粉體科學(xué)與工程基礎(chǔ)

1、時(shí)間：2021.03.07創(chuàng)作：歐陽德2.什么是超微粉體的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)？ 答：前者指：隨著尺寸的減小，表面原子數(shù)量占顆粒 總原子數(shù)量的比例增加，而表面原子因一側(cè)失去最鄰 近原子的成鍵力，引起表面原子的擾動(dòng)，使得表面原 子和近表面原子距離較體內(nèi)原子大，并產(chǎn)生“再構(gòu)” 現(xiàn)象。這種再構(gòu)會(huì)改變表面及近表面區(qū)的對(duì)稱性，并 影響所有對(duì)結(jié)構(gòu)敏感的性質(zhì)。同時(shí)隨著尺寸的減小， 顆粒比表面積和表面能增加，使得顆粒表面的活性大 大提高，由此產(chǎn)生所謂超細(xì)粉體的表面效應(yīng)。后者指：當(dāng)顆粒尺寸減小到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí) 附近，相鄰的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)態(tài)變?yōu)殡x散態(tài)的現(xiàn) 象。單顆粒的粒徑度量主要有哪幾種？各自的物理意

2、義 是什么？答：軸徑是指：以顆粒某些特征線段，通過某種平均 方式，來表征單顆粒的尺寸大小。球當(dāng)量徑是指：用與顆粒具有相同特征參量的球體 直徑來表征單顆粒的尺寸大小。圓當(dāng)量徑是指：用于顆粒具有相同投影特征參量的 圓直徑來表征單顆粒的尺寸大小。定向徑是指：在以光鏡進(jìn)行顆粒形貌圖像的粒度分 析中，對(duì)所統(tǒng)計(jì)的顆粒尺寸度量，均與某一方向平 行，且以某種規(guī)定的方式獲取每個(gè)顆粒的線性尺寸， 作為單顆粒的粒徑。粉體分布方程的主要形式有哪幾種？各自使用的范 圍是什么？答：(1) 正態(tài)分布，某些氣溶膠和沉淀法制備的粉 體，起個(gè)數(shù)分布近似符合這種分布。對(duì)數(shù)正態(tài)分布，大多數(shù)粉體，尤其是粉碎法制 備的粉體較為符合對(duì)數(shù)正

3、態(tài)分布器頻度曲線是不對(duì)稱 的，曲線峰值偏向小粒徑一側(cè)。.Rosin-Rammler分布，對(duì)于粉體產(chǎn)品或粉塵， 特別在硅酸鹽工業(yè)中，如煤粉、水泥粉碎產(chǎn)品較好的 符合該分布。.Gates-Gaudin-Schumann 分布，對(duì)于某些粉 碎產(chǎn)品，如顎式破碎機(jī)、輾式破碎機(jī)和棒磨機(jī)等粉碎 產(chǎn)品較好的符合該分布。顆粒形狀影響粉體哪些重要的性質(zhì)？ 答：顆粒形狀影響粉體的比表面積、流動(dòng)性、堆積 性、附著性、流體透過阻力、化學(xué)反應(yīng)活性和埴充材 料的增強(qiáng)、增韌性等。在粉體的比表面積定義中，粉體顆粒的總表面積指 的是什么面積？答：指的是顆粒輪廓表面積與呈開放狀態(tài)的顆粒內(nèi)部 空隙、裂縫表面積之和。第三章1 影響顆粒

4、堆積結(jié)構(gòu)的主要因素有哪些？答：第一類涉及顆粒本身的集合特性，如顆粒大小、 粒度分布及顆粒形狀；第二類涉及顆粒間作用力和顆 粒堆積條件，如顆粒間接觸點(diǎn)作用力形式、堆積空間 的形狀與大小和外力施加方式與強(qiáng)度等條件。4.如何理解粗、細(xì)二組元混合顆粒堆積理論對(duì)致密堆 積的指導(dǎo)意義？答：(1)當(dāng)組分接近百分之百為粗顆粒時(shí)，堆積體的 表觀體積由粗顆粒決定，細(xì)顆粒作為埴充進(jìn)入粗顆粒 的空隙中，細(xì)顆粒不占有堆積表觀體積；當(dāng)組分接近百分之百為細(xì)顆粒時(shí)，細(xì)顆粒形成空 隙并堆積在粗顆粒周圍，堆積體的表觀體積為細(xì)顆粒 的表觀體積和粗顆粒的體積之和。粉體致密堆積的經(jīng)驗(yàn)有哪些？答：(1)用單一粒徑尺寸的顆粒，不能滿足致密

5、堆積 對(duì)顆粒級(jí)配的要求；采用多組分且組分粒徑尺寸相差較大的顆粒，可 較好的滿足致密堆積對(duì)粒度與級(jí)配的要求；細(xì)顆粒數(shù)量應(yīng)足夠埴充堆積體的空隙，兩組分 時(shí)，粗、細(xì)數(shù)量比例約為7: 3;三組分時(shí)，粗、中、 細(xì)顆粒數(shù)量比例約為7: 1: 2時(shí)，相對(duì)而言，可更好 的滿足致密堆積對(duì)粒度與級(jí)配的要求。在可能的條件下，適當(dāng)增大臨界顆粒(粗顆粒) 尺寸，可較好地滿足致密堆積對(duì)粒度與級(jí)配的要求。第四章顆粒間的內(nèi)聚力有哪些？答：范德華力Fv靜電吸引力Fe液體橋聯(lián)力Flb固體橋 聯(lián)力Fsbo為什么說分子間作用是短程力，對(duì)顆粒間的分子作 用力是長(zhǎng)程力？答：對(duì)于塊狀固質(zhì)，范德華力是短程力，但是，對(duì)由 于極大量分子集合體構(gòu)

6、成的體系一顆粒來說，這種分 子力隨著顆粒間距離的增大其衰減程度明顯變緩。這 是由于尺寸微小且相對(duì)分散的顆粒，分別集合了大量 分子，使分子間作用力形成協(xié)同作用效果。因此，對(duì) 顆粒來說，范德華力可在表面最短距離I約100nm范 圍內(nèi)起作用，而通常認(rèn)為，固體緊密接觸時(shí)表面距離 可達(dá)l=0.4nm,所以，顆粒間的范德華力是不能忽視 的。粉體層開放屈服強(qiáng)度的概念是什么？如何獲取粉體 層開放屈服強(qiáng)度？答：在一壁面勿摩擦的理想圓柱型筒體內(nèi)裝入粉體， 并在粉體層表面施加一密實(shí)壓應(yīng)力使粉體具有一定的 密實(shí)強(qiáng)度。取下筒體，在側(cè)壁勿任何約束力作用的情 況下，若已成型的粉體能承受某一最大壓應(yīng)力而不潰 塌，則表明粉體具

7、有與最大壓應(yīng)力相等的密實(shí)強(qiáng)度。 這一強(qiáng)度稱為粉體層開放屈服強(qiáng)度。粉體層開放屈服強(qiáng)度可通過粉體層屈服軌跡和莫爾圓 獲得。做一與屈服軌跡相切的莫爾圓，該圓與。軸的交 點(diǎn)即為粉體層開放屈服強(qiáng)度。粉體流動(dòng)函數(shù)的概念是什么？與粉體流動(dòng)性之間關(guān) 系如何？答：粉體流動(dòng)函數(shù)FF定義為FF=6/fc。在一定密實(shí)應(yīng) 力6作用下，開放屈服強(qiáng)度仁小的粉體，F(xiàn)F值較大， 即流動(dòng)性好。當(dāng)fc為0時(shí)，F(xiàn)F趨近與無窮大。粉體能 完全自由流動(dòng)。第五章流體對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)阻力由哪兩部分組成？阻力系數(shù)與顆粒雷諾數(shù)之間的關(guān)系？答：由粘性阻力和慣性阻力組成。阻力系數(shù)C=f(Rep)A/r S -第八早顆粒的晶格比熱容隨顆粒尺寸變化的機(jī)理是

8、什么？答：德拜比熱容理論認(rèn)為：當(dāng)溫度較高時(shí)，晶體比熱 容基本不隨溫度變化，當(dāng)溫度低于德拜溫度時(shí)，晶格 比熱容和德拜溫度的比值有以下關(guān)系：Cv=12n4RT3/50d3光波在顆粒分散體系中的散射機(jī)理是什么？答：瑞利散射米氏散射夫瑯禾費(fèi)散射顆粒的光吸收機(jī)理是什么？光吸收現(xiàn)象有何應(yīng)用意 義？答：機(jī)理：由于光傳播時(shí)的交變電磁場(chǎng)與顆粒的分子 相互作用，使顆粒分子中的電子出現(xiàn)受迫振動(dòng)，而維 持電子振動(dòng)所消耗的能量，變?yōu)槠渌问降哪芰慷?散掉。應(yīng)用：光照吸收材料用于電鏡、核磁共振、波普儀和 太陽能利用，還可以防止紅外線、防雷達(dá)的隱身材料 等。其中金的超微顆粒，不僅吸光率高，而且其在可 見光至紅外線區(qū)域內(nèi)，

9、光的吸收率不隨波長(zhǎng)而變化， 因此可作為紅外傳感材料。第七章2.顆粒表面活性位與顆粒表面幾何形狀之間的關(guān)系是 什么？答：隨著顆粒尺寸的減小，完整晶面在顆?？偙砻嫔?所占的比例減小，鍵力不飽和的質(zhì)點(diǎn)占全部質(zhì)點(diǎn)的比 例增多，從而大大提高了顆粒的表面活性。顆粒表面 活性取決于兩個(gè)因素：其一，比表面積大小，其二， 斷裂面的集合形狀。顆粒在溶劑中對(duì)高分子表面活性劑的吸附建有哪幾 種主要類型？吸附特點(diǎn)是什么？答：（1）氫鍵鍵合是非離子型高分子表面活性劑在 鱷梨表面吸附的主要原因.（2）共價(jià)鍵.高分子表面活 性劑與顆粒表面生成配位鍵.（3）疏水鍵.高分子表面 活性劑的疏水基可與非極性表面發(fā)生疏水鍵合作用而 產(chǎn)

10、生吸附.（4）經(jīng)典作用.荷電表面與高分子表面活性 離子，通過靜電作用吸附在顆粒表面.9.粉體的聚凝有哪幾種類型？答：聚集；凝結(jié)；絮凝；團(tuán)聚11 粉體在空氣中的分散措施有那些？答：干燥分散；機(jī)械分散；表面改性分散12.粉體在液體中的顆粒間作用力主要有哪幾種？這些 力的特性是什么？答：（1）范德華力，粉體在液體中的顆粒間作用力考 慮由于存在著不能忽視的液體分子對(duì)顆粒分子的作 用，而導(dǎo)致的對(duì)顆粒與顆粒之間分子作用力的影響.（2）雙電層靜電作用力，（3）空間位組作用，當(dāng)顆 粒表面吸附有高分子表面活性劑時(shí)，在顆粒與顆粒相 互接近過程中，吸附層將產(chǎn)生一種所謂“空間作用”.（4）溶劑化膜作用，當(dāng)顆粒表面吸附

11、有陽離子或親水 基團(tuán)的有機(jī)物，或由于顆粒表面極性區(qū)域?qū)ζ渲車?劑分子的極化作用，在顆粒表面會(huì)形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的溶劑化膜.顆粒在溶液中的雙電層靜電作用與顆粒表面電位 之間的關(guān)系是什么？答：對(duì)同質(zhì)顆粒，恒為排斥力，且當(dāng)表面電位大于 30mV時(shí)，雙電層靜電作用力要大于范德華吸引力， 故可作為一種使顆粒分散的措施.對(duì)異質(zhì)顆粒，根據(jù)顆 粒所負(fù)電性，則有可能為吸引力.粉體在液體中吸附高分子表面活性劑時(shí)有哪兩種空 間形式，形成空間位阻的條件是什么？答：吸附高分子表面活性劑層致密時(shí)，空間作用為壓 縮排斥力，吸附髙分子表面活性劑層稀松時(shí)，空間作 用為穿插鏈接作用.什么是溶劑化膜作用？與顆粒表面的極性關(guān)系是

12、什 么？答：當(dāng)顆粒表面吸附有陽離子或親水基團(tuán)的有機(jī)物， 或由于顆粒表面極性區(qū)域?qū)ζ渲車軇┓肿拥臉O化作 用，在顆粒表面會(huì)形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的溶劑化膜. 視顆粒表面的極性的差異程度不同.水對(duì)極性表面顆粒 為排斥力，對(duì)非極性表面顆粒為吸引力.粉體在液體中的分散調(diào)控措施有那些？其作用原理 是什么？答：介質(zhì)調(diào)控；分散劑調(diào)控；機(jī)械調(diào)控潤(rùn)濕原則顆粒必須被液體介質(zhì)潤(rùn)濕。以使顆粒 能很好的浸沒在液體介質(zhì)中.表面力原則顆粒間的總表面力必須是一個(gè)較大 的正值，以使顆粒間有足夠強(qiáng)的相互排斥作用，防止 顆粒間相互接觸并產(chǎn)生凝聚.第八章1 粉碎機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)對(duì)粉體性質(zhì)可能發(fā)生的變化分為哪幾類？答：物理變化；結(jié)晶態(tài)變化

13、；化學(xué)變化2.粉碎平衡的概念是什么？產(chǎn)生粉碎平衡的原因是什 么？答：粉碎過程中，顆粒尺寸的減小過程與微細(xì)顆粒的 聚結(jié)過程的平衡，稱為粉碎平衡.產(chǎn)生原因：(1)微細(xì)顆粒間的相互作用力有范德華 力、靜電力、液橋力，以及機(jī)械壓力致使顆粒聚結(jié).(2)粉碎過程中，隨著顆粒尺寸的減小，顆粒的宏觀 晶體缺陷和裂紋的數(shù)量大大減小，使得顆粒尺寸難以 進(jìn)一步減小.(3)根據(jù)粉碎機(jī)理分析，顆粒碎裂面的 擴(kuò)展所需的能量，幾乎全部來自于應(yīng)力場(chǎng)中貯存的彈 性形變能.習(xí)題6某粉狀物料的直密度為3000匕/亦，當(dāng)該粉料以孔隙率 = 0.4的狀態(tài)堆積時(shí)，求其表觀密度？解：由 =1-Pa/Pp故Qa二(1) PP=(1-0.4) *3000=1800kg/m3習(xí)題10密度為2650kg/m3的石英顆粒在水中自然沉降，當(dāng)水 的粘度為 1.005x 10-3Pa S,密度為 1000kg/m3時(shí)， 若要使顆粒在層流區(qū)內(nèi)沉降，其最大Stokes粒徑為多 少？若該顆粒在空氣中沉降，其最大