分體工程基礎(chǔ)

1、分體工程基礎(chǔ)第1頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一1、粉體是生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)氣、固、液實(shí)際生產(chǎn)中，常以顆粒形態(tài)存在具有一定結(jié)構(gòu)形狀、幾何尺度、特定功能的固體單元粉體研究的意義? 第2頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一大的表面積宏觀連續(xù)性物質(zhì)的特殊存在形式！ 2、粉體的特殊性液體流動(dòng)性氣體可壓縮性固體抗變形能力粉體第3頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一3、涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛第4頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第5頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一顆粒粉體 粉體通常是

2、指粉末質(zhì)粒與質(zhì)粒之間的間隙所構(gòu)成的集合體。顆粒是粉體材料的組成單元！粉體的概念? 顆粒 Fine particle從個(gè)體顆粒出發(fā)，稱為顆粒學(xué) 粉體 Powder從集合粉體出發(fā)，稱為粉體工程學(xué)都屬于粉體研究范疇!第6頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一 粉末的分類粗粉（150500m）中粉（40150m）細(xì)粉 （1040m）極細(xì)粉體 （0.510m）超細(xì)粉體 （ 0.5m）納米粉體 （ 0.1m）粉 末第7頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一本章主要內(nèi)容1、粉體顆粒大?。６取⒘剑┑谋碚髋c測(cè)量2、顆粒形狀的表征與測(cè)量3、粉體的工藝特性與測(cè)量4、其它物

3、理特性兩大表征參數(shù)：1）平均粒度、粒度分布2）顆粒形狀四大工藝特性：1）流動(dòng)性2）填充性3）壓縮性4）成型性問題團(tuán)聚材料的機(jī)械、物理和化學(xué)性質(zhì)描述了組成材料的物質(zhì)組態(tài)的基本特性第8頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第一節(jié) 粉體的表征與測(cè)量粉體工程基礎(chǔ)第9頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一直徑D直徑D、高度H？顆粒的大小如何表征？ 粒徑與粒度：粉體的粒徑具有統(tǒng)計(jì)特征，而不是對(duì)單個(gè)顆粒的尺寸。所以，一般將顆粒的平均大小稱為粒度。習(xí)慣上可將粒徑和粒度二詞通用。第10頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一1）篩分徑2）幾何學(xué)粒徑 根據(jù)

4、幾何學(xué)尺寸定義的粒子徑。 軸徑 （二軸徑、三軸徑）投影徑 （定向徑）當(dāng)量徑（有效徑）一般用顯微鏡法、庫爾特計(jì)數(shù)法、篩分法等測(cè)定。1、粒徑第11頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一 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 。 1）篩分徑第12頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一高度h：顆粒最低勢(shì)能態(tài)時(shí)正視投影圖的高度寬度b：顆粒俯視投影圖的最小平行線夾距長(zhǎng)度l：顆粒俯視投影圖中與寬度方向垂直

5、的平行線夾距2）幾何學(xué)粒徑三軸徑hbl三軸幾何平均徑： 與顆粒外接長(zhǎng)方體體積相等的立方體的棱長(zhǎng)第13頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一定向徑：沿一定方向的顆粒的一維尺度。3）幾何學(xué)粒徑定向徑（投影徑） S1S2定方向徑定方向等分徑定向最大徑 定 義 沿一定方向測(cè)得顆粒投影的兩平行線的距離。 沿一定方向?qū)㈩w粒投影像面積等分的線段長(zhǎng)度 定向最大徑 沿一定方向測(cè)定顆粒投影像所得最大寬度的線段長(zhǎng)度 定方向徑定方向等分徑粒徑名稱第14頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一顆粒與球或投影圓有某種等量關(guān)系的球或投影圓的直徑4）幾何學(xué)粒徑當(dāng)量徑等效圓球體積直徑第15

6、頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一等效體積直徑等效表面積直徑等效重量直徑最短直徑最長(zhǎng)直徑等效沉降速率直徑篩分直徑第16頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一2、平均粒徑粒度（中值徑）D20 D90在累積分布中累積值正好為50%所對(duì)應(yīng)的粒子徑，常用D50表示。第17頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一 由于實(shí)際粉體大都由粒度不等的顆粒組成，所以它就存在一個(gè)粒度分布范圍，簡(jiǎn)稱粒度分布。 粒度分布通常用簡(jiǎn)單的圖表或函數(shù)形式來表示。 3 、粉體的粒度分布 1）頻度分布（微分型）：用橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)表示各粒徑對(duì)應(yīng)的顆粒百分含量（個(gè)數(shù)

7、或質(zhì)量）。 2）累積分布（積分型）：用橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)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(zhǔn)采用個(gè)數(shù)基準(zhǔn)和質(zhì)量基準(zhǔn)）第18頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第19頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一 4、粒度分析測(cè)試方法統(tǒng)計(jì)方法：代表性強(qiáng), 動(dòng)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(xué)方法（激光、X光）0.001-3500微米非統(tǒng)計(jì)方法分辨率高，代表性差, 動(dòng)態(tài)范圍窄重復(fù)性差。顯微鏡方法光學(xué) 1微米-電子 0.001微米-第20頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星

8、期一國際標(biāo)準(zhǔn)篩制：Tyler(泰勒)標(biāo)準(zhǔn) 單位：目目數(shù)為篩網(wǎng)上1英寸（25.4mm）長(zhǎng)度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù) (a，d單位mm)25.4ad 1）篩分析法 （40m）第21頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第22頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一標(biāo)準(zhǔn)篩也可用于計(jì)算粒度分布。超聲波震動(dòng)篩電動(dòng)振動(dòng)篩第23頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一t=0t=t1t= t2t=t3光吸收率時(shí)間t1t2t302）沉降法法粒度測(cè)試測(cè)量原理 重力沉降 10300m 離心沉降 0.0110m 是通過檢測(cè)顆粒在液體內(nèi)的沉降速度計(jì)算出顆粒粒度的方法。通常用在液

9、面下某一深度處測(cè)量懸浮液濃度的變化率來間接地判斷顆粒的沉降速度，進(jìn)而測(cè)量樣品的粒度分布。光透過法第24頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一3）顯微鏡 采用定向徑方法測(cè)量光學(xué)顯微鏡 0.25250m電子顯微鏡 0.0015m 掃描（SEM）； 透射（TEM）：0.01m以下測(cè)量原理！第25頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第26頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一掃描電鏡第27頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第28頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第29頁，共61頁，2022年，

10、5月20日，19點(diǎn)29分，星期一空腔第30頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一透射電鏡(TEM)表征圖2 TiO2納米粒子的TEM第31頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一4）光衍射法粒度測(cè)試 激光衍射 0.05500m X光小角衍射 0.0020.1m 激光束在無阻礙狀態(tài)下的傳播示意圖不同粒徑的顆粒產(chǎn)生不同角度的散射光第32頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一激光衍射法原理圖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第33頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一/第34頁，共61頁

11、，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一5、顆粒的形狀角 狀針 狀樹 枝 狀纖 維 狀片 狀粒 狀球 狀不規(guī)則狀 粉體形狀 顆粒形狀：第35頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第36頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第37頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第38頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第39頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第40頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一與顆粒等體積的球的表面積與顆粒的表面積之比1）球形度一些規(guī)則形狀體的球形度：

12、第41頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一扁平度延伸度2）扁平度m與延伸度nhbl第42頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一 顆粒的幾何特征Q(如面積、體積等)與某種規(guī)定的粒度的粒徑的相應(yīng)次方關(guān)系的形狀因子，其數(shù)值表征了顆粒形狀對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)形狀的偏離。3）形狀系數(shù)k即為形狀系數(shù)表面形狀因子(j表示征對(duì)于該種粒徑的規(guī)定)體積形狀因子比表面積形狀系數(shù)第43頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第二節(jié) 粉體的特性粉體工程基礎(chǔ)第44頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一1、流動(dòng)性2、填充性（松裝、振實(shí)密度）3、壓縮性4、成

13、形性 一、粉末的工藝性能第45頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一1、流動(dòng)性測(cè)量：50克粉末從標(biāo)準(zhǔn)的流速漏斗流出所需的時(shí)間,單位為秒50克，其倒數(shù)是單位時(shí)間內(nèi)流出粉末的重量，俗稱為流速。第46頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一 粉體的填充性是指粉末顆粒在空間中的排列狀況及在容器中的充實(shí)性。1）顆粒的堆積2、填充性原填充填充的小球半徑混合填充的氣孔率混合比（容積%）接觸點(diǎn)氣孔率原球小球647.640.723R71.171.928.1839.540.528R30.6787.912.11225.950225R19.091.58.574%63.7%空隙填入

14、無限個(gè)小球，孔隙率越來越??？第47頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一2）特性參數(shù)松裝密度： 粉末試樣自然填充規(guī)定的容器時(shí)，單位容器內(nèi)粉末的質(zhì)量，克/厘米3。-規(guī)定值搖實(shí)密度： 高20-50%填充率： （） %=填充的顆粒體積/粉體填充體積氣孔（空隙）率：（）=1- 第48頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一 代表粉末在壓制過程中被壓緊的能力。在標(biāo)準(zhǔn)的模具中在規(guī)定的潤(rùn)滑條件下加以測(cè)定，用規(guī)定的單位壓力下粉末所達(dá)到的壓坯密度表示。通常也可以用壓坯密度隨壓制壓力變化的曲線圖表示。 壓縮比： 松裝粉末的高度與成型坯體高度之比。3、壓縮性第49頁，共61頁，

15、2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一第50頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一 成形性是指粉末壓制后，壓坯保持既定形狀的能力，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(qiáng)度來衡量。 壓制性：是壓縮性和成形性的總稱。4、成形性第51頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一1、粉體的能量（大的表面能）2、粉體顆粒間的作用力3、粉體顆粒的團(tuán)聚二、粉體的基本物理特性第52頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一2、粉體顆粒間的作用力1）分子間引力2）顆粒間的異性靜電引力3）固相橋聯(lián)力4）附著水分的毛細(xì)管力5）磁性力6）顆粒表面不

16、平滑引起的機(jī)械咬合力第53頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一3、粉體顆粒的團(tuán)聚納米粉體的團(tuán)聚是指原生的納米粉體顆粒在制備、分離、處理及存放過程中相互連接形成的由多個(gè)顆粒形成的較大的顆粒團(tuán)簇的現(xiàn)象。軟團(tuán)聚硬團(tuán)聚1）分子間引力2）顆粒間的異性靜電引力1）化學(xué)鍵、氫鍵2）表面原子擴(kuò)散3）附著水分的毛細(xì)管力4）液相、固相橋聯(lián)力第54頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一一次顆粒：粉體中能夠分開，并獨(dú)立存在的最小實(shí)體稱為單顆粒，又稱原始顆粒。 二次顆粒：是指粘附于一體的一次顆粒與彼此之間形成的孔隙所構(gòu)成的聚合體。 通常所測(cè)試的粒子尺寸即屬二次顆粒的粒徑。第55

17、頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一透射電鏡(TEM)表征TiO2納米粒子的TEM第56頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一P Z T 壓電陶瓷制備中的粉體團(tuán)聚控制（1）控制晶粒長(zhǎng)大 保證成核速率大于生長(zhǎng)速率（過冷度）（2）制備過程中抑制團(tuán)聚 a：選擇合理的反應(yīng)條件（如PH值、反應(yīng)濃度、溫度） b：粉體干燥特殊處理：（超臨界、冷凍干燥、紅外干燥） （消除具有巨大表面張力的氣 - 液界面） c: 降低煅燒溫度（3）后處理消除團(tuán)聚沉積或沉降、研磨和超聲波處理、加入分散劑等第57頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一習(xí)題1、粉體的概念？2、粉末粒度測(cè)試方法分類以及不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)？3、為何要研究粉末的流動(dòng)性與填充性？ 如何表征或通常采用何種參量表征？第58頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一謝謝大家！第59頁，共61頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)29分，星期一規(guī) 律： 成形性好的粉末，往往壓縮性差；相反，壓縮性好的粉末，成形性差。例如：松裝密度高的粉末，壓縮性雖好，但成形性差； 細(xì)粉末的成形性好，而壓縮性卻較差。壓縮性影響因素：塑性、顯微硬度。例如：金屬粉體退火后塑性提高，壓縮性好； 有合金雜質(zhì)