[材料科學]分體工程基礎ppt課件

1、第一章第一章粉體工程根底粉體工程根底資料工程根底資料工程根底 1 1、粉體是消費過程中的重要環(huán)節(jié)、粉體是消費過程中的重要環(huán)節(jié)氣、固、液氣、固、液實踐消費中，常以顆粒形狀存在實踐消費中，常以顆粒形狀存在具有一定構(gòu)造外形、幾何尺度、特定功能的固體單元具有一定構(gòu)造外形、幾何尺度、特定功能的固體單元粉體研討的意義粉體研討的意義? ? 液體液體流動性流動性氣體氣體可壓縮性可壓縮性固體固體抗變形能力抗變形能力粉體粉體大的外大的外表積表積宏觀宏觀延續(xù)延續(xù)性性物質(zhì)的特殊存物質(zhì)的特殊存在方式！在方式！ 2 2、粉體的特殊性、粉體的特殊性3 3、涉及到的運用領域極為廣泛、涉及到的運用領域極為廣泛顆粒顆粒粉體粉體

2、粉體通常是指粉末質(zhì)粒與質(zhì)粒之間的間隙所構(gòu)成的集合體。粉體通常是指粉末質(zhì)粒與質(zhì)粒之間的間隙所構(gòu)成的集合體。顆粒是粉體資料的組成單元！顆粒是粉體資料的組成單元！粉體的概念粉體的概念? ? 顆粒顆粒 Fine particle Fine particle從個體顆粒出發(fā)，稱為顆粒學從個體顆粒出發(fā)，稱為顆粒學 粉體粉體 Powder Powder從集合粉體出發(fā)，稱為粉體工程學從集合粉體出發(fā)，稱為粉體工程學都屬于粉體研都屬于粉體研討范疇討范疇!q 粉末的分類粉末的分類本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1、粉體顆粒大小粒度、粒徑的表征與丈量、粉體顆粒大小粒度、粒徑的表征與丈量2、顆粒外形的表征與丈量、顆粒外形的表征與

3、丈量3、粉體的工藝特性與丈量、粉體的工藝特性與丈量4、其它物理特性、其它物理特性兩大表征參數(shù)：兩大表征參數(shù)：1 1平均粒度、粒度分布平均粒度、粒度分布2 2顆粒外形顆粒外形四大工藝特性：四大工藝特性：1 1流動性流動性2 2填充性填充性3 3緊縮性緊縮性4 4成型性成型性問題問題聚會聚會資料的機械、物理和化學性質(zhì)描畫了組成資料的物質(zhì)組態(tài)的根本特性資料的機械、物理和化學性質(zhì)描畫了組成資料的物質(zhì)組態(tài)的根本特性第一節(jié)第一節(jié) 粉體的表征與丈量粉體的表征與丈量粉體工程根底粉體工程根底直徑直徑D D直徑直徑D D、高度、高度H H？顆粒的大小如何表征？顆粒的大小如何表征？ 粒徑與粒度：粉體的粒徑具有統(tǒng)計特

4、征，而不是對單個粒徑與粒度：粉體的粒徑具有統(tǒng)計特征，而不是對單個顆粒的尺寸。所以，普通將顆粒的平均大小稱為粒度。顆粒的尺寸。所以，普通將顆粒的平均大小稱為粒度。習慣上可將粒徑和粒度二詞通用。習慣上可將粒徑和粒度二詞通用。 1 1篩分徑篩分徑 2 2幾何學粒徑幾何學粒徑 根據(jù)幾何學尺寸定義的粒子徑。根據(jù)幾何學尺寸定義的粒子徑。 軸徑軸徑 二軸徑、三軸徑二軸徑、三軸徑 投影徑投影徑 定向徑定向徑 當量徑有效徑當量徑有效徑 普通用顯微鏡法、庫爾特計數(shù)法、篩分法等測定。普通用顯微鏡法、庫爾特計數(shù)法、篩分法等測定。1 1、粒徑、粒徑 又稱為細孔經(jīng)過相當徑。當粒子經(jīng)過粗篩網(wǎng)且被截留又稱為細孔經(jīng)過相當徑。當

5、粒子經(jīng)過粗篩網(wǎng)且被截留在細篩網(wǎng)上時，粗細篩孔直徑的算術(shù)或幾何平均值稱為篩在細篩網(wǎng)上時，粗細篩孔直徑的算術(shù)或幾何平均值稱為篩分徑，記作分徑，記作DADA。 算術(shù)平均值：算術(shù)平均值： 幾何平均值：幾何平均值： 在以上兩式中：在以上兩式中：aa粒子經(jīng)過的粗篩網(wǎng)直徑，粒子經(jīng)過的粗篩網(wǎng)直徑，bb截留粒子截留粒子的細篩網(wǎng)直徑的細篩網(wǎng)直徑 。2baDAabDA 1篩分徑高度高度h h：顆粒最低勢能態(tài)時正視投影圖的高度：顆粒最低勢能態(tài)時正視投影圖的高度寬度寬度b b：顆粒俯視投影圖的最小平行線夾距：顆粒俯視投影圖的最小平行線夾距長度長度l l：顆粒俯視投影圖中與寬度方向垂直的平行線夾距：顆粒俯視投影圖中與寬度

6、方向垂直的平行線夾距2 2幾何學粒徑幾何學粒徑三軸徑三軸徑hbl三軸幾何平均徑：三軸幾何平均徑： 與顆粒外接長方體體積與顆粒外接長方體體積相等的立方體的棱長相等的立方體的棱長3lbh定向徑：沿一定方向的顆粒的一維尺度。定向徑：沿一定方向的顆粒的一維尺度。3 3幾何學粒徑幾何學粒徑定向徑投影徑定向徑投影徑 S1S2定方向徑定方向徑定方向等分徑定方向等分徑定向最大徑定向最大徑 定定 義義 沿一定方向測得顆粒投影的兩平行線的間隔。沿一定方向測得顆粒投影的兩平行線的間隔。 沿一定方向?qū)㈩w粒投影像面積等分的線段長度沿一定方向?qū)㈩w粒投影像面積等分的線段長度 定向最大徑定向最大徑 沿一定方向測定顆粒投影像所

7、得最大寬度的線段長度沿一定方向測定顆粒投影像所得最大寬度的線段長度 定方向徑定方向徑定方向等分徑定方向等分徑粒徑稱號粒徑稱號顆粒與球或投影圓有某種等量關系的球或投影圓的直徑顆粒與球或投影圓有某種等量關系的球或投影圓的直徑4 4幾何學粒徑幾何學粒徑當量徑當量徑等效圓球體積直徑等效圓球體積直徑等效體積直徑等效體積直徑等效外表積直徑等效外表積直徑等效分量直徑等效分量直徑最短直徑最短直徑最長直徑最長直徑等效沉降速率直徑等效沉降速率直徑篩分直徑篩分直徑2 2、平均粒徑、平均粒徑粒度粒度中值徑中值徑D20 D90在累積分在累積分布中累積布中累積值正好為值正好為50%50%所對應所對應的粒子徑，的粒子徑，常

8、用常用D50D50表表示。示。 由于實踐粉體大都由粒度不等的顆粒組成，所以它就存在一個粒度分布范圍，簡稱粒度分布。 粒度分布通常用簡單的圖表或函數(shù)方式來表示。 3 3 、粉體的粒度分布、粉體的粒度分布 1頻度分布微分型：用橫坐標表示粒徑，縱坐標表示各粒徑對應的顆粒百分含量個數(shù)或質(zhì)量。 2累積分布積分型：用橫坐標表示粒徑，縱坐標表示小于(或大于)某粒徑的顆粒占全部顆粒的百分含量。百分含量的基準采用個數(shù)基準和質(zhì)量基準百分含量的基準采用個數(shù)基準和質(zhì)量基準 4 4、粒度分析測試方法、粒度分析測試方法統(tǒng)計方法：代表性強, 動態(tài)范圍寬，分辨率低。篩分方法 38微米- 沉降方法0.01-300微米光學方法激

9、光、X光0.001-3500微米非統(tǒng)計方法分辨率高，代表性差, 動態(tài)范圍窄反復性差。顯微鏡方法光學 1微米-電子 0.001微米-國際規(guī)范篩制：國際規(guī)范篩制：Tyler(Tyler(泰勒泰勒) )規(guī)范規(guī)范 單位：目單位：目目數(shù)為篩網(wǎng)上目數(shù)為篩網(wǎng)上1 1英寸英寸25.4mm25.4mm長度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù)長度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù)dam4.25 (a (a，d d單位單位mm)mm)25.425.4a ad d 1 1篩分析法篩分析法 40m40m表表1 1 2 2 - - 5 5 國國 內(nèi)內(nèi) 常常 用用 標標 準準 篩篩 7 7 （ 單單 位位 ： m m m m ） 目目 次次 篩篩 孔孔 尺尺 寸寸 目目

10、次次 篩篩 孔孔 尺尺 寸寸 目目 次次 篩篩 孔孔 尺尺 寸寸 8 8 1 1 0 0 1 1 2 2 1 1 6 6 1 1 8 8 2 2 0 0 2 2 4 4 2 2 6 6 2 2 8 8 3 3 2 2 3 3 5 5 4 4 0 0 2 2 . . 5 5 0 0 2 2 . . 0 0 0 0 1 1 . . 6 6 0 0 1 1 . . 2 2 5 5 1 1 . . 0 0 0 0 0 0 . . 9 9 0 0 0 0 . . 8 8 0 0 0 0 . . 7 7 0 0 0 0 . . 6 6 3 3 0 0 . . 5 5 6 6 0 0 . . 5 5 0 0

11、 0 0 . . 4 4 5 5 4 4 5 5 5 5 0 0 5 5 5 5 6 6 0 0 6 6 5 5 7 7 0 0 7 7 5 5 8 8 0 0 9 9 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 2 2 0 0 0 0 . . 4 4 0 0 0 0 0 0 . . 3 3 5 5 5 5 0 0 . . 3 3 1 1 5 5 0 0 . . 2 2 8 8 0 0 0 0 . . 2 2 5 5 0 0 0 0 . . 2 2 2 2 4 4 0 0 . . 2 2 0 0 0 0 0 0 . . 1 1 8 8 0 0 0 0 . . 1 1 6 6

12、 0 0 0 0 . . 1 1 5 5 4 4 0 0 . . 1 1 4 4 0 0 0 0 . . 1 1 5 5 0 0 1 1 3 3 0 0 1 1 5 5 0 0 1 1 6 6 0 0 1 1 9 9 0 0 2 2 0 0 0 0 2 2 4 4 0 0 2 2 6 6 0 0 3 3 0 0 0 0 3 3 2 2 0 0 3 3 6 6 0 0 0 0 . . 1 1 1 1 2 2 0 0 . . 1 1 0 0 0 0 0 0 . . 0 0 9 9 0 0 0 0 . . 0 0 8 8 0 0 0 0 . . 0 0 7 7 1 1 0 0 . . 0 0 6 6

13、 3 3 0 0 . . 0 0 5 5 6 6 0 0 . . 0 0 5 5 0 0 0 0 . . 0 0 4 4 5 5 0 0 . . 0 0 4 4 0 0 規(guī)范篩規(guī)范篩 也可用于計算粒度分布。也可用于計算粒度分布。超聲波震動篩超聲波震動篩電動振動篩電動振動篩t=0t=t1t= t2t=t3光吸收率光吸收率時間時間t1t1t2t2t3t30 02 2沉降法法粒度測試沉降法法粒度測試丈量原理丈量原理 重力沉降重力沉降 10300m 10300m 離心沉降離心沉降 0.0110m 0.0110m 是經(jīng)過檢測顆粒在液體內(nèi)的沉降速度計算出是經(jīng)過檢測顆粒在液體內(nèi)的沉降速度計算出顆粒粒度的方法

14、。通常用在液面下某一深度處顆粒粒度的方法。通常用在液面下某一深度處丈量懸浮液濃度的變化率來間接地判別顆粒的丈量懸浮液濃度的變化率來間接地判別顆粒的沉降速度，進而丈量樣品的粒度分布。沉降速度，進而丈量樣品的粒度分布。光透過法光透過法3 3顯微鏡顯微鏡 采用定向徑方法丈量采用定向徑方法丈量光學顯微鏡光學顯微鏡 0.25250m 0.25250m電子顯微鏡電子顯微鏡 0.0015m 0.0015m 掃描掃描SEMSEM； 透射透射TEMTEM：0.01m0.01m以下以下丈量原理！丈量原理！空腔 透射電鏡透射電鏡(TEM)表征表征圖圖2 TiO2納米粒子的納米粒子的TEM4 4光衍射法粒度測試光衍射

15、法粒度測試 激光衍射激光衍射 0.05500m 0.05500m X X光小角衍射光小角衍射 0.0020.1m 0.0020.1m 激光束在無妨礙形狀下的傳播表示圖激光束在無妨礙形狀下的傳播表示圖 不同粒徑的顆粒產(chǎn)生不同角度的散射光不同粒徑的顆粒產(chǎn)生不同角度的散射光激光器激光束透鏡樣品池透鏡衍射光束未衍射光束光傳感器列陣中心傳感器粉末/5 5、顆粒的外形、顆粒的外形 顆粒外形：顆粒外形：與顆粒等體積的球的外表積與顆粒的外表積之比與顆粒等體積的球的外表積與顆粒的外表積之比2SVwdd1球形度球形度一些規(guī)那么外形體的球形度：一些規(guī)那么外形體的球形度：球體 =1圓柱體（d=h） =0.877立方體

16、 =0.806正四面體 =0.671圓柱(d：h=1：10) =0.580圓板(d：h=10：1) =0.472wwwwwwnbm顆粒的高度顆粒的寬度bln顆粒的寬度顆粒的長度扁平度扁平度延伸度延伸度2 2扁平度扁平度m m與延伸度與延伸度n nhbl 顆粒的幾何特征顆粒的幾何特征Q(Q(如面積、體積等如面積、體積等) )與某種規(guī)定的粒度的與某種規(guī)定的粒度的粒徑的相應次方關系的外形因子，其數(shù)值表征了顆粒外形對粒徑的相應次方關系的外形因子，其數(shù)值表征了顆粒外形對于規(guī)范外形的偏離。于規(guī)范外形的偏離。3 3外形系數(shù)外形系數(shù)pkdQ k即為外形系數(shù)即為外形系數(shù)外表外形因子外表外形因子2jSjdS(j(

17、j表示征對于該種粒徑的規(guī)定表示征對于該種粒徑的規(guī)定) )3jVdVj體積外形因子體積外形因子VjSjSVj比外表積外形系數(shù)比外表積外形系數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 粉體的特性粉體的特性粉體工程根底粉體工程根底1 1、流動性、流動性2 2、填充性松裝、振實密度、填充性松裝、振實密度3 3、緊縮性、緊縮性4 4、成形性、成形性 一、粉末的工藝性能一、粉末的工藝性能1 1、流動性、流動性丈量：丈量：5050克粉末從規(guī)范的流速漏斗流出所需的時間克粉末從規(guī)范的流速漏斗流出所需的時間, ,單位為秒單位為秒5050克，其倒數(shù)克，其倒數(shù)是單位時間內(nèi)流出粉末的分量，俗稱為流速。是單位時間內(nèi)流出粉末的分量，俗稱為流速。 粉體

18、的填充性粉體的填充性是指粉末顆粒在空間中的陳列情是指粉末顆粒在空間中的陳列情況及在容器中的充實性。況及在容器中的充實性。1 1顆粒的堆積顆粒的堆積2 2、填充性、填充性原填充原填充填充的小填充的小球半徑球半徑混合填充混合填充的氣孔率的氣孔率混合比（容積混合比（容積%）接觸點接觸點氣孔率氣孔率原球原球小球小球647.640.723R71.171.928.1839.540.528R30.6787.912.11225.950225R19.091.58.574%63.7%空隙填入無限個小球，孔隙率越來越??？空隙填入無限個小球，孔隙率越來越小？ 代表粉末在壓制過程中被壓緊的才干。在規(guī)范的模具代表粉末在壓

19、制過程中被壓緊的才干。在規(guī)范的模具中在規(guī)定的光滑條件下加以測定，用規(guī)定的單位壓力下粉中在規(guī)定的光滑條件下加以測定，用規(guī)定的單位壓力下粉末所到達的壓坯密度表示。通常也可以用壓坯密度隨壓制末所到達的壓坯密度表示。通常也可以用壓坯密度隨壓制壓力變化的曲線圖表示。壓力變化的曲線圖表示。 緊縮比：緊縮比： 松裝粉末的高度與成型坯體高度之比。松裝粉末的高度與成型坯體高度之比。3 3、緊縮性、緊縮性 成形性是指粉末壓制后，壓坯堅持既定外形的才干，成形性是指粉末壓制后，壓坯堅持既定外形的才干，用粉末得以成形的最小單位壓制壓力表示，或者用壓坯的用粉末得以成形的最小單位壓制壓力表示，或者用壓坯的強度來衡量。強度來

20、衡量。 壓制性：是緊縮性和成形性的總稱。壓制性：是緊縮性和成形性的總稱。4 4、成形性、成形性1 1、粉體的能量大的外表能、粉體的能量大的外表能2 2、粉體顆粒間的作用力、粉體顆粒間的作用力3 3、粉體顆粒的聚會、粉體顆粒的聚會二、粉體的根本物理特性二、粉體的根本物理特性2、粉體顆粒間的作用力、粉體顆粒間的作用力1分子間引力分子間引力2顆粒間的異性靜電引力顆粒間的異性靜電引力3固相橋聯(lián)力固相橋聯(lián)力4附著水分的毛細管力附著水分的毛細管力5磁性力磁性力6顆粒外表不平滑引起的機械咬合力顆粒外表不平滑引起的機械咬合力3、粉體顆粒的聚會、粉體顆粒的聚會納米粉體的聚會是指原生的納米粉體顆粒在制備、分別、處

21、納米粉體的聚會是指原生的納米粉體顆粒在制備、分別、處置及存放過程中相互銜接構(gòu)成的由多個顆粒構(gòu)成的較大的置及存放過程中相互銜接構(gòu)成的由多個顆粒構(gòu)成的較大的顆粒團簇的景象。顆粒團簇的景象。軟聚會軟聚會硬聚會硬聚會1 1分子間引力分子間引力2 2顆粒間的異性靜電引力顆粒間的異性靜電引力1 1化學鍵、氫鍵化學鍵、氫鍵2 2外表原子分散外表原子分散3 3附著水分的毛細管力附著水分的毛細管力4 4液相、固相橋聯(lián)力液相、固相橋聯(lián)力一次顆粒：粉體中可以分開，并獨立存在的最小實體稱為單顆一次顆粒：粉體中可以分開，并獨立存在的最小實體稱為單顆粒，又稱原始顆粒。粒，又稱原始顆粒。 二次顆粒：是指粘附于一體的一次顆粒

22、與彼此之間構(gòu)成的孔隙二次顆粒：是指粘附于一體的一次顆粒與彼此之間構(gòu)成的孔隙所構(gòu)成的聚合體。所構(gòu)成的聚合體。 通常所測試的粒子尺寸通常所測試的粒子尺寸即屬二次顆粒的粒徑。即屬二次顆粒的粒徑。 透射電鏡透射電鏡(TEM)表征表征TiO2納米粒子的納米粒子的TEMP Z T 壓電陶瓷制備中的粉體聚會控制壓電陶瓷制備中的粉體聚會控制 1控制晶粒長大控制晶粒長大 保證成核速率大于生長速率過冷度保證成核速率大于生長速率過冷度 2制備過程中抑制聚會制備過程中抑制聚會 a：選擇合理的反響條件如：選擇合理的反響條件如PH值、反響濃度、溫度值、反響濃度、溫度 b：粉體枯燥特殊處置：超臨界、冷凍枯燥、紅外枯燥：粉體枯燥特殊處置：超臨界、冷凍枯燥、紅外枯燥 消除具有宏大外表張力的氣消除具有宏大外表張力的氣 - 液界面液界面 c: 降低煅燒溫度降低煅燒溫度 3后處置消除聚會后處置消除聚會 堆積或沉降、研磨和超聲波處置、參與分散劑等堆積或沉降、研磨和超聲波處置、參與分散劑等習題習題1、粉體的概念？、粉體的概念？2、粉末粒度測試方法分類以及不同方法的優(yōu)缺陷？、粉末粒度測試方法分類以及不同方法的優(yōu)缺陷