第一章粉末的性能与表征课件.ppt

1、第一章 粉末的性能与表征n1.1 粉末颗粒的粒径与形状n1.2 粉末粒径的测量n1.3 粉末体的性质 粉体颗粒的大小和在粉体颗粒群中所占的比例分别称为粉体的粒度和粒度分布。 颗粒的大小、分布、结构形态和表面形态等因素决定粉体的基本性质。 粉体的基本性能： 1. 粉体的几何形态，包括粉体粒子的大小、粒度分布 、粒子形态以及堆积状态等。 2. 粉体的力学性能和其他物理化学性能，力学性能又分为静力学性能和动力学性能，包括粉体的摩擦角、流动性以及在流体中的运动性等；其他物理化学性能包括粉体的电、磁、光、声、热学性能以及黏附性、吸附性、凝聚性、湿润性和爆炸性等。1.1 粉末颗粒的粒径粉末颗粒的粒径212

2、12aaaa或 1.1.1 单个颗粒大小的表示方法单个颗粒大小的表示方法 1. 几何学粒径（ geometry diameter ） 用单个颗粒的三维尺寸来表示三轴径：l、b、h 2. 投影经（projected diameter ） Feret径(DF)、Martin径（DM）、Heywood径（DH）、 投影周长相当径（DC） 3. 筛分径（DA） 4. 球当量径 等表面积当量径（Ds）、等体积当量径（Dv）、 等比表面积当量径（Dsv）、Stokes径（Dstk）、 光散射当量径（DL） 1.1.2 粉体的粒径分布粉体的粒径分布 单粒度体系 （ monodisperse ） 多粒度体系

3、（ polydisterse ） 粒度分布 （ particle diameter distribution ） 粒度分布基准： 1.个数基准以每一粒径间隔内的颗粒数占全部颗粒总数 的个数。 2.长度基准以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒 的长度总和的多少。 3.面积基准以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗 粒的表面积总和的多少。 4.质量基准以每一粒径间隔内的颗粒总质量占全部颗粒 的质量总和的多少。1.1.2 粉体的粒径分布粉体的粒径分布 一、. 频率分布和累计分布 频率分布表示各个粒径范围内对应的颗粒百分含量。 累计分布表示大于或小于某粒径的颗粒占全部颗粒的颗 粒百分含量。 （用显微

4、镜、计数器获得个数分布数据； 用筛分析、沉降法获得质量分布数据） 以个数为基准 以质量为基准pDDpppdDdnNDqQdDdnNDqpp0000011pDpppdDdmMDQdDdmMDqp01111 频率分布和累计分布的关系：微分和积分的关系。 表征粒度分布的特征参数： 中位粒径D50 粉体物料的样品中，把样品的个数（或质量） 分成相等两部分的颗粒粒径。 最频粒径Dmo 在频率分布坐标图中，纵坐标最大值所对应 的粒径。 标准偏差 常用的表示粒度频率分布离散程度的参数， 其值越小，说明分布越集中。 标准偏差 几何标准偏差NDdnnLii2NDdngiig2lglg二、. 粒径分布函数 （1）

5、正态分布（normal distribution） 某些气溶胶和沉淀法制备的粉体。 （2）对数正态分布（logarithmic normal distribution ） 粉碎法制备的粉体、气溶胶中的灰尘颗粒、海 滨砂粒。 （3）罗辛拉姆勒分布（Rosin-Rammler ) 粉碎产物、粉尘等颗粒：水泥、煤粉。1.1.3 平均粒径平均粒径 在粉体粒度的测量中，采用各式各样的平均粒径，来定量地表达颗粒群的粒度大小。 本节简单介绍了一些在工程技术上经常采用的平均粒径。 见表13、14例 个数平均经NnDp1.1.4 颗粒的形状颗粒的形状 一、颗粒形状的定义： 1 针状（acicular） 粉末颗粒

6、似针状。 2 角状（angular） 粉末颗粒呈多边形或多角状。 3 树枝状（dendritic）粉末具有典型树枝状结构。 4 纤维状（fibrous）粉末具有规则或不规则细长纤维形貌。 5 片状（flaky, flaked）粉末颗粒形状为扁平状。 6 粒状（granular）粉末颗粒接近等轴，但形状不规则。 7 不规则状(irregular)粉末颗粒形状不对称。 8 瘤状(nodular) 粉末颗粒表面圆滑，形状不规则。 9 球状(spheroidal)粉末颗粒形状接近球形。二、形状指数（shape index）和形状系数（shape factor） 形状因子-表示颗粒形状的数值。 形状系数

7、反映颗粒的体积、表面积乃至在一定方向上的投影 面积与某种规定的粒度的相应次方的关系。 与颗粒的物理性质有关。 （表面积形状系数、体积形状系数、比表面积形状系数、卡门形状系数 ） 形状指数用各种数学式表达颗粒外形。 与颗粒的物理现象无关。 均齐度（ proporation ） 充满度（ space filling factor ） 球形度（ degree of sphericity ） 1. 形状指数（shape index） （1）与外形尺寸有关的形状指数 均齐度：以长方体为颗粒的基准几何形状，根据三轴径 之间的比值导出的指数。 （2）与表面积和体积有关的形状指数 ：体积充满度、面积充满度、球

8、形度 （3）与颗粒投影周长相关的形状指数： 圆形度、表面粗糙度 2. 形状系数：修正系数。 3. 动力学形状系数 阻力形状系数、 动力学形状系数1.2 粉末粒径的测量粉末粒径的测量 1.2.1 粒径测量方法分类 1.2.2 显微镜法 1.2.3 筛分法 1.2.4 重力沉降光透法 1.2.5 激光衍射法 1.2.6 表面法（. 勃氏法、. BET吸附法 ） 实验一：粉体粒度分析测定筛析法 实验二：粉体真密度的测定比重瓶法 实验三：粉体比表面积的测定 参考书参考书 伍洪标. 无机非金属材料实验.北京：化学工业出版社1.3 粉末体的性质粉末体的性质 1.3.1 粉末体的堆积性质 一、 空隙率 填充

9、率 注意区分：表观体积、实际体积与空隙体积 理论密度与表观密度VVVVVCP1VVP二、 等径球形颗粒的排列三、 不等径球形颗粒的堆积实际空隙率最密填充空隙率 （约3040） 原因：颗粒碰撞、回弹、颗粒间作用力、容器壁Horsfield填充向均一颗粒产生的空隙中连续不断地填充适当 大小的小球，空隙率将下降，理论上可获得非 常紧密的填充体。 可是，怎样的粒度分布可得到密实填充体呢？ 两种孔型： 四角孔（八面体空隙）由6个球围成 三角孔（四面体空隙）由4个球围成 （回忆：若有n个大球体作最紧密堆积，就必定有n个八面体 空隙和2n个四面体空隙） 对均一球六方最密填充，5次球填充后，最终空隙率为： 0

10、.1490.25940.039。四、 松装密度（容积密度）与颗粒密度 真密度（理论密度）与表观密度（开孔、闭孔）1.3.2 粉体的摩擦性质 摩擦角表征颗粒群从运动状态变为静止状态所形成的角。 一、安息角与粉体流动性 安息角是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。用来衡量和评价粉体的流动 性。 二、内摩擦角 极限应力状态下剪应力与垂直应力的关系。 库伦定律与库伦粉体 三、壁摩擦角与滑动角 壁摩擦角表示粉体层与体壁面之间的摩擦特性。 滑动角表示单一粒子与壁面的摩擦。1.3.3 粉体压缩性与成型性粉体压缩性粉体在压制过程中被压紧的能力。成型性粉末压制后，压坯保持既定形状的能力。表示方法： 粉体压缩性以一定单位压制压力（500MPa）下粉末所达到 的压坯密度表示，或用压坯密度随压制压力变化 的曲线表示。 成型性用粉末得以成型的最小单位压制压力表示，或以压 坯的强度来衡量。 在面积很大的粉体上置一圆柱体，施加压力时粉体层的压力分布为Boussinesb球头形。 对于用冲头和冲模加压时，则要考虑壁面的影响。图示2 为粉体试料填充在53mm的圆柱体模具中，用50t 水压机加压至约200Mpa时等压线和等填充率线。由图中可以看到，沿压坯中轴线，粉体层的中部和下部压力最大，压得最密实。中心轴（等压线（）（等填充线率（ ）中心轴