率分布图累积分布图School of Materials Scienc
54、e and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering2、筛分法筛分法定义：利用筛孔尺寸由大到小组合的一套筛,借助振动把粉末分成若干等级,称量各级粉末重量,即可计算用重量百分数表示的粒度组成。筛分法的度量：筛孔的孔径和粉末的粒度可以用微米(毫米),或目数表示。所谓目数是指筛网1英寸(25.4毫米)长度上的网孔数。m=25.4/(a+b),m目数,a网孔尺寸,b丝径.振动筛装置各种筛子各种规格筛网School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Scien
55、ce and Engineering筛分标准与筛分结果u套筛标准:美国Tyler标准基筛200目（0.074mm),基本系列按数列给出，附加系列按给出，国际ISO标准ISO标准筛与Tyler基本相同,只是直接给出筛孔尺寸系列。u筛分终点:每分钟通过最大组分筛面上的筛分量小于样品量的0.1%时为筛分终点。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering筛孔尺寸孔尺寸m筛分量分量g %+180痕量痕量痕量痕量-180 +1500.50.5-150 +1068.58.6-106
56、 +7516.016.1 -75 +6314.214.3-63 +4528.428.6-4531.731.9总量量99.3100试样量量100损失量失量0.7u筛分结果示例：School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3、库尔特记数法（流体扫描）、库尔特记数法（流体扫描）Coulter counter流体扫描概念（流体扫描概念（Stream Scanning Methods）：）：l通过每个单个颗粒与外加场（电场、磁场）作用的大小来获得与尺寸相关的信号。l只能在低颗粒
57、浓度的体系中测量，特别适合颗粒计数。l可测量在液体气体中的颗粒School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering Coulter counter美国贝克曼公司库尔特记数仪lScheme:School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering Coulter counter原理图lScheme:School of Materials Science and E
58、ngineeringSchool of Materials Science and Engineeringu测量原理仅在液体中测量。颗粒分散在电解液中，已知尺寸的小孔插入悬浮液中，在小孔两端施加一电场，利用真空启动悬浮液流动，颗粒会一个个地通过小孔，这样造成电阻的瞬态变化，从而产生电流、电压脉冲，其脉冲高度与颗粒体积成正比，这个脉冲信号被放大、尺寸化，计算，然后表达为尺寸分布。颗粒尺寸范围：0.6to1200m（withdifferentapertures/tubes）。每个已知小孔可感知的尺寸范围为：计数孔孔径的2%to60%。School of Materials Science and
59、EngineeringSchool of Materials Science and Engineering4、激光衍射法英国马尔文Mastersizer2000粒度分析仪器测试范围：0.1m340m国产BT-9300H型激光粒度仪测量范围：0.02m2000mSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineer
60、ing5、沉降法（SedimentationMethods）重力沉降的基本原理:密度为s，粒径为D，质量为m的球形颗粒在密度为t，粘度为的无限容积中做沉降运动。u几个假定：1）颗粒为刚性球体，2）颗粒沉降时互不干扰，3）颗粒下降时做层流流动，4）液体的容器为无限大且不存在温度梯度。u颗粒运动方程：令颗粒在任一瞬间的沉降速度为u。颗粒沉降时作用在颗粒上的力有三个，方向向下的重力W，方向向上的浮力Fa，与沉降速度相反的流体阻力FD，此时颗粒运动的方程可写为:WFaFD=mdu/dtSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materi
61、als Science and Engineering方程求解：重力：浮力：流体阻力：阻力系数CD与雷诺系数相关，层流区：则流体阻力可为：当沉降速度增加到一定值时，三个力平衡：du/dt=0,颗粒以一个平衡速度下降：最终沉降速度（Stokes速度）：School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering重力沉降光透法原理建立在Stokes和Lambert-Beer定律基础上光电探测器光电探测器测量位置：测量光强随时间变化的信号I0ISchool of Materials Sci
62、ence and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering国产BT1500离心沉降粒度仪国产BT1500离心沉降粒度仪结构示意性能指标：1、测试范围：0.1微米150微米。2、测试方式：重力沉降，离心沉降，组合沉降School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering6、气体吸附法、气体吸附法基本原理限定体系中,当物质表面吸附氮气时,引起测量体系中的压力下降,直到吸附平衡为止.测量吸附前后的压力,计算在平衡压力
63、下被吸附的气体体积(标准状态下);根据B.E.T.等温吸附公式,计算试样单分子层吸附量;从而计算出试样的比表面积.School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering容量法测定比表面方法容量法测定比表面方法容量法BET测定装置示意u原理：根据吸附平衡前后吸附气体容积的变化来确定吸附量，实际上就是测定在已知容积内，气体压力的变化。u方法：连续测定吸附气体的压力p和被吸附气体的容积V并记下实验温度下气体的蒸气压p0，再按BET方程计算，以pV(po一p)对ppo作等温吸附线。Sc
64、hool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering测量方法的选择测量方法的选择粉体粒度的范围;颗粒的分散;基本的出发点:l如要测量个数,用Coulter计数器;l如要测形状,选用图像分析仪;l如要测雾滴,选用激光法;l如要测粒度,可选沉降法或激光法.l如要测比表面,可选用BET法School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringI.4 粉末体的性质粉末体的性
65、质一.粉末体的堆积性质孔隙率（空隙率）与填充率的概念：粉末体中未被颗粒占据的空间体积与包含空间在内的整个粉末层表观体积之比称为空隙率，以表示即：V,Vp,Vc分别表示填充层表观体积,颗粒所占据的体积和空隙体积在计算粉末体的空隙率时，一般不考虑颗粒的孔隙，只反映颗粒群的堆积情况。在计算粉末体的空隙率时，一般不考虑颗粒的孔隙，只反映颗粒群的堆积情况。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3个球构成一个三角形空隙，每个球有1/3个，每个球周围有6个三角形空隙，因此每个
66、球就有61/3=2个空隙。一层最密堆积中球数：三角形空隙数目=1：2n等径球的最密堆积等径球的密堆积等径球的密堆积School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering2 layers半数的三角形空隙上方放了球四面体空隙另一半的三角形空隙上方是第二层的空隙八面体空隙School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3 layersABA Hexagonal
67、close-packing (HCP) ABC Cubic close-packing (CCP) 把第三层放在与第一层一样的位置把第三层放在堵住头二层漏光的三角形空隙上School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering立方密堆积（A2）的空间利用率 a=4rVs=2 r3VC=( r)3Vs/ VC=
68、= 68.02%School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 密堆积的空间利用率立方最密堆积（A1）的空间利用率4r = aVS = 4(4/3)r3 VC = a3 = ( )3VS/VC = /(3 ) = 74.05%也可计算出：密排六方的空间利用率74.05School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering密堆六方中的密堆六方中的间隙间隙八
69、面体八面体间隙：隙：位置位置 体内体内 单胞数量胞数量 6 6大小大小 四四面体面体间隙：间隙：位置位置 棱和中心棱和中心线的的1/41/4和和3/43/4处 单胞数量胞数量 1212大小大小School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering不等径球堆积不等径球堆积球序球体半径球数空隙率1次球Er10.2602次球J0.41410.2073次球K0.22520.1904次球L0.17780.1585次球M0.11680.149最后填充球极小极多0.039随机填充：一般而言，
70、随着颗粒球形度的增加，孔隙率会减小。颗粒表面的粗糙度越大，颗粒形状越复杂，粉末体的空隙率会越大。由于细粉末高表面活性，颗粒间的粘结性强，较易出现高空隙率而形成松填充。Horsfield填充：School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringHudson填充影响颗粒填充的因素1.壁效应2.局部填充结构3.物料的含水量4.颗粒形状5.粒度大小School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Scienc
71、e and Engineering松装密度与颗粒密度l松装密度又称容积密度,系指在一定填充状态下,包括颗粒间全部空隙在内的整个填充层单位体积中颗粒的质量。它与颗粒物料的密度和空隙率有如下关系:v=(1-)School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering颗粒密度Definitionsl真密度：（Truedensitys:Thisdensityisdefinedastheratioofmassoftheparticletoitsactualvolumeexcludingins
72、idepores.l颗粒密度：（Particledensityp:Thisisdefinedastheparticlemassdividedbytheparticlevolume,includingtheinsideclosedpores.Open poreSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering颗粒密度的测量颗粒密度的测量l比重瓶法(Pycnometermethod)；Thevolumeofthepycnometerisgenerallyabout20ml,Th
73、efollowingmassesaremeasured:m0:emptypycnometerml:pycnometercontainingliquidms:pycnometerincludingsampleparticlesmsl:pycnometerincludingsampleandliquidl:theliquiddensityTheparticledensity；School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉体中颗粒间的附着力1.分子间引力2.颗粒所带异号静电
74、荷引力3.附着水分的毛细管力4.磁性力5.颗粒表面不平滑引起的机械咬合力School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering湿颗粒群特性填充层内的静态液相液体架桥School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉末体的摩擦性质粉末体的摩擦性质安息角的测量方法堆积角与排出角内摩擦角指粉体自然堆积时的自由表面与静止平衡状态下的水平面所形成的最大角度。安息角可
75、用来衡量和评价粉体的流动性。因此，可将该角度视为粉体的粘度。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉末体的摩擦性质粉末体的摩擦性质安息角的测量方法堆积角与排出角安息角（休止角、堆积角）指粉体自然堆积时的自由表面与静止平衡状态下的水平面所形成的最大角度。安息角可用来衡量和评价粉体的流动性。因此，可将该角度视为粉体的粘度。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science an
76、d Engineering流动性粉体通过漏斗或小孔的流动通常被表达为粉体的流动性，这种情况下，流速的大小与均匀性，以及堵塞的趋势都被看成流动性的标准。流动的方式以及分离状况也与粉体的流动性相关。测定：50g粉体样品在重力作用下，从孔道流出的时间。内摩擦角测定壁摩擦角测定流动性测定School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉体的压缩性与成形性（压制性）粉体的压缩性与成形性（压制性）u粉体的压缩性粉体的压缩性压缩性代表粉末在压制过程中被压紧的能力，在规定的模具和润滑条件下加以测定。用在一定单位压制压力（500Mpa）下粉末所达到的压坯密度表示。通常也可以用压坯密度随压制压力变化的曲线表示。u粉体的成形性粉体的成形性成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，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。粉末成形性测定也可采用类似的装置。对所得得圆柱体压坯进行轴向加压，记录压坯破裂载荷，以抗压强度表示粉末成形性。也可改变模腔形状，获得条状压坯，然后用三点弯曲法测定压坯抗弯强度，用于表示粉末的成形性。压缩性实验装置
