《粉體工程》配套教學(xué)課件

粉體工程課程總綱一、課程的性質(zhì)

二、教學(xué)和課堂要求三、考核方式四、教材與參考書一、課程的性質(zhì)《粉體工程》是材料類專業(yè)選修課。共2個(gè)學(xué)分，考試科目。本課程介紹主要超微粉體的特性、超微粉體的制備，包括固相合成、液相合成和氣相合成等等，超微粉體的分散與表面處理以及超微粉體的表征。二、教學(xué)和課堂要求本課程主要有以下兩個(gè)目標(biāo)：

①掌握超微粉體的基本知識(shí)，拓寬知識(shí)結(jié)構(gòu)；

②提高實(shí)踐能力。

三、考核方式

平時(shí)考核與考試成績(jī)相結(jié)合，成績(jī)滿分100分。1.平時(shí)成績(jī)占10％，主要考核作業(yè)情況和出勤。2.實(shí)驗(yàn)成績(jī)占30%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等給出。3.卷面成績(jī)占60％，考察對(duì)本課程的掌握程度和應(yīng)用能力。四、教材與參考書教材《粉體工程》，蔣陽，陶珍東主編，武漢理工大學(xué)出版社主要參考書《超微粉體加工技術(shù)與應(yīng)用》，鄭水林編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2005《粉體工程與設(shè)備》，陶珍東，鄭少華主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2003《粉體技術(shù)導(dǎo)論》，陸厚根編著，同濟(jì)大學(xué)出版社，1998《超微粉體制備與應(yīng)用技術(shù)》，張立德主編，中國(guó)石化出版社，2001《顆粒分散科學(xué)與技術(shù)》，任俊，沈健，盧壽慈著，化學(xué)工業(yè)出版社，2005SchoolofMaterialsScienceandEngineering7顆粒粉體顆粒及粉體Fineparticle——顆粒：從個(gè)體顆粒出發(fā)，稱為顆粒學(xué)。Powder——粉體：從集合粉體出發(fā)，稱為粉體工程學(xué)。緒論粉體的定義

常態(tài)下以較細(xì)的粉粒狀態(tài)存在的物料，又稱為粉體物料，簡(jiǎn)稱粉體，是大量顆粒的集合體。粒徑范圍：幾個(gè)納米～幾十毫米SchoolofMaterialsScienceandEngineering9研究粉體的目的

1、提高工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量與控制水平水泥、藥品、顏料顆粒大小、復(fù)印機(jī)墨粉等。2、節(jié)能降耗球磨機(jī)的有效利用率僅為2-5%，95%以上都浪廢掉，通過粉碎機(jī)理研究，可改進(jìn)粉碎工藝、降低能耗。3、新材料的研究與開發(fā)超硬、超強(qiáng)、超導(dǎo)、超純、超塑等新型材料的研發(fā)。SchoolofMaterialsScienceandEngineering10SchoolofMaterialsScienceandEngineering11

Akindoftechnologyandscienceemphasesthecharacterizationandpreparationofpowder,andpowder-handingoperation.

即：粉末檢測(cè)，粉末制備，粉體加工過程單元操作。粉體工程是一門新興的邊緣學(xué)科，在材料、冶金、礦業(yè)、化工、建材、建筑、食品、醫(yī)藥、能源電子、煉油及環(huán)境工程等工業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用。粉體工程（PowderEngineering）制備方法分類：總體上可以分為兩大類一類是機(jī)械粉碎法，通過機(jī)械力的作用使顆粒由大變小，進(jìn)而微細(xì)化來制備粉體，即自上而下（topdown）法。另一類是合成法，通過化學(xué)反應(yīng)或相變，經(jīng)歷晶核形成和生長(zhǎng)兩個(gè)過程形成固體粒子來制備粉體，即自下而上（bottomup）法。SchoolofMaterialsScienceandEngineering13

粉末尺度（粒徑與粒徑分布、形狀、比表面積）粉體特性（流動(dòng)性、粘性、堆積特性、壓縮性、成形性）粉末物理與化學(xué)性質(zhì)（光、電、磁、催化特性）納米粉末電鏡照片針狀SiC粉末檢測(cè)球形銅粉超細(xì)鐵粉SchoolofMaterialsScienceandEngineering14粉末制備—裝置等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置球形ZrO2粉末SchoolofMaterialsScienceandEngineering15粉體加工過程單元操作粉碎－分級(jí)－收塵粉碎－收塵1.1.3粉體制備技術(shù)與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展①結(jié)構(gòu)陶瓷與功能陶瓷 ②催化材料③涂層材料

④環(huán)保材料⑤能源材料 ⑥生物材料中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒（1999）中有關(guān)粉體工業(yè)的部分行業(yè)年產(chǎn)值SchoolofMaterialsScienceandEngineering17粉體工程涉及的領(lǐng)域礦業(yè)資源：無機(jī)礦物資源陶瓷材料：氧化鋁、氧化鋯陶瓷化學(xué)工業(yè)：催化劑冶金工業(yè)：粉末冶金材料、耐火材料電子材料：集成電路基板軍事領(lǐng)域：固體推進(jìn)劑機(jī)械工業(yè)：磨料、潤(rùn)滑劑礦物晶體氧化鋁陶瓷高導(dǎo)熱性BeO陶瓷鐵基粉末冶金制品雙面孔Al2O3基板高溫電路基板東風(fēng)21洲際導(dǎo)彈－兩級(jí)固體推進(jìn)航天飛機(jī)①結(jié)構(gòu)陶瓷與功能陶瓷

陶瓷材料作為材料的三大支柱之一，在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。但是，由于傳統(tǒng)陶瓷材料質(zhì)地較脆，韌性、強(qiáng)度較差，加工困難和能耗大，因而使其應(yīng)用受到了較大的限制。結(jié)構(gòu)陶瓷：用于工程功能陶瓷：具有特殊性能納米陶瓷

隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，納米陶瓷隨之產(chǎn)生，希望以此來克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象金屬一樣的柔韌性和可加工性。英國(guó)材料學(xué)家Cahn指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。

納米陶瓷軸承（NCB）的風(fēng)扇：耐高溫，納米級(jí)的粒子潤(rùn)滑劑性能好，壽命成倍延長(zhǎng)。防止溫度過高而卡住軸心的現(xiàn)象。陶瓷磨球陶瓷光纖套筒陶瓷刀具陶瓷表殼及表帶②催化材料催化是納米超微粒子在化學(xué)化工領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。利用納米粒子的高比表面積與高活性可以顯著增加催化效率，國(guó)際上已把納米催化劑作為第四代催化劑進(jìn)行研究和開發(fā)。納米超微粒子在燃料化學(xué)，催化化學(xué)中起著十分重要的作用。

在乙烯加氫轉(zhuǎn)變?yōu)橐彝榈姆磻?yīng)中，當(dāng)加入超細(xì)的鉑顆粒作催化劑時(shí)，反應(yīng)溫度可從600℃減低至20℃（室溫），對(duì)工業(yè)生產(chǎn)降低能耗具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。③涂層材料將超微粉與表面技術(shù)結(jié)合起來，形成表面復(fù)合涂層。根據(jù)超微粉體涂層的組成可分為三類：?jiǎn)我怀⒎垠w涂層體系兩種或兩種以上超微粉體涂層體系添加超微粉體的涂層體系按用途可以分為兩類結(jié)構(gòu)涂層：高強(qiáng)、高硬和耐磨涂層功能涂層：熱學(xué)涂層、電學(xué)涂層、光學(xué)涂層、磁學(xué)涂層、催化敏感涂層超微粉體和納米涂層廣泛用于航空航天飛行器的防護(hù)涂層、微波濾波和吸波涂層、紫外線防護(hù)涂層和“隱身”涂層?！半[身”涂層

為什么超微粒子特別是納米粒子對(duì)紅外和電磁波有隱身作用？納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，對(duì)這種波的透過率強(qiáng)納米材料的表面積大，對(duì)紅外和電磁波的吸收率比較大（減弱電磁波反射回雷達(dá)）納米陶瓷隔熱汽車膜內(nèi)部清晰明亮、隔熱率70%、可見透光率25%、紫外線隔透率99%。

第五代

納米陶瓷真空磁控濺射技術(shù)陶瓷膜產(chǎn)生于21世紀(jì)初，陶瓷膜具有分離效率高、效果穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐有機(jī)溶劑、耐菌、耐高溫、抗污染、機(jī)械強(qiáng)度高、膜再生性能好、分離過程簡(jiǎn)單、能耗低、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、膜使用壽命長(zhǎng)等眾多優(yōu)勢(shì)。對(duì)GPS信號(hào)無任何屏蔽作用。

目前陶瓷膜主要有：澳嘉陶瓷膜，琥珀陶瓷膜.

目前最好的膜的生產(chǎn)技術(shù)是真空磁控濺射，這種膜沒有任何污染不會(huì)散發(fā)甲醛和苯等有害物質(zhì)，不會(huì)褪色，對(duì)信號(hào)有微弱的屏蔽作用。

/subview/1092893/1092893.htm是金屬膜的更高級(jí)一級(jí)的處理，它是把金屬膜中的金屬進(jìn)行了處理，把金屬的這種特性進(jìn)行了特殊處理，它們已經(jīng)失去了屏蔽信號(hào)的這種作用。④環(huán)保材料空氣凈化大氣污染一直是各國(guó)政府需要解決的難題，空氣中超標(biāo)的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物（NOC）是影響人類健康的有害氣體，工業(yè)生產(chǎn)中使用的汽油、柴油以及作為汽車燃料的汽油、柴油等，由于含有硫的化合物在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生SO2氣體，這是SO2的最大污染源。所以石油提煉工業(yè)中有一道脫硫工藝以降低其硫的含量。納米鈦酸鈷(CoTiO3)是一種非常好的石油脫硫催化劑。以55-70nm的鈦酸鈷作為催化活體，以多孔硅膠或Al2O3陶瓷作為載體的催化劑，其催化效率極高。經(jīng)它催化的石油中硫的含量小于0.01％，達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。污水處理污水中通常含有有毒有害物質(zhì)、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細(xì)菌病毒等。污水治理就是將這些物質(zhì)從水中去除。由于傳統(tǒng)的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到很好解決。納米技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用很可能徹底解決這一難題。污水中的貴金屬是對(duì)人體極其有害的物質(zhì)。它從污水中流失，也是資源的浪費(fèi)。新的一種納米技術(shù)可以將污水中的貴金屬如金、釕、鈀、鉑等完全提煉出來，變害為寶?！绑w外腎臟”先將污水中懸浮物完全吸附并沉淀下來，使水中不含懸浮物；然后采用納米磁性物質(zhì)、纖維和活性炭的凈化裝置，除去水中的鐵銹、泥沙以及異味等污染物；再經(jīng)過帶有納米孔徑的特殊水處理膜，將水中的細(xì)菌、病毒100％去除，得到高質(zhì)量的純凈水，完全可以飲用。這是因?yàn)榧?xì)菌、病毒的直徑比納米大，在通過納米孔徑的膜時(shí)，就會(huì)被過濾掉，水分子及水分子直徑以下的礦物質(zhì)、元素則保留下來。該技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域血透中已開始應(yīng)用，有“體外腎臟”之稱。肝、腎功能衰竭者飲用這種水后，會(huì)大大減輕肝、腎臟的負(fù)擔(dān)。⑤能源材料氫是自然界中最普遍的元素，資源無窮無盡－不存在枯竭問題氫的熱值高，燃燒產(chǎn)物是水——零排放，無污染，可循環(huán)利用氫能的利用途徑多——燃燒放熱或電化學(xué)發(fā)電氫的儲(chǔ)運(yùn)方式多——?dú)怏w、液體、固體或化合物氫能的利用，主要包括兩個(gè)方面：一、制氫工藝二、儲(chǔ)氫方法單壁納米碳管束TEM照片多壁納米碳管TEM照片碳納米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授發(fā)現(xiàn)CNTs納米碳管儲(chǔ)氫-美學(xué)者Dillon1997首開先河按5人座的轎車行使500公里計(jì)算，需要3.1Kg的氫氣，以正常的油箱體積計(jì)算，氫氣的存儲(chǔ)密度應(yīng)有6.5wt%，目前的儲(chǔ)氫材料都不能滿足這一要求。

碳納米管由于其管道結(jié)構(gòu)及多壁碳管之間的類石墨層空隙，使其成為最有潛力的儲(chǔ)氫材料，國(guó)外學(xué)者證明在室溫和不到1bar的壓力下，單壁碳管可以吸附氫氣5-10wt%。

根據(jù)理論推算和近期反復(fù)驗(yàn)證，普遍認(rèn)為碳納米管的可逆儲(chǔ)/放氫量在5wt%左右，即使5wt%，也是迄今為止最好的儲(chǔ)氫材料。燃料電池燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。固體電解質(zhì)是這類高溫燃料電池的核心部分。目前正在發(fā)展利用固體電解質(zhì)納米粉末涂覆在多孔電極材料的表面形成薄膜。SOFC（固體氧化物燃料電池）圖示電解質(zhì)陽極或燃料極陰極或空氣極單電池由陽極、陰極和固體氧化物電解質(zhì)組成，陽極為燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所，陰極為氧化劑還原的場(chǎng)所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑。工作時(shí)相當(dāng)于一直流電源，其陽極即電源負(fù)極，陰極為電源正極。⑥生物材料依靠納米技術(shù)很容易把藥物直接送到肺、心、肝、腎和大腦中去，能輕易進(jìn)入皮膚，穿越血管，可是，這些“偉大能力”治病救人卻又很讓人擔(dān)心，因?yàn)樗鼘?duì)人體的破壞性也同樣巨大。舉例普通防曬霜靠加入二氧化鈦?zhàn)钃踝贤饩€的輻射。二氧化鈦在很多物質(zhì)中存在，包括白色的油漆，因?yàn)樗姆垂舛葟?qiáng)，化學(xué)反應(yīng)度低。二氧化鈦在納米尺度下顏色出現(xiàn)異變，由一般的白色變成透明，由二氧化鈦納米顆粒制作的防曬霜也是透明的，它擋住紫外光卻允許其他光進(jìn)入。但一項(xiàng)科學(xué)研究指出，二氧化鈦納米微粒可以進(jìn)入皮膚甚至細(xì)胞，并在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生自由基，破壞原有的基因?；蛐酒蛐酒褪堑湫偷募{米技術(shù)與基因生物學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，人們通過基因芯片能迅速查出自己基因密碼中的缺陷，并利用納米技術(shù)對(duì)錯(cuò)誤基因進(jìn)行修正?？梢灾斡鞣N遺傳缺陷疾病和腫瘤的一天來到的時(shí)候，可怕的社會(huì)問題也許會(huì)隨之而來。舉例科學(xué)家用顯微操作技術(shù)移動(dòng)果蠅染色體的基因，結(jié)果培育出了比正常果蠅多長(zhǎng)了一個(gè)胸脯和翅膀的果蠅?？茖W(xué)家已經(jīng)可以通過基因操作把果蠅的眼睛搬到不該有眼的地方，把翅膀搬到不該長(zhǎng)翅膀的地方。由此不難想像若用納米技術(shù)操縱生物基因會(huì)制造出什么樣的“怪物”來。其他超微粉還在涂料、潤(rùn)滑劑、功能纖維、紙品等等領(lǐng)域也有應(yīng)用。1.2研究目的與主要研究?jī)?nèi)容研究目的①提高工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量與控制水平：控制粉體顆粒的大小、形狀及分布等。②節(jié)能降耗，促進(jìn)粉體加工技術(shù)的發(fā)展：通過對(duì)粉碎過程和機(jī)理的研究，如何改進(jìn)原有設(shè)備或者設(shè)計(jì)新型的粉體加工設(shè)備，最大限度地提高粉磨效率。化學(xué)法制粉一般成本較昂貴，如何找到更好更有效的方法、工藝等③新材料的研究與開發(fā)：使材料顆粒細(xì)化至納米級(jí)，或與其它物質(zhì)形成摻雜，或形成復(fù)合材料以滿足不同領(lǐng)域的要求。一些工業(yè)產(chǎn)品對(duì)顆粒形狀的要求研究?jī)?nèi)容超微粉體的制備方法與原理、工藝與設(shè)備超微粉體的分散、表面處理原理、方法超微粉體的性能檢測(cè)和表征方法1.3粉體制備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展生產(chǎn)效率高、成本低、可控性好（顆粒尺寸、化學(xué)組成、晶形、表面形貌、缺陷、粗糙度等）、分散性好、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的粉體加工工藝和設(shè)備制定相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的性能檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法46

向生命科學(xué)、環(huán)境保護(hù)、信息工程領(lǐng)域延伸粉體的微細(xì)化與功能化粉體的深加工與裝備現(xiàn)代化腫瘤靶向識(shí)別粉體功能化示意噴射氣流粉碎設(shè)備粉體工程發(fā)展趨勢(shì)高溫電路基板鐵基粉末冶金制品47我國(guó)粉體工業(yè)的特點(diǎn)與差距

豐富的原材料與市場(chǎng)較大規(guī)模的產(chǎn)量品種單一、性質(zhì)不穩(wěn)定，特別是不能滿足高端市場(chǎng)的要求。目錄1.1粉末顆粒的粒徑與形狀1.1.1

單個(gè)顆粒的粒徑1.1.2粉體的粒徑分布1.1.3顆粒的形狀1.2粉末粒徑的測(cè)量1.3粉末體的性質(zhì)1.1粉末顆粒的粒徑與形狀粒子是指粉體中不能再分離的運(yùn)動(dòng)單位。但習(xí)慣上，將≤100μm的粒子叫“粉”，＞100μm的粒子叫“?！薄ＭǔＵf的“粉末”、“粉粒”或“粒子”都屬于粉體學(xué)的研究范疇。幾個(gè)概念晶粒：?jiǎn)我痪w，晶粒內(nèi)部物質(zhì)均勻，單相，無晶界和氣孔存在。一級(jí)粒子：?jiǎn)我唤Y(jié)晶粒子。二級(jí)粒子：一級(jí)粒子的聚結(jié)體。①由范德華力、靜電力等弱結(jié)合力的作用而發(fā)生的不規(guī)則絮凝物②由粘合劑的強(qiáng)結(jié)合力的作用聚集在一起的聚結(jié)物均屬于二級(jí)粒子。1.1.1

單個(gè)顆粒的粒徑（1）幾何學(xué)粒子徑（2）投影徑（3）球當(dāng)量直徑（4）篩分徑（5）有效徑（1）幾何學(xué)粒子徑

根據(jù)幾何學(xué)尺寸定義的粒子徑。一般用顯微鏡法、篩分法等測(cè)定。近年來計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)幾何學(xué)粒子徑的測(cè)定帶來很大方便，測(cè)定快速、準(zhǔn)確結(jié)果。對(duì)規(guī)則的顆粒，其粒度可由某一尺寸來表示；對(duì)不規(guī)則的顆粒，其粒度按某些性質(zhì)推導(dǎo)而得。規(guī)則顆粒不規(guī)則顆粒的粒度三軸徑：在一水平面上，將一顆粒以最大穩(wěn)定度放置于每邊與其相切的長(zhǎng)方體中，用該長(zhǎng)方體的長(zhǎng)度l、寬度b、高度h定義的粒度平均值。三軸徑的平均值計(jì)算公式序號(hào)計(jì)算式名稱意義1二軸平均徑顯微鏡下出現(xiàn)的顆粒基本大小的投影2三軸平均徑算術(shù)平均3三軸調(diào)和平均徑與顆粒比表面積相關(guān)，與外接長(zhǎng)方體表面相同的球體直徑4二軸幾何平均徑接近于顆粒投影面積的度量5三軸等表面積平均徑與外接長(zhǎng)方體表面積相同的立方體的邊長(zhǎng)（2）投影徑投影徑：顆粒以最大穩(wěn)定性置于一平面上，由此按其投影的大小定義的粒徑。Ferret徑費(fèi)雷特（Feret）徑：與顆粒投影相切的兩條平行線之間的距離，又稱為定向徑。Martin徑馬?。∕artin）徑：在一定方向上將顆粒投影面積分為兩等份的直徑，又稱為定向等分徑。定方向最大徑定向最大直徑：在一定方向上顆粒投影的最大長(zhǎng)度。投影面積圓相當(dāng)徑投影面積相當(dāng)徑：與顆粒投影面積相當(dāng)?shù)膱A的直徑，又稱為當(dāng)量直徑。（3）球當(dāng)量直徑球當(dāng)量直徑：亦稱球相當(dāng)徑。體積直徑dV：亦稱等體積（球）相當(dāng)徑，是指與顆粒等相同體積的球的直徑；面積直徑dS：亦稱等表面積（球）相當(dāng)徑，是指與顆粒等表面積的球的直徑；面積體積直徑dSV：亦稱等比表面積（球）相當(dāng)徑，是指與顆粒等比表面積的球的直徑；（4）篩分徑篩分徑又稱為細(xì)孔通過相當(dāng)徑。當(dāng)粒子通過粗篩網(wǎng)且被截留在細(xì)篩網(wǎng)上時(shí)，粗細(xì)篩孔直徑的算術(shù)或幾何平均值稱為篩分徑，記作DA。算術(shù)平均值：幾何平均值：在以上兩式中：a—粒子通過的粗篩網(wǎng)直徑，b—截留粒子的細(xì)篩網(wǎng)直徑。（5）有效徑有效徑是亦稱為沉降速度相當(dāng)徑或牛頓徑，指與顆粒具有相同密度且在同樣介質(zhì)中具有相同自由沉降速度的直徑液。該粒徑可根據(jù)Stock’s方程計(jì)算得到，因此又稱Stock’s徑，記作DStk。1.1.2粉體的粒徑分布粉體多是由粒徑不等的粒子群組成的，存在著粒度分布（particlesizedistribution）問題。粒度分布可用簡(jiǎn)單的表格、繪圖和函數(shù)等形式表示。一般常用頻率粒度分布或累積粒度分布來表示粉體的粒度分布狀態(tài)。頻率粒度分布頻率粒度分布(frequencysizedistribution)表示各個(gè)粒徑相對(duì)應(yīng)的粒子占全粒子群中的百分含量（微分型）；頻率（用f表示）：在粉體樣品中，某一粒度大?。ㄓ肈P表示）或某一粒度大小范圍內(nèi)（用DP表示）的顆粒（與之相對(duì)應(yīng)的顆粒個(gè)數(shù)為nP）在樣品中（與之對(duì)應(yīng)的顆粒總數(shù)為N）所占的百分?jǐn)?shù)可寫成 f=(nP/N)×100%頻率也可以用顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示。實(shí)例設(shè)用顯微鏡觀察N為300個(gè)顆粒的粉體樣品。經(jīng)測(cè)定，最小顆粒的直徑為1.5m，最大顆粒為12.2m。將被測(cè)定出來的顆粒按由小到大的順序以適當(dāng)?shù)膮^(qū)間加以分組，組數(shù)（要適當(dāng)）用h表示，取h為12。區(qū)間的范圍稱為組距，用DP表示，取DP＝1m。每一個(gè)區(qū)間的中點(diǎn)，稱為組中值，用di表示。落在每一區(qū)間的顆粒數(shù)除以N，便是頻率f。將測(cè)量的數(shù)據(jù)加以整理，如下表所示：組數(shù)h的選取當(dāng)組數(shù)h取值過小，則數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性降低；h的取值過大，則數(shù)據(jù)的處理過程又過于冗長(zhǎng)）。顆粒大小的頻率分布頻率分布的等組距直方圖及分布曲線圖稱為直方圖。第一個(gè)直方圖的底邊長(zhǎng)就是組距DP，高度為頻率，底邊的中點(diǎn)為組中值di

將直方圖回歸成一條光滑的曲線，便形成頻率分布曲線。工程上常用分布曲線的形式來表示粒度分布。累積粒度分布累積粒度分布(cumulativesizedistribution)表示小于（或大于）某粒徑的粒子占全粒子群中的百分含量（積分型）。一種是按粒徑從小到大進(jìn)行累積，稱為篩下累積，表示小于某一粒徑的顆粒百分?jǐn)?shù)，以D(DP)表示。另一種是按粒徑從大到小累積，稱為篩上累積，表示大于某一粒徑的顆粒百分?jǐn)?shù)，以R(DP)表示。篩下累積和篩上累積的關(guān)系：D(DP)+R(DP)＝100% D(Dmin)＝0D(Dmax)＝100% R(Dmin)＝100%R(Dmax)＝0顆粒大小的累積分布累積分布的曲線形式借助累積分布和頻率曲線可以方便地分析粉體中的粒度分布情況。頻率分布曲線——平均粒度平均粒度是指顆粒出現(xiàn)最多的粒度值，即頻率分布曲線中峰值對(duì)應(yīng)的顆粒尺寸。D平均累積分布曲線——中位徑d50、d90、d10分別是指累積分布曲線上占顆?？偭?0%、90%及10%所對(duì)應(yīng)的粒子直徑。其中d50是為中位徑。D50平均粒徑設(shè)顆粒群由粒徑為d1,d2,d3,…,dn的集合體組成；相對(duì)應(yīng)的顆粒個(gè)數(shù)為n1,n2,n3,…,nn，總個(gè)數(shù)N＝∑ni。假設(shè)顆粒為立方體，密度為。那么，該顆粒群的某些物理特征可用數(shù)學(xué)函數(shù)的形式表示：顆粒群的總長(zhǎng)∑(nd)；顆粒群的總表面積∑(6nd2)；顆粒群的總體積∑(nd3)；顆粒群的總質(zhì)量∑(nd3)；顆粒群的比表面積∑(6nd2)/∑(nd3)實(shí)例1

設(shè)顆粒群由粒徑為d1,d2,d3,…,dn的顆粒組成，每種顆粒的個(gè)數(shù)分別為n1,n2,n3,…,nn，試由顆?？傞L(zhǎng)相等這一特性推導(dǎo)其平均粒徑顆粒群的總長(zhǎng)可表示成：

n1d1+n2d2+n3d3+…+nndn＝∑(nd)將全部顆粒視為粒徑為D的均一顆粒，則總長(zhǎng)為n1D+n2D+n3D+…+nnD＝D∑n得 D＝∑(nd)/∑n實(shí)例2（自學(xué)）

若顆粒群的質(zhì)量為m1,m2,m3,…,mn，試由比表面積的定義函數(shù)求平均粒徑？設(shè)顆粒群由粒徑為d1,d2,d3,…,dn的集合體組成，每種顆粒的個(gè)數(shù)為n1,n2,n3,…,nn，密度為，則n1=m1/(d13),n2=m2/(d23),n3=m3/(d33),…,nn=mn/(dn3)顆粒群的比表面積為：(n16d12+n26d22+n36d32+…+nn6dn2)/(n1d13+n2d23++n3d33+…+nndn3)=∑[6m/(d)]/∑m將全部顆粒視為粒徑為D的均一顆粒，則比表面積為∑(6m/D)/∑m=6/(D)，由∑[6m/(d)]/∑m=6/(D)，得D=∑m/∑(m/d)測(cè)定量和定義函數(shù)相對(duì)應(yīng)的平均粒徑粒度分布的函數(shù)表示正態(tài)分布的分布函數(shù)可用下述數(shù)學(xué)式表示：式中，為平均粒徑，為分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差正態(tài)分布是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中最重要的分布定律之一。但在粉體粒度的研究中，正態(tài)分布應(yīng)用得較少，真正服從正態(tài)分布的粉體并不多。正態(tài)分布的頻率分布曲線對(duì)數(shù)正態(tài)分布許多粉體物料的粒度分布曲線都具有右歪斜形狀。如果在橫坐標(biāo)軸上不是采用粒徑DP，而是采用粒徑DP的對(duì)數(shù)，這時(shí)分布曲線便具有對(duì)稱性，這種分布稱為對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

粉體顆粒的右歪斜頻率分布曲線橫坐標(biāo)取對(duì)數(shù)后變?yōu)閷?duì)數(shù)正態(tài)分布曲線1.1.3顆粒的形狀顆粒形狀定義：一個(gè)顆粒的輪廓邊界或表面上各點(diǎn)所構(gòu)成的圖象。形狀千差萬別（規(guī)則或不規(guī)則）直接影響粉體其他性質(zhì)（流動(dòng)性、填充性等）所以工程中，不同的使用目的要求顆粒的形狀不同，顆粒的形狀因形成過程不同而不同。顆粒形狀的定義對(duì)各種顆粒的形狀需要定量加以描述：形狀指數(shù)（詳細(xì)介紹）形狀系數(shù)

粗糙度系數(shù)形狀指數(shù)定義：表示單一顆粒外形的幾何量的各種無因次組合稱為形狀指數(shù)（即理想形狀與實(shí)際形狀比較時(shí)，差異的指數(shù)化）。均齊度體積充滿度面積充滿度球形度圓形度常用的形狀指數(shù)均齊度顆粒三軸徑b、l、h之間的差異，它們之間的比值可導(dǎo)出：當(dāng)b=l=h時(shí)，即為立方體，上述兩指數(shù)均為1。長(zhǎng)短度＝長(zhǎng)徑/短徑扁平度＝短徑/高度體積充滿度（容積系數(shù)）fv顆粒的外接直方體體積與顆粒體積Vp之比：

(≥1)

其倒數(shù)可看作顆粒接近直方體的程度，極限值為1，一般用于磨料顆粒抗碎裂研究。球形度表示顆粒接近球體的程度對(duì)于形狀不規(guī)則的顆粒，采用實(shí)用球形度：球形度常用于顆粒的流動(dòng)性的討論中與顆粒體積相等的球體的表面積顆粒的實(shí)際表面積與顆粒投影面積相等的圓的直徑顆粒投影的最小外接圓的直徑圓形度（輪廓比）表示顆粒的投影與圓接近的程度與顆粒的投影面積相等的圓的周長(zhǎng)顆粒投影面的周長(zhǎng)形狀系數(shù)（自學(xué)）定義：表示顆粒群性質(zhì)和具體物理現(xiàn)象、單元過程等函數(shù)關(guān)系時(shí)，把與顆粒形狀有關(guān)的諸因素概括為一個(gè)修正系數(shù)加以考慮，該系數(shù)稱形狀系數(shù)。衡量實(shí)際顆粒形狀與球形顆粒不一致程度的比較尺度。幾種常見形狀系數(shù)（1）表面積形狀系數(shù)（2）體積形狀系數(shù)顆粒表面積（平均粒徑）2(>1)顆粒的體積（平均粒徑）3（3）比表面積形狀系數(shù)（4）Carman形狀系數(shù)表面積形狀系數(shù)體積形狀系數(shù)（>1）(≤1)1.2粉末粒徑的測(cè)量粒徑的測(cè)定方法與適用范圍

測(cè)定方法粒子徑

(μm)

測(cè)定方法粒子徑(μm)

光學(xué)顯微鏡0.5~

電子顯微鏡0.001~

篩分法40~

沉降法0.5~200

庫爾特計(jì)數(shù)法1~600

氣體透過法1~100

氮?dú)馕椒?.03~1①顯微鏡法（microscopicmethod）

顯微鏡法是將粒子放在顯微鏡下，根據(jù)投影像測(cè)得粒徑的方法，主要測(cè)定幾何粒徑。光學(xué)顯微鏡可以測(cè)定微米級(jí)的粒徑，電子顯微鏡可以測(cè)定納米級(jí)的粒徑。測(cè)定時(shí)應(yīng)避免粒子間的重疊，以免產(chǎn)生測(cè)定的誤差。主要測(cè)定以個(gè)數(shù)、面積為基準(zhǔn)的粒度分布。②庫爾特計(jì)數(shù)法（coultercountermethod）將粒子群混懸于電解質(zhì)溶液中，隔壁上設(shè)有一個(gè)細(xì)孔，孔兩側(cè)各有電極，電極間有一定電壓，當(dāng)粒子通過細(xì)孔時(shí)，粒子容積排除孔內(nèi)電解質(zhì)而電阻發(fā)生改變。利用電阻與粒子的體積成正比的關(guān)系將電信號(hào)換算成粒徑，以測(cè)定粒徑與其分布。測(cè)得的是等體積球相當(dāng)徑，粒徑分布以個(gè)數(shù)或體積為基準(zhǔn)。③沉降法（sedimentationmethod）是液相中混懸的粒子在重力場(chǎng)中恒速沉降時(shí)，根據(jù)Stocks方程求出粒徑的方法。Stocks方程適用于100μm以下的粒徑的測(cè)定，測(cè)得的粒徑分布是以重量為基準(zhǔn)的。④比表面積法（specificsurfaceareamethod）是利用粉體的比表面積隨粒徑的減少而迅速增加的原理，通過粉體層中比表面積的信息與粒徑的關(guān)系求得平均粒徑的方法?？蓽y(cè)定100μm的粒子，但不能測(cè)定粒度分布。⑤篩分法（sievingmethod）是應(yīng)用最廣的測(cè)量方法。常用的測(cè)定范圍在45μm以上。方法：將篩子由粗到細(xì)按篩號(hào)順序上下排列，將一定量粉體樣品置于最上層中，振動(dòng)一定時(shí)間，稱量各個(gè)篩號(hào)上的粉體重量，求得各篩號(hào)上的不同粒徑重量百分?jǐn)?shù)，獲得以重量為基準(zhǔn)的篩分粒徑分布及平均粒徑。篩號(hào)與篩號(hào)尺寸：篩號(hào)常用“目”表示?！澳俊毕抵冈诤Y面的25.4mm（1英寸）長(zhǎng)度上開有的孔數(shù)。如開有30個(gè)孔，稱30目篩，孔徑大小是24.5mm/30再減去篩繩的直徑。所用篩繩的直徑不同，篩孔大小也不同。因此必須注明篩孔尺寸。1.3粉末體的性質(zhì)1.3.1粉體的堆積性質(zhì)1.3.2粉體的摩擦性質(zhì)1.3.3粉體壓縮性與成形性1.3.1粉體的堆積性質(zhì)單個(gè)固體顆粒的集合體稱為顆粒群或粉體層。單元生產(chǎn)過程中常見的成型坯體、料倉(cāng)中的粉料等均是粉體層。粉體層(填充層)中的顆粒(填充物)以某種空間排列組合形式構(gòu)成一定的堆積狀態(tài)，并表現(xiàn)出諸如空隙率、容積密度、填充物的存在形態(tài)、空隙的分布狀態(tài)等堆積性質(zhì)?？障堵剩禾畛湓诜垠w層中未被顆粒占據(jù)的空間體積與包含空間在內(nèi)的整個(gè)填充層表觀體積之比。填充層表觀體積顆粒所占實(shí)體積空隙體積填充率孔隙率和空隙率的區(qū)別空隙率：顆粒體積不包括顆粒的外孔（內(nèi)外相通）孔隙率：顆粒體積不包括內(nèi)外孔（內(nèi)部封閉孔）空隙率和顆粒群的堆積狀態(tài)有關(guān)系顆粒的堆積狀態(tài)①等徑球形顆粒的規(guī)則排列②異徑球形顆粒的填充③非球形顆粒的隨機(jī)填充①等徑球形顆粒的規(guī)則排列正方排列層單斜方排列層平面基本排列形式配位數(shù)：與一個(gè)球相接觸的球數(shù)稱為配位數(shù)。隨著排列變形程度增加，空隙率將減少，配位數(shù)將增加。②異徑球形顆粒的填充在等徑球形顆粒規(guī)則排列的空隙中，填充進(jìn)較小的球形顆粒，將獲得填充率更高的堆積③非球形顆粒的隨機(jī)填充在重力下，容器中顆粒填充的空隙率隨容器直徑減少和顆粒層高度增加而變大隨著球形度的增加，空隙率減少顆粒表面粗糙度的增加使空隙率增大細(xì)顆粒的粘結(jié)作用將形成松填充粗細(xì)顆粒比例改變將影響空隙率振動(dòng)的頻率和振幅影響粉體層的空隙率密度真密度：顆粒質(zhì)量除以不包括內(nèi)外孔在內(nèi)的顆粒真體積表觀密度：顆粒質(zhì)量除以不包括外孔在內(nèi)的顆粒體積容積密度：顆粒質(zhì)量除以填充容器的體積振實(shí)密度：顆粒質(zhì)量除以振動(dòng)后顆粒的表觀體積顆粒密度：顆粒質(zhì)量除以包括內(nèi)外孔在內(nèi)的顆粒的表觀體積容積密度又稱松密度，指在一定填充狀態(tài)下，包括顆粒間全部空隙在內(nèi)的整個(gè)填充層單位體積中的顆粒質(zhì)量。它與顆粒物料的密度、空隙率的關(guān)系如下：顆粒物料的密度空隙率真密度表觀密度顆粒密度容積密度1.3.2粉體的摩擦性質(zhì)摩擦性質(zhì)是指粉體中固體粒子之間以及粒子與固體邊界表面因摩擦而產(chǎn)生的——些特殊的物理現(xiàn)象，以及由此表現(xiàn)出的一些特殊的力學(xué)性質(zhì)。粉體的靜止堆積狀態(tài)、流動(dòng)特性，粉粒料的堆放、貯存、移動(dòng)(包括加料、卸料與運(yùn)箔)、壓縮等，都將涉及摩擦性質(zhì)。表示該性質(zhì)的物理量是摩擦角(或摩擦系數(shù))。常用的摩擦角有休止角、內(nèi)摩擦角、壁摩擦角和滑動(dòng)角。休止角（堆積角、安息角）定義：是指粉體自然堆積時(shí)的自由表面在靜止平衡狀態(tài)下與水平面所形成的最大角度。休止角越小，摩擦力越小，流動(dòng)性越好。用途：用來衡量評(píng)價(jià)粉體的流動(dòng)性。內(nèi)摩擦角定義：當(dāng)對(duì)粉體施以水平剪切力（F）將粉體層沿內(nèi)部某一斷面（A），剛好切斷產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)，作用于此面的剪切應(yīng)力τ與垂直應(yīng)力滿足：WF為內(nèi)摩擦系數(shù)，內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦力主要是由于層中粒子相互嚙合產(chǎn)生粉體的活動(dòng)局限性主要是由于其內(nèi)部粒子間存在內(nèi)摩擦力所導(dǎo)致。滑動(dòng)角

將載有粉體的平板逐漸傾斜，粉體開始滑動(dòng)時(shí)，平板與水平面的夾角即為滑動(dòng)角（應(yīng)用在粉體分級(jí)分離）1.3.3粉體壓縮性與成形性粉體具有壓縮成形性，陶瓷片的制備過程就是將陶瓷粉末或顆粒壓縮成具有一定形狀和大小的堅(jiān)固聚集體的過程。壓縮性（compressibility）：表示粉體在壓力下體積減少的能力；成形性（compactibility）：表示物料緊密結(jié)合成一定形狀的能力。粉體的壓縮特性的研究主要通過施加壓力帶來的一系列變化得到信息。為什么物料能成形并保持一定強(qiáng)度？幾種說法①壓縮后粒子間的距離很近，從而在粒子間產(chǎn)生范德華力、靜電力等吸引力；②粒子在受壓時(shí)產(chǎn)生的塑性變形使粒子間的接觸面積增大；③粒子受壓破碎而產(chǎn)生的新生表面有較大的表面自由能；④粒子在受壓變形時(shí)相互嵌合而產(chǎn)生的機(jī)械結(jié)合力；⑤物料在壓縮過程中由于摩擦力而產(chǎn)生熱，特別是顆粒間支撐點(diǎn)處局部溫度較高，使熔點(diǎn)較低的物料部分地熔融，解除壓力后重新固化而在粒子間形成“固體橋”；⑥水溶性成分在粒子的接觸點(diǎn)處析出結(jié)晶而形成“固體橋”等。目錄3.1表面效應(yīng)3.2小尺寸效應(yīng)3.3量子效應(yīng)超微粉體特性超微粉體材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性，如原本導(dǎo)電的銅到某一納米級(jí)界限就不導(dǎo)電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級(jí)界限時(shí)開始導(dǎo)電。這是由于超微粉體材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點(diǎn)，以及其特有的三大效應(yīng)：表面效應(yīng)小尺寸效應(yīng)量子效應(yīng)3.1表面效應(yīng)表面效應(yīng)(surfaceeffect)是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨著粒子尺寸的減小而大幅度的增加，粒子的表面能及表面張力也隨著增加，從而引起納米粒子物理、化學(xué)性質(zhì)的變化。100納米10納米1納米0.1納米隨著尺寸的減小，比表面積迅速增大

納米粒子的表面原子所處的晶體場(chǎng)環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子有所不同，存在許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，因而極易與其他原子相結(jié)合而趨于穩(wěn)定，具有很高的化學(xué)活性。①比表面積的增加②表面原子數(shù)的增加③表面能材料表面的懸空鍵①比表面積的增加比表面積(specificarea)常用總表面積與質(zhì)量或總體積的比值表示。質(zhì)量比表面積、體積比表面積。(G代表質(zhì)量)(V代表顆粒的體積)當(dāng)顆粒細(xì)化時(shí)，粒子逐漸減小時(shí)，總表面積急劇增大，比表面積相應(yīng)的也急劇加大。如：把邊長(zhǎng)為1cm的立方體逐漸分割減小的立方體，總表面積將明顯增加。邊長(zhǎng)立方體數(shù)每面面積總表面積1cm10-5cm(100nm)10-6cm(10nm)10-7cm(1nm)11015101810211cm210-8cm210-12cm210-14cm26cm26×105cm26×106cm26×107cm2這樣高的比表面，使處于表面的原子數(shù)越來越多，同時(shí)表面能迅速增加。②表面原子數(shù)的增加由于粒子尺寸減小時(shí)，表面積增大，使處于表面的原子數(shù)也急劇增加。表面原子數(shù)占全部原子數(shù)的比例和粒徑之間的關(guān)系③表面能由于表層原子的狀態(tài)與本體中不同。表面原子配位不足，因而具有較高的表面能。如果把一個(gè)原子或分子從內(nèi)部移到界面，或者說增大表面積，就必須克服體系內(nèi)部分子之間的吸引力而對(duì)體系做功。顆粒細(xì)化時(shí)，表面積增大，需要對(duì)其做功，所做的功部分轉(zhuǎn)化為表面能儲(chǔ)存在體系中。因此，顆粒細(xì)化時(shí)，體系的表面能增加了。準(zhǔn)固體超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對(duì)金超微顆粒（直徑為2*10-3微米）進(jìn)行電視攝像，實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時(shí)間的變化會(huì)自動(dòng)形成各種形狀（如立方八面體，十面體等），它既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準(zhǔn)固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài)，尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這時(shí)微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。由于表面原子數(shù)增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合(表面吸附，為了降低表面能)。例如金屬的納米顆粒在空氣中會(huì)迅速氧化燃燒，甚至爆炸；無機(jī)的納米粒子暴露在空氣中會(huì)吸附氣體，并與氣體進(jìn)行反應(yīng)。表面效應(yīng)的主要影響1、表面化學(xué)反應(yīng)活性(可參與反應(yīng))。2、催化活性。3、納米材料的（不）穩(wěn)定性。4、鐵磁質(zhì)的居里溫度降低。5、熔點(diǎn)降低。6、燒結(jié)溫度降低。7、晶化溫度降低。8、納米材料的超塑性和超延展性。9、介電材料的高介電常數(shù)（界面極化）。10、吸收光譜的紅移現(xiàn)象。3.2小尺寸效應(yīng)隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對(duì)超微顆粒而言，尺寸變小，同時(shí)其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。質(zhì)變①特殊的光學(xué)性質(zhì)：消光性②特殊的熱學(xué)性質(zhì)：熔點(diǎn)降低③特殊的磁學(xué)性質(zhì)：高矯頑力④特殊的力學(xué)性質(zhì)：高強(qiáng)度、高韌性

①特殊的光學(xué)性質(zhì)黃金是什么顏色？當(dāng)黃金被細(xì)分到小于光波波長(zhǎng)的尺寸時(shí)，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實(shí)上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低，通?？傻陀趌％，大約幾微米的厚度就能完全消光。太陽黑體金屬微粒的色彩往往不同于大塊材料，當(dāng)金屬微粒的尺寸小于一定值時(shí)，由于光波的全吸收通常呈現(xiàn)黑色。對(duì)太陽光譜似乎具有全吸收性質(zhì)，因此通常又稱為“太陽黑體”。應(yīng)用太陽光中的紫外線是導(dǎo)致灼傷、間接色素沉積和皮膚癌的主要根源，灼傷主要表現(xiàn)皮膚出現(xiàn)紅斑，嚴(yán)重者還可能伴有水腫、水皰、脫皮、發(fā)燒和惡心的癥狀。長(zhǎng)期作用于皮膚可造成皮膚彈性降低、皮膚粗糙和皺紋增多等光老化現(xiàn)象，納米氧化鋅能夠吸收紫外線，同時(shí)對(duì)可見光的吸收較少，近年來在防曬化妝品中得到廣泛應(yīng)用。利用這個(gè)特性可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，可以高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能。此外又有可能?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。②特殊的熱學(xué)性質(zhì)固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時(shí)，其熔點(diǎn)是固定的，超細(xì)微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)將顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064℃，當(dāng)顆粒尺寸減小到10納米尺寸時(shí)，則降低27℃，2納米尺寸時(shí)的熔點(diǎn)僅為327℃左右；銀的常規(guī)熔點(diǎn)為670℃，而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于100℃。應(yīng)用因此，超細(xì)銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，此時(shí)元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超細(xì)銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面積大，既省料又具高質(zhì)量。超微顆粒熔點(diǎn)下降的性質(zhì)對(duì)粉末冶金工業(yè)具有一定的吸引力。例如，在鎢顆粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微鎳顆粒后，可使燒結(jié)溫度從3000℃降低到1200～1300℃，以致可在較低的溫度下燒制成大功率半導(dǎo)體管的基片。③特殊的磁學(xué)性質(zhì)

人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場(chǎng)導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。磁性超微顆粒實(shí)質(zhì)上是一個(gè)生物磁羅盤，生活在水中的細(xì)菌依靠它游向營(yíng)養(yǎng)豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細(xì)菌體內(nèi)通常含有直徑約為2*10-2微米的磁性氧化物顆粒。

磁性納米材料的特性不同于常規(guī)的磁性材料，其原因是關(guān)聯(lián)與磁相關(guān)的特征物理長(zhǎng)度恰好處于納米量級(jí)，例如：磁單疇尺寸，超順磁性臨界尺寸電子平均自由路程當(dāng)磁性體的尺寸與這些特征物理長(zhǎng)度相當(dāng)時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)反常的磁學(xué)性質(zhì)。應(yīng)用利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。④特殊的力學(xué)性質(zhì)陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因?yàn)榧{米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性質(zhì)。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。至于金屬-陶瓷等復(fù)合納米材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用前景十分寬廣。美國(guó)學(xué)者報(bào)道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的。碳納米管1991年日本NEC公司飯島等發(fā)現(xiàn)納米碳管，立刻引起了許多科技領(lǐng)域的科學(xué)家們極大關(guān)注。

具有極好的可彎折性具有極好的可扭曲性碳納米管的強(qiáng)度比鋼高100多倍，這是目前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料，而比重卻只有鋼的1/6；同時(shí)碳納米管還具有極高的韌性，十分柔軟。它被認(rèn)為是未來的“超級(jí)纖維”，是復(fù)合材料中極好的加強(qiáng)材料。應(yīng)用在如高爾夫球桿、網(wǎng)球、羽毛球拍的制造。3.3量子效應(yīng)各種元素的原子具有特定的光譜線，如鈉原子具有黃色的光譜線。原子模型與量子力學(xué)已用能級(jí)的概念進(jìn)行了合理的解釋，由無數(shù)的原子構(gòu)成固體時(shí)，單獨(dú)原子的能級(jí)就并合成能帶，由于電子數(shù)目很多，能帶中能級(jí)的間距很小，因此可以看作是連續(xù)的。量子尺寸效應(yīng)從能帶理論出發(fā)成功地解釋了大塊金屬、半導(dǎo)體、絕緣體之間的聯(lián)系與區(qū)別，對(duì)介于原子、分子與大塊固體之間的超微顆粒而言，大塊材料中連續(xù)的能帶將分裂為分立的能級(jí)；能級(jí)間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當(dāng)熱能、電場(chǎng)能或者磁場(chǎng)能比平均的能級(jí)間距還小時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應(yīng)。應(yīng)用導(dǎo)電的金屬在超微顆粒時(shí)可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān)，比熱亦會(huì)反常變化，光譜線會(huì)產(chǎn)生向短波長(zhǎng)方向的移動(dòng)，這就是量子尺寸效應(yīng)的宏觀表現(xiàn)。因此，對(duì)超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效應(yīng)，原有宏觀規(guī)律已不再成立。量子隧道效應(yīng)經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，物體越過勢(shì)壘，有一閾值能量；粒子能量小于此能量則不能越過，大于此能量則可以越過。例如騎自行車過小坡，先用力騎，如果坡很低，不蹬自行車也能靠慣性過去。如果坡很高，不蹬自行車，車到一半就停住，然后退回去。量子力學(xué)則認(rèn)為，即使粒子能量小于閾值能量，很多粒子沖向勢(shì)壘，一部分粒子反彈，還會(huì)有一些粒子能過去，好像有一個(gè)隧道，故名隧道效應(yīng)（quantumtunneling）。電子具有粒子性又具有波動(dòng)性，因此存在隧道效應(yīng)。微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。隧道效應(yīng)示意圖量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)將會(huì)是未來微電子、光電子器件的基礎(chǔ)，或者它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限，當(dāng)微電子器件進(jìn)一步微型化時(shí)必須要考慮上述的量子效應(yīng)。應(yīng)用在制造半導(dǎo)體集成電路時(shí)，當(dāng)電路的尺寸接近電子波長(zhǎng)時(shí)，電子就通過隧道效應(yīng)而溢出器件，使器件無法正常工作，經(jīng)典電路的極限尺寸大概在0．25微米。目前研制的量子共振隧穿晶體管就是利用量子效應(yīng)制成的新一代器件。其它效應(yīng)化學(xué)和催化性質(zhì)電學(xué)性質(zhì)磁電阻性質(zhì)溶液性質(zhì)粉體制備方法液相法沉淀法水熱法溶膠－凝膠法冷凍干燥法噴霧法共沉淀法化合物沉淀法水解沉淀法

氣相法氣體冷凝法氫電弧等離子體法濺射法真空沉積法加熱蒸發(fā)法混合等離子體法化學(xué)氣相反應(yīng)法氣相分解法氣相合成法氣－固反應(yīng)法物理氣相法固相法機(jī)械粉碎法干式粉碎濕式粉碎熱分解法其它方法固相反應(yīng)法目錄4.1機(jī)械粉碎法4.1.1基本理論4.1.2破碎4.1.3粉磨4.1.4超細(xì)粉碎設(shè)備4.2固相合成法4.2.1熱分解法4.2.2高溫固相反應(yīng)法4.2.3還原反應(yīng)法4.1機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法是應(yīng)用機(jī)械力對(duì)固體物料進(jìn)行粉碎，粉碎機(jī)械作業(yè)，使之變?yōu)樾K、細(xì)粉或粉末的方法。機(jī)械粉碎法包括球磨機(jī)、砂磨機(jī)、氣流磨等等。特點(diǎn)①工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)量大、成本低②產(chǎn)品的粒度范圍較寬③存在研磨介質(zhì)和磨機(jī)內(nèi)襯對(duì)物料的“污染”問題。④長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械能作用導(dǎo)致物料發(fā)生一定程度的機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)。4.1.1基本理論粉碎原理與分類粉碎方式(5)粉碎模型(3)粉碎過程機(jī)理粉碎所需的能耗或能耗規(guī)律(4)粉碎機(jī)械力化學(xué)粉碎原理粉碎：固體物料在外力的作用下，克服內(nèi)聚力，從而使顆粒尺寸減小，比表面積增大的過程稱為粉碎。包括：①破碎：使大塊物料碎裂成小塊物料的加工過程。②粉磨：使小塊物料碎裂成細(xì)粉末狀顆粒的加工過程。相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備分別稱為破碎機(jī)械和粉磨機(jī)械。分類粉碎方式(a)壓碎：利用粉碎設(shè)備的工作部件對(duì)物料施加擠壓作用，物料在壓力作用下發(fā)生粉碎。(b)擊碎：包括高速運(yùn)動(dòng)的粉碎體對(duì)被粉碎物料的沖擊和高速運(yùn)動(dòng)的物料向固定壁或靶的沖擊等。每次沖擊碰撞的粉碎時(shí)間是在瞬間完成的，所以粉碎體與被粉碎物料的動(dòng)量交換非常迅速。(c)磨剝：為剪切摩擦粉碎，包括研磨介質(zhì)對(duì)物料的粉碎和物料相互間的摩擦作用。(d)彎折：受彎曲作用而粉碎(e)劈碎：受劈力作用而粉碎可見機(jī)械作用力可以分為擠壓、沖（打）擊、剪切摩擦等等。粉碎模型Hüting等人提出了以下三種粉碎模型：體積粉碎模型 表面粉碎模型 均一粉碎模型

粉碎產(chǎn)物的粒度分布有所不同：體積粉碎后的粒度分布較集中，而表面粉碎后的細(xì)粉較多，粒度分布范圍較寬。被粉碎物料的基本物性①硬度②脆性和韌性③強(qiáng)度④易碎（磨）性①硬度

硬度是指的是抵抗其他物體刻劃或壓入其表面的能力。也可理解為在固體表面產(chǎn)生局部變形所需的能量。硬度的大小與物料內(nèi)部的化學(xué)鍵以及晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。無機(jī)材料常用莫氏硬度或維氏硬度表示。典型礦物的莫氏硬度值

硬度越大，耐磨性越好。硬度作為間接評(píng)價(jià)指標(biāo)，在一定程度上體現(xiàn)了物料粉碎的難易程度。②脆性和韌性脆性反映了物料抵抗沖擊力大小的特性，韌性則反映了物抵抗斷裂阻力的特性。脆性材料抵抗動(dòng)載荷或沖擊的能力較差。韌性材料的抗拉和抗沖擊性能較好，而抗壓性能較差。③強(qiáng)度

強(qiáng)度指的是物料對(duì)外力的抵抗能力，通常以物料破壞時(shí)單位面積上所受的力來表示，單位為N/m2或Pa。物料強(qiáng)度的高低在一定程度上體現(xiàn)了其粉碎的難易程度。按材料內(nèi)部的均勻性和是否有缺陷分為理論強(qiáng)度和實(shí)際（測(cè)）強(qiáng)度。①理論強(qiáng)度不含任何缺陷的完全均質(zhì)材料的強(qiáng)度稱為理論強(qiáng)度。它相當(dāng)于原子、離子或分子間的結(jié)合力。理論強(qiáng)度的計(jì)算式：th=(E/a)1/2，其中為表面能，E為彈性模量，a為晶格常數(shù)。②實(shí)際（測(cè)）強(qiáng)度物料的實(shí)際（測(cè)）強(qiáng)度往往遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度。

=(2E/c)1/2，其中c為裂紋半長(zhǎng)。實(shí)際（測(cè)）強(qiáng)度還與測(cè)定條件（如試樣的尺寸、加載速率及所處環(huán)境等）有關(guān)。④易碎（磨）性

易碎（磨）性指的是在一定粉碎條件下，將單位質(zhì)量物料從一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的能量，或施加一定能量使物料達(dá)到的粉碎細(xì)度。這是為了表征物料粉碎難易程度的綜合影響，一般用相對(duì)易碎性系數(shù)來表示。易碎性系數(shù)越大，物料越易粉碎。

采用同一粉碎機(jī)械，在相同物料尺寸變化條件下。某一物料的易碎系數(shù)Km：Km=Eb/EEb：粉碎標(biāo)準(zhǔn)物料的單位電耗E：粉碎干燥狀態(tài)下的某一物料的單位電耗易碎系數(shù)愈大，愈容易粉碎。粉碎過程機(jī)理在粉碎過程中，如果施加的力超過了物料強(qiáng)度極限（臨界粉碎應(yīng)力），則物料就破裂；如果施加的力沒有超過物料強(qiáng)度極限，則物料被壓縮作彈性形變，撤去施加力后物料將保持原有形狀而未被粉碎。臨界粉碎應(yīng)力與彈性模量和表面能及晶格中原子之間的距離有關(guān)：繼續(xù)施加原來的力到大塊物料會(huì)使原來未被粉碎的大塊顆粒破裂成較小的顆粒嗎？會(huì)。因?yàn)檫@時(shí)內(nèi)部生成了若干裂縫或原有裂縫擴(kuò)展，產(chǎn)生許多強(qiáng)度薄弱面；或在局部應(yīng)力集中，這時(shí)繼續(xù)施加的力的大小即使沒有增加也會(huì)使原來未被粉碎的大塊顆粒破裂成較小的顆粒。繼續(xù)施加外力，小顆粒數(shù)目增加，但其粒度減小很少。這是因?yàn)榱６容^小時(shí)內(nèi)部的強(qiáng)度薄弱面逐漸減少，受力后往往不破裂。三個(gè)階段固體物料的超微粉碎一般隨著粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，要經(jīng)過三個(gè)階段：①初始階段：系統(tǒng)晶格能的變化主要是表面能的增加：②粉碎速率趨緩階段：顆粒之間有相互作用，但主要作用是較弱的范德華力。③團(tuán)聚階段：顆粒之間有較強(qiáng)的甚至是不可逆的相互作用。“逆粉碎現(xiàn)象”物料在超細(xì)粉碎過程中，隨著粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒粒度的減小，比表面積的增加，顆粒的表面能增大，顆粒之間的相互作用增強(qiáng)，團(tuán)聚現(xiàn)象增加，達(dá)到一定時(shí)間后，顆粒的粉碎與團(tuán)聚達(dá)到平衡。粉碎團(tuán)聚這各種粉碎存在最低粒度下限的主要原因。打破以上平衡,可采取的一個(gè)重要方法就是加入助磨劑（在超細(xì)粉碎過程中，能夠顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學(xué)物質(zhì)稱為助磨劑。）例如：A：在干法研磨水泥熟料時(shí)加入乙二醇作為助磨劑，產(chǎn)率可提高25～50％；B：在濕法球磨鋯英石時(shí)加入0.2％的三乙醇胺，研磨時(shí)間減少3/4。

粉碎能耗規(guī)律

關(guān)于粉碎所需的能耗或能耗規(guī)律，19世紀(jì)末和20世紀(jì)許多科技工作者進(jìn)行了大量的研究，其中最著名的是：①雷廷格爾（Rittinger）定律②基克（Kick）定律③邦德（Bond）定律④R.L.Charles定律（通式）①雷廷格爾定律雷廷格爾定律提出粉碎物料所消耗的能量與粉碎過程中新增加的表面積成正比：E=K1△SE：粉碎能耗△S：粉碎前后所增加的表面積K1：比例系數(shù)對(duì)于球形顆粒，假設(shè)破碎前物料尺寸為x1，個(gè)數(shù)為n1，破碎后物料尺寸為x2，個(gè)數(shù)為n2，物料密度為，質(zhì)量為m，則破碎前后其比表面積分別為：物料表面積的增加為：所消耗的粉碎能量為：雷廷格爾定律（能耗與尺寸的關(guān)系）表面積假說只考慮了新生成表面的能量消耗，只能近似的用于細(xì)磨作業(yè)粉碎功耗計(jì)算。②基克定律提出相同重量，相似物體粉碎時(shí)所需的能量只與粉碎比有關(guān)。認(rèn)為粉碎能耗與顆粒體積變化正比。并從一個(gè)顆粒每破碎一次粒度減小一半，每次的破碎能耗相等這一假說出發(fā)，得出：D：給料的平均粒徑d：產(chǎn)物的平均粒徑③邦德定律1952年，邦德在分析“表面積假說”和“體積假說”適用范圍的基礎(chǔ)上，從實(shí)驗(yàn)出發(fā)提出了所謂的“裂紋擴(kuò)展說”，提出粉碎物料所需要的有效功與生成碎粒的直徑的平方根成反比。出發(fā)點(diǎn)：物料破碎是由于能量在裂紋附近集中，能耗與形成裂紋的長(zhǎng)度成正比，而對(duì)于形狀相似的顆粒單位體積內(nèi)裂紋長(zhǎng)度與顆粒的直徑平方根成反比。④R.L.Charles定律1957年，R.L.Charles提出了一個(gè)基于粒度減小的能耗微分式：E為粉碎能量，x為粒徑，n為常數(shù)。上式是粉碎過程中粒徑與功耗關(guān)系的通式。當(dāng)分別以n=1、1.5、2代入分別為基克、邦德定律和雷廷格爾定律適用范圍據(jù)芬蘭R.T.Hukky等人的驗(yàn)證研究：基克學(xué)說適用于產(chǎn)物粒度大于50mm的粉碎邦德學(xué)說適用于產(chǎn)物粒度為50~0.5mm的粉碎雷廷格爾學(xué)說適用于產(chǎn)物粒度為0.5~0.075mm原因超微粉粉碎作業(yè)中，外加的機(jī)械能不僅僅用于顆粒粒度的減小或比表面積的增大，還有顆粒因強(qiáng)烈和長(zhǎng)時(shí)間機(jī)械力作用導(dǎo)致的機(jī)械化學(xué)變化以及機(jī)械傳動(dòng)、研磨介質(zhì)之間的摩擦、振動(dòng)等消耗。粉碎機(jī)械力化學(xué)固體物質(zhì)在各種形式的機(jī)械力作用下所誘發(fā)的化學(xué)變化和物理化學(xué)變化稱為機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)。粉碎機(jī)械力化學(xué)作用①粉碎平衡粉碎過程中顆粒微細(xì)化過程與微細(xì)顆粒的團(tuán)聚過程達(dá)到平衡。與工作條件、物料的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，是相對(duì)的、有條件的。粉碎平衡后繼續(xù)進(jìn)行粉碎，盡管粉體的尺寸不變，但晶體結(jié)構(gòu)不斷破壞，反應(yīng)活性及燒結(jié)性會(huì)提高。②晶格畸變?cè)跈C(jī)械力的作用下，物料的晶格發(fā)生畸變，有序結(jié)構(gòu)被破壞，形成非晶體，發(fā)生無定形化。晶格畸變常導(dǎo)致物料的密度發(fā)生變化，同時(shí)使物料的反應(yīng)活性提高。③晶型轉(zhuǎn)變由于機(jī)械力的反復(fù)作用，晶格內(nèi)積聚的能量不斷增加，使結(jié)構(gòu)中某些結(jié)合鍵發(fā)生斷裂并重新排列形成新的結(jié)合鍵。④化學(xué)變化脫水效應(yīng)、固相反應(yīng)等。粉碎機(jī)械力化學(xué)的應(yīng)用①機(jī)械力化學(xué)改性：通過粉碎、摩擦等機(jī)械方法對(duì)粉體進(jìn)行表面處理，有目的地改變其表面的物理化學(xué)性質(zhì)，使其晶格結(jié)構(gòu)及晶型發(fā)生變化，內(nèi)能增大，增強(qiáng)表面活性，以滿足不同工藝的要求。②機(jī)械力化學(xué)制備納米金屬、非晶態(tài)金屬及合金機(jī)械力化學(xué)法制備新型材料。③制備納米陶瓷、功能材料、納米復(fù)合材料等。④機(jī)械力化學(xué)在水泥、混凝土生產(chǎn)中的應(yīng)用、助磨劑的應(yīng)用、硅酸鹽礦物的合成等。高能球磨制備ZnSe納米晶粉體

將相同摩爾比的Zn粉和Se粉放在球磨罐(WC)中，選用球石直徑為10mm，原料：球石＝1：20，干磨，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，球磨60min即可獲得純立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，避免了ZnO相的出現(xiàn)。晶粒的尺寸用Scherrer公式計(jì)算為5nm，用TEM直接觀察的尺寸為10nm左右。車俊,姚熹,姜海青,汪敏強(qiáng),《稀有金屬材料與工程》-20064.1.2

破碎破碎機(jī)械分為兩類：①擠壓式顎式破碎機(jī)圓錐破碎機(jī)輥式破碎機(jī)

②沖擊式錘式破碎機(jī)反擊式破碎機(jī)顎式破碎機(jī)

俗稱“老虎口”，是破碎硬物料最有效的設(shè)備。物料在顎式破碎機(jī)中的破碎是在兩塊顎板之間進(jìn)行的。適合粗碎大塊堅(jiān)硬或磨蝕性很強(qiáng)的物料。構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，維護(hù)方便。工作原理

破碎機(jī)的可動(dòng)顎板繞懸掛軸或可動(dòng)軸對(duì)固定顎板作周期性地靠近和離開運(yùn)動(dòng)。當(dāng)可動(dòng)顎板靠近固定顎板時(shí)，位于兩顎板間的物料受以擠壓為主的作用力而破碎；當(dāng)可動(dòng)顎板離開固定顎板時(shí)，已破碎的物料在重力作用下由破碎機(jī)排料口排出。類型及構(gòu)造

目前廣泛應(yīng)用的顎式破碎機(jī)有：①簡(jiǎn)單擺動(dòng)顎式破碎機(jī)②復(fù)雜擺動(dòng)顎式破碎機(jī)簡(jiǎn)單擺動(dòng)顎式破碎機(jī)

活動(dòng)顎板以懸掛軸為支點(diǎn)作往復(fù)擺動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)行程以活動(dòng)顎板的底部，即卸料口處為最大。復(fù)雜擺動(dòng)顎式破碎機(jī)

活動(dòng)顎板懸掛在偏心軸上，而活動(dòng)顎板的底部則支撐在推力板上。當(dāng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活動(dòng)顎板在其帶動(dòng)下作上下、左右的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，故稱復(fù)雜擺動(dòng)式。

顎式破碎機(jī)的規(guī)格用進(jìn)料口的寬度和長(zhǎng)度(B×Lmm)表示，如PEF600×900顎式破碎機(jī)，表示進(jìn)料口寬度為600mm，長(zhǎng)度為900mm的復(fù)雜擺動(dòng)式顎式破碎機(jī)。其中P為破碎，E為顎式，F(xiàn)為復(fù)雜，J為簡(jiǎn)單。主要參數(shù)①鉗角②偏心軸轉(zhuǎn)速①鉗角顎式破碎機(jī)活動(dòng)顎板與固定顎板之間的夾角α稱為鉗角。減小鉗角可增加破碎機(jī)的生產(chǎn)能力，但會(huì)導(dǎo)致破碎比減小；反之，增大鉗角雖可增大破碎比，但會(huì)降低生產(chǎn)能力，同時(shí)，落在顎腔中的物料不易夾牢，有被推出機(jī)外的危險(xiǎn)。因此破碎機(jī)的鉗角應(yīng)有一定的范圍。鉗角的大小可通過物料的受力分析來確定。設(shè)夾在顎腔內(nèi)的球形物料的質(zhì)量為G，由G產(chǎn)生的重力比物料所受的破碎力小得多，可忽略不計(jì)。在顎板與物料接觸處，顎板對(duì)物料的作用力為P1和P2，二者均與顎板垂直。由此二力所導(dǎo)致的摩擦力為fP1和fP2，方向向下，其中f為物料與顎板之間的摩擦系數(shù)。

當(dāng)物料被夾牢在顎腔內(nèi)不被推出機(jī)外時(shí)，上面幾個(gè)力互相平衡，在X、Y方向上的分力之和分別為零，即X軸：P1–P2cos–fP2sin=0Y軸：–fP1–fP2cos+P2sin=0整理得：–2fcos+(1-f2)sin=0或 tan=2f/(1-f2)摩擦系數(shù)一般為0.2～0.3，則鉗角最大值為22～33②偏心軸轉(zhuǎn)速

顎式破碎機(jī)偏心軸的轉(zhuǎn)速直接反映活動(dòng)顎板的擺動(dòng)次數(shù)。在一定范圍內(nèi)，偏心軸的轉(zhuǎn)速增加，生產(chǎn)能力隨之增加；但是超過一定限度時(shí)，反而會(huì)使生產(chǎn)能力降低，并且電耗增加。經(jīng)理論推導(dǎo)，偏心軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)為n：偏心軸的轉(zhuǎn)速，r／min；s：活動(dòng)顎板下端水平行程，cm；a：鉗角圓錐破碎機(jī)

圓錐破碎機(jī)破碎比大、效率高、能耗低，產(chǎn)品粒度均勻，適合中碎和細(xì)碎各種礦石，巖石。外錐體是固定的，內(nèi)錐體被安裝在偏心軸套里的立軸帶動(dòng)作偏心回轉(zhuǎn)，物料在兩錐體之間受到壓力和彎曲力的作用而破碎。

工作原理按用途分粗碎的圓錐式破碎機(jī)（旋回式破碎機(jī)）中細(xì)碎的圓錐式破碎機(jī)（菌形圓錐式破碎機(jī)）類型及構(gòu)造旋回式破碎機(jī)正置倒置菌形圓錐式破碎機(jī)動(dòng)錐制成菌形，在卸料口附近，動(dòng)定錐之間有一段距離相等的平行帶，以保證卸出物料的粒度均勻。

正置正置輥式破碎機(jī)錘式破碎機(jī)

錘式破碎機(jī)是利用高速回轉(zhuǎn)錘子的打擊作用而進(jìn)行破碎的。工作時(shí)，鉸接的錘頭高速回轉(zhuǎn)，對(duì)給入的大塊物料進(jìn)行打擊，并使其拋向機(jī)體內(nèi)壁的承擊板上，在承擊板上物料進(jìn)一步?jīng)_擊破碎后，落到下面的蓖條上，粒度合格的產(chǎn)物從篦條縫隙中排出，蓖條上的物料繼續(xù)被錘頭打擊、擠壓或研磨，直至全部透過篦條為止。反擊式破碎機(jī)

反擊式破碎機(jī)也是利用沖擊作用進(jìn)行破碎的。工作時(shí)，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，物料由給料口經(jīng)過篩板與細(xì)粒分離后，大塊進(jìn)入破碎腔，受到錘頭的沖擊，遭到第一次破碎，并以很大的速度拋向反擊板再次破碎，然后又從反擊板彈回到錘頭打擊區(qū)，繼續(xù)重復(fù)上述過程。優(yōu)點(diǎn)①利用沖擊進(jìn)行破碎，使物料沿脆弱面破開，破碎效率高，能耗小，處理能力大，產(chǎn)品粒度均勻。②破碎比大。③具有選擇性破碎的特點(diǎn)。④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。4.1.3粉磨

粉磨在玻璃、陶瓷制品和水泥制造過程中都占有一定地位。尤其是在水泥水泥生產(chǎn)中占有非常重要的地位，無論是生料還是水泥，都要通過粉磨來獲得，每生產(chǎn)1t水泥，需要粉磨各種物料3t左右，電耗約為100～110kw·h，其60%～70%的電能消耗在粉磨中。粉磨設(shè)備一般常見的有慢速磨和快速磨慢速磨：球磨機(jī)、自磨磨機(jī)等?？焖倌ィ狠伿侥?、振動(dòng)磨、氣流磨、行星磨硅酸鹽工業(yè)中以球磨(包括棒磨)應(yīng)用最多輥磨機(jī)（又稱立磨）在新型干法水泥生產(chǎn)線上大量采用。①球磨機(jī)②振動(dòng)磨③輥磨機(jī)④氣流粉碎機(jī)①球磨機(jī)定義：在研磨介質(zhì)產(chǎn)生的沖擊力和研磨力的聯(lián)合作用下物料被粉碎成微細(xì)顆粒的過程。主要工作部件：回轉(zhuǎn)圓筒、研磨介質(zhì)、襯板作用：研磨體對(duì)物料的沖擊和研磨球磨機(jī)的分類1、按所裝研磨介質(zhì)球磨機(jī)棒磨機(jī)礫石磨2、按筒體的形狀分短磨機(jī)：L/D<2長(zhǎng)磨機(jī)：L/D=4~7圓錐形磨機(jī)3、按卸料方式分尾卸式磨機(jī)中卸式磨機(jī)周邊卸料式磨機(jī)4、按傳動(dòng)方式分中心傳動(dòng)邊緣傳動(dòng)規(guī)格

球磨機(jī)的規(guī)格以磨機(jī)筒體直徑(m)乘以長(zhǎng)度(m)表示。

2.2m×7m球磨機(jī)含義是：普通球磨機(jī)，筒體直徑為2.2m，筒體長(zhǎng)度為7m。

球磨機(jī)優(yōu)點(diǎn)

①物料適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)各種性質(zhì)物料的粉磨；可制成規(guī)格大小不同的磨機(jī)因而能適應(yīng)各種生產(chǎn)能力、生產(chǎn)規(guī)模的需要。②粉碎比大，可達(dá)300以上，能將入磨粒徑為25-40mm的物料粉磨到1.5-0.07mm以下，并且細(xì)度比較穩(wěn)定和容易調(diào)節(jié)，產(chǎn)品粒度均勻，混合作用亦好。③生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)，可在各種不同情況下作業(yè)，能干法生產(chǎn)，也可濕法生產(chǎn)，可以間歇或連續(xù)操作，還可把干燥和粉磨合在一起同時(shí)進(jìn)行。④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，操作可靠，維護(hù)管理方便，能長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。⑤有很好的密閉裝置，可防止灰塵飛揚(yáng)。缺點(diǎn)①粉磨效率低，電耗大，能量利用率低，有效利用率只有1-2%，其余絕大部分轉(zhuǎn)為熱能和聲能而消耗。②體形笨重，大型磨總重可達(dá)幾百噸以上，因此一次性投資很大。③磨機(jī)轉(zhuǎn)速低（15～30r/min）如用普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)，需配昂貴的減速裝置。④研磨體和襯板的消耗量很大，每噸水泥約耗鋼材1kg左右。⑤操作時(shí)噪聲大。介質(zhì)運(yùn)動(dòng)分析瀉落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速很低向下滾動(dòng)瀉落磨剝作用粉磨效果不佳，生產(chǎn)能力較低。拋落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

適宜轉(zhuǎn)速呈拋物線軌跡從空間跌落沖擊和研磨作用而粉碎粉磨效率高通常球磨機(jī)以這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)工作。離心式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

球磨機(jī)轉(zhuǎn)速很高，研磨體形成緊貼筒體內(nèi)壁的一個(gè)圓環(huán)。對(duì)物料不產(chǎn)生任何粉碎作用。球磨機(jī)工作參數(shù)的確定1.球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速、理論適宜轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速比、實(shí)際工作轉(zhuǎn)速2.粉磨介質(zhì)的選擇及裝填量研磨體種類、研磨體材質(zhì)、磨質(zhì)填充率、研磨體的級(jí)配臨界轉(zhuǎn)速nc

當(dāng)磨機(jī)筒體的轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，研磨體產(chǎn)生的離心力等于它本身的重力，研磨體將緊貼附在筒壁上，隨筒體一起回轉(zhuǎn)而不會(huì)降落下來，這個(gè)轉(zhuǎn)速就稱為臨界轉(zhuǎn)速。D0：筒體的有效直徑筒體內(nèi)徑減去2倍的襯板厚度理論適宜轉(zhuǎn)速nt

使研磨體產(chǎn)生最大沖擊粉碎功的磨機(jī)轉(zhuǎn)速稱為理論適宜轉(zhuǎn)速。研磨體具有最大的降落高度，對(duì)物料產(chǎn)生的沖擊粉碎功最大。轉(zhuǎn)速比γ

轉(zhuǎn)速比γ是磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速之比，即：說明：理論適宜轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的76％。一般磨機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的65％～80％。實(shí)際工作轉(zhuǎn)速n

工作轉(zhuǎn)速的選定，除了應(yīng)考慮磨機(jī)的直徑、生產(chǎn)方式、襯板形狀、研磨體的填充系數(shù)、研磨體的種類外，還要考慮到粉磨物料的性質(zhì)、入磨物料粒度和粉磨細(xì)度等。研磨體種類鋼球：球磨機(jī)中使用最廣泛的一種研磨體，在粉磨過程中與物料發(fā)生點(diǎn)接觸，應(yīng)力集中，對(duì)物料的沖擊力大，使物料容易粉碎，大顆物料用沖擊方式粉碎比較有效。

鋼段：外形為短圓柱形或截圓錐形介質(zhì)稱段，彼此之間是線接觸，接觸面積大，研磨磨剝作用強(qiáng)，但沖擊力小，所以宜用于細(xì)小物料的磨剝方式粉磨。

鋼棒：鋼棒是棒磨機(jī)使用的一種研磨體。濕法磨常用的一種研磨體，棒形介質(zhì)質(zhì)量較大，宜于粉碎大塊物料，產(chǎn)品粒度均勻。研磨體材質(zhì)

研磨體的材質(zhì)要求具有較高的耐磨性和耐沖擊性、堅(jiān)硬、不易破裂。球磨機(jī)采用的研磨體常用中碳鋼、高碳鋼鍛制而成，也有用鑄鋼和鑄鐵的。為了防止鐵質(zhì)對(duì)物料的污染，也常用非金屬材料的研磨體，如瓷球、剛玉球、天然燧石等。研磨體以硬度大、比重大的為好。磨質(zhì)填充率填充率：磨介容積與筒體有效容積的比值筒體截面上介質(zhì)的填充面積與筒體截面積之比R適宜的填充率與磨機(jī)長(zhǎng)徑比有關(guān)，隨長(zhǎng)徑比的減少而增大。短筒球磨機(jī)：φ一般為0.4~0.5長(zhǎng)磨機(jī)：φ為0.25~0.35研磨體的級(jí)配級(jí)配：研磨體直徑的大小及其質(zhì)量的配合稱為研磨體的級(jí)配。研磨體級(jí)配的意義：級(jí)配的優(yōu)劣直接影響磨機(jī)的產(chǎn)量和研磨體的消耗。物料在粉磨過程中，開始?jí)K度較大，需用較大直徑的鋼球沖擊破碎。隨著塊度變小，需用小鋼球粉磨物料，以增加對(duì)物料的研磨能力。在研磨體裝載量不變的情況下，縮小研磨體的尺寸，就能增加研磨體的接觸面積，提高研磨能力。②振動(dòng)磨振動(dòng)磨是利用研磨介質(zhì)(球形、柱形或棒形)在振動(dòng)磨筒體內(nèi)做高頻振動(dòng)產(chǎn)生沖擊、摩擦、剪切等作用，將物料磨細(xì)，