《材料制備原理及工藝》課件：粉體特性

1、陶瓷的制備過程 粉體成型燒結(jié) 薄膜 CVD,PVD,磁控濺射，溶膠-凝膠 纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料 CVI、PIP關(guān)鍵問題 低溫?zé)Y(jié)問題 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的致密化難題 近凈尺寸成型 解決陶瓷難以后加工的問題特種陶瓷粉體特性 高純度、高活性 相組成（、氮化硅） 顆粒尺寸、粒徑分布、顆粒形態(tài)、比表面積一、 粉體的基本物理特性 粉體（powder）：大量固體顆粒的集合體 具有原固體（bulk）的特性，如物質(zhì)結(jié)構(gòu)、密度等； 粉體自身的特性：流動(dòng)性、變形、高活性等 粉體顆粒（particle）：物質(zhì)本質(zhì)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，分散的固體最小單元。一次顆粒 團(tuán)聚體（Agglomerate）：在范德華力、毛細(xì)管力等作用下

2、團(tuán)聚在一起的顆粒，粉體顆粒通常的存在形式。二次顆粒粉體的團(tuán)聚 軟團(tuán)聚與硬團(tuán)聚 軟團(tuán)聚：顆粒通過范德華力團(tuán)聚在一起；可以通過機(jī)械的方法再次分散 硬團(tuán)聚：通過較強(qiáng)的化學(xué)鍵團(tuán)聚；難以用機(jī)械的方法再次分散 人為團(tuán)聚：造粒粉體粒度及分布 從燒結(jié)的角度，粒度越小越好。但是，超細(xì)粉易團(tuán)聚，成型性能不好。 從成型的角度，不同的成型方法，對(duì)粒度的要求不同。 較寬的粒度分布或雙峰分布有利于成型堆積密度的提高，但是，對(duì)燒結(jié)過程不利，異常晶粒長(zhǎng)大，微結(jié)構(gòu)及性能變差顆粒粒度、粒徑 粒度：顆粒大小用其所占空間范圍的線性尺寸的記述 粒徑：球形（或當(dāng)量球形）顆粒的直徑 等表面積相當(dāng)徑 等體積相當(dāng)徑 等比表面相當(dāng)徑 沉降速度相

3、當(dāng)徑（斯托克斯徑） 篩分徑粒徑分布 單分散粉體：由單一粒徑或近似單一粒徑顆粒構(gòu)成的粉體 多分散粉體：由不同粒徑的顆粒構(gòu)成的粉體 粒徑分布：各顆粒尺寸的顆粒量的多少頻率分布累積分布特征粒徑 最可幾徑Dm（mode diameter）：頻度最高處的粒徑值 中位徑D50（Medium diameter）：累積分布50%處的粒徑 平均粒徑（mean diameter）1niiiDf dd 標(biāo)準(zhǔn)差：250()()iif ddd 分布寬度：905010ddSPANd粉體粒度測(cè)試方法 沉降法 激光散射法 比表面積法 X射線衍射線寬法（500nm） 小角X射線散射法（ 100nm ） 電鏡觀察統(tǒng)計(jì) 篩分沉降法

4、球形顆粒在層流狀態(tài)的液體中的沉降速度v與顆粒直徑d有關(guān)，Stokes方程：2()18pLLgdv增值法：測(cè)量初始均勻的懸濁液在固定已知高度處的顆粒濃度隨時(shí)間的變化；或測(cè)量一定時(shí)間濃度在高度上的分布；累計(jì)法：測(cè)量顆粒從懸濁液中沉淀出來的速度。自然沉降一般只能測(cè)大于0.1m，采用離心加速可以更小的顆粒激光散射法 單波長(zhǎng)激光照射在懸濁液中的顆粒上產(chǎn)生散射，散射角與顆粒直徑有關(guān)，散射光強(qiáng)與該尺寸顆粒的濃度有關(guān)。 最常用的粒度分布測(cè)試方法比表面積(specific surface area) 比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量（或體積）材料具有的總表面積。m2/g（m2/m3）234343vrSrr 比表面積與粒徑成反

5、比 若顆粒表面不光滑，表面會(huì)急劇增大。 比表面大，活性高若顆粒為球形：比表面積測(cè)試方法 BET測(cè)試法：是依據(jù)著名的多分子層吸附BET（三位科學(xué)家：Brunauer、Emmett和Teller）理論為基礎(chǔ)而得名。111ssmmasPPCPPV CV CPVPVa：壓力：壓力p時(shí)的吸附量；時(shí)的吸附量；Vm：?jiǎn)畏肿訉拥奈搅?；：?jiǎn)畏肿訉拥奈搅?；Ps：飽和氣壓；飽和氣壓；C：與吸附能有關(guān)的常數(shù)。：與吸附能有關(guān)的常數(shù)。Vm可以由可以由0.05P/Ps0.35時(shí)，產(chǎn)生多時(shí)，產(chǎn)生多層吸附及氣體凝聚，吸附和脫附過程的吸附體積對(duì)相層吸附及氣體凝聚，吸附和脫附過程的吸附體積對(duì)相對(duì)壓力形成滯后回線（對(duì)壓力形成滯后

6、回線（hysteresis） 可測(cè)可測(cè)nm幾百幾百nm孔徑孔徑粉體的膠體學(xué)特性 粒子的表面電荷粒子的表面電荷 粒子在電解質(zhì)溶液中雙電層的形成與動(dòng)電特性粒子在電解質(zhì)溶液中雙電層的形成與動(dòng)電特性 膠體的分散與穩(wěn)定（膠體的分散與穩(wěn)定（DLVO理論）理論）粒子的表面電荷粒子的表面電荷 金屬氧化物MO表面與水介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)122122KSurfaceSurfaceSolutionKSurfaceSurfaceSolutionMOHMOHHMOHMOHpKpKPZCPoint of Zero Charge一般氧化物粉體在酸性（低pH）區(qū)域帶正電荷，堿性（高pH）區(qū)域帶負(fù)電荷 ，某一個(gè)pH處表面電荷為零，即

7、PZC雙電層模型 帶電粒子在電解質(zhì)介質(zhì)中：顆粒表面電荷在粒子表面附近電解顆粒表面電荷在粒子表面附近電解質(zhì)介質(zhì)形成反離子（質(zhì)介質(zhì)形成反離子（Counterions)的吸附層和擴(kuò)散層，即雙電層。雙的吸附層和擴(kuò)散層，即雙電層。雙電層內(nèi)電位存在一定的梯度分布。電層內(nèi)電位存在一定的梯度分布。固體粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)吸附層會(huì)隨之一起固體粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)吸附層會(huì)隨之一起運(yùn)動(dòng)，而擴(kuò)散層不然。兩層的界面運(yùn)動(dòng)，而擴(kuò)散層不然。兩層的界面叫做剪切面。該界面處的電位叫作叫做剪切面。該界面處的電位叫作電位。電位。電位分布：電位分布：101/21022exp/rBiixk TFN Z -1：雙電層厚度：雙電層厚度動(dòng)電特性（electrokinetic properties) 電泳electrophoresis ：在電場(chǎng)作用下，帶電粒子相對(duì)于液相移動(dòng)的現(xiàn)象。粒子的移動(dòng)速度與電位成正比。因此通過測(cè)量一定電場(chǎng)下粒子的移動(dòng)速度可以測(cè)得粒子的電位。0HerfvE 電滲electroosmosis ：在電場(chǎng)作用下電解質(zhì)液體相對(duì)于和它接觸的固定的固體相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。 膠體中粒子的相互作用 電解質(zhì)溶液中固體顆粒的相互作用主要是由顆粒的雙電層排斥力和范德華引力的構(gòu)成。 引力控制時(shí)，顆粒團(tuán)聚。反之，斥力控制時(shí)，顆粒分散。 在非極性介質(zhì)中，可以通過顆粒吸附高分子等分散劑，其立體阻礙效應(yīng)產(chǎn)生排斥力。影響雙電層的因素 顆粒表面電位 pH 離子型分