材料科學(xué)分體工程基礎(chǔ)

1、會(huì)計(jì)學(xué)1材料科學(xué)分體工程基礎(chǔ)材料科學(xué)分體工程基礎(chǔ)大的表大的表面積面積 2 2、粉體的特殊性、粉體的特殊性3 3、涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛、涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛顆粒顆粒粉體粉體 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。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。顆粒是粉體材料的組成單元！顆粒是粉體材料的組成單元！粉體的概念粉體的概念? ? 顆粒顆粒 Fine particleFine particle從個(gè)體顆粒出發(fā)，稱為顆粒學(xué)從個(gè)體顆粒出發(fā)，稱為顆粒學(xué) 粉體粉體 PowderPowder從集合粉體出發(fā)，稱為粉體工程學(xué)從集合粉體出發(fā)，稱為粉體工程學(xué)都屬于粉體研究范都屬于粉體

2、研究范疇疇!q 粉末的分類粉末的分類（ ） （ ）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）顆粒形狀）顆粒形狀四大工藝特性：四大工藝特性：1 1）流動(dòng)性）流動(dòng)性2 2）填充性）填充性3 3）壓縮性）壓縮性4 4）成型性）成型性材料的機(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)的基本特性第一節(jié)第一節(jié) 粉體的表征與測量粉體的表征與測量粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)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：粒徑與粒度：粉體的粒徑具有統(tǒng)計(jì)特征，而不是

3、對(duì)單個(gè)顆粒的尺寸。所以，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。習(xí)慣上可將粒徑和粒度二詞通用。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。2baDAabDA 1 1）篩分徑）篩分徑高度高度h h：顆粒最低勢能態(tài)時(shí)正視投影圖的高度：顆粒最低勢能態(tài)時(shí)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方向垂直的平行線夾距2 2）幾何學(xué)粒徑）幾何學(xué)粒徑三軸徑三

4、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(xué)粒徑）幾何學(xué)粒徑定向徑（投影徑）定向徑（投影徑） S1S2定方向定方向徑徑定方向等分定方向等分徑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距離。沿一定方向測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得最大寬度的線段長度沿一定方向測定顆粒投影

5、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名稱粒徑名稱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 4）幾何學(xué)粒徑）幾何學(xué)粒徑當(dāng)量徑當(dāng)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表面積直徑等效表面積直徑等效重量直徑等效重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(duì)應(yīng)所對(duì)應(yīng)的粒子徑的粒子徑，常用，常用D50D50表示。表示。

6、 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，簡稱粒度分布。圍，簡稱粒度分布。 粒度分布通常用簡單的圖表或函數(shù)形式來表示。粒度分布通常用簡單的圖表或函數(shù)形式來表示。 3 3 、粉體的粒度分布、粉體的粒度分布 1 1）頻度分布（微分型）：）頻度分布（微分型）：用橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)用橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)表示各粒徑對(duì)應(yīng)的顆粒表示各粒徑對(duì)應(yīng)的顆粒百分含量百分含量（個(gè)數(shù)或質(zhì)量）（個(gè)數(shù)或質(zhì)量）。 2 2）累積分布（積分型）：）累積分布（積分型）：用橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)用橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)表示小于表示小于(

7、(或大于或大于) )某粒徑的顆粒占全部顆粒的百分含量。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（百分含量的基準(zhǔn)采用個(gè)數(shù)基準(zhǔn)個(gè)數(shù)基準(zhǔn)和和質(zhì)量基準(zhǔn)質(zhì)量基準(zhǔn)）國際標(biāo)準(zhǔn)篩制：國際標(biāo)準(zhǔn)篩制：Tyler(Tyler(泰勒泰勒) )標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 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(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 篩篩 7 7 （ 單單 位位 ： m m m

8、 m ） 目目 次次 篩篩 孔孔 尺尺 寸寸 目目 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 .

9、 . 5 5 6 6 0 0 . . 5 5 0 0 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

10、 1 8 8 0 0 0 0 . . 1 1 6 6 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

11、 0 7 7 1 1 0 0 . . 0 0 6 6 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 標(biāo)準(zhǔn)篩標(biāo)準(zhǔn)篩超聲波震動(dòng)篩超聲波震動(dòng)篩電動(dòng)振動(dòng)篩電動(dòng)振動(dòng)篩t=0t=t1t= t2t=t3光吸收率光吸收率時(shí)間時(shí)間t t1 1t t2 2t t3 30 02 2）沉降法法粒度測試）沉降法法粒度測試測量原理測量原理 重力沉降重力沉降 1010300m300m 離心沉降離心沉降 0.010.0110m10m 是通過檢測顆粒在液體內(nèi)的沉降速度計(jì)算出顆粒粒度的方法是通過檢測顆粒在液體

12、內(nèi)的沉降速度計(jì)算出顆粒粒度的方法。通常用在液面下某一深度處測量懸浮液濃度的變化率來間接。通常用在液面下某一深度處測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)而測量樣品的粒度分布。地判斷顆粒的沉降速度，進(jìn)而測量樣品的粒度分布。光透過法光透過法3 3）顯微鏡）顯微鏡 采用定向徑方法測量采用定向徑方法測量光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡 0.250.25250m250m電子顯微鏡電子顯微鏡 0.0010.0015m5m 掃描（掃描（SEMSEM）；）； 透射（透射（TEMTEM）：）：0.01m0.01m以下以下測量原理！測量原理！空腔圖圖2 TiO2納米粒子的納米粒子的TEM4 4）光衍射法粒度測試）

13、光衍射法粒度測試 激光衍射激光衍射 0.050.05500m500m X X光小角衍射光小角衍射 0.0020.0020.1m0.1m 激光束在無阻礙狀態(tài)下的傳播示意圖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、顆粒的形狀、顆粒的形狀 與顆粒等體積的球的表面積與顆粒的表面積之比與顆粒等體積的球的表面積與顆粒的表面積之比2SVwdd1）球形度）球形度一些規(guī)則形狀體的球形度一些規(guī)則形狀體的球形度：球體 =1圓柱體（d=h） =0.877立方體 =0.806正四面體

14、 =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)定的粒度的粒徑的相應(yīng)次方關(guān)系與某種規(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。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 3）形狀系數(shù)）形狀系數(shù)pkdQ k即為形狀系數(shù)即為形狀系數(shù)表面形狀因子表面形狀因子2jSjdS(j(j表示征對(duì)于該

15、種粒徑的規(guī)定表示征對(duì)于該種粒徑的規(guī)定) )3jVdVj體積形狀因子體積形狀因子VjSjSVj比表面積形狀系數(shù)比表面積形狀系數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 粉體的特性粉體的特性粉體工程基礎(chǔ)粉體工程基礎(chǔ)1 1、流動(dòng)性、流動(dòng)性2 2、填充性（松裝、振實(shí)密度）、填充性（松裝、振實(shí)密度）3 3、壓縮性、壓縮性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(dòng)性、流動(dòng)性測量：測量：5050克粉末從標(biāo)準(zhǔn)的流速漏斗流出所需的時(shí)間克粉末從標(biāo)準(zhǔn)的流速漏斗流出所需的時(shí)間, ,單位為秒單位為秒5050克，其倒數(shù)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。是單位時(shí)間內(nèi)流出粉末的重量，俗稱為流速。 粉體的填充

16、性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。實(shí)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(diǎn)接觸點(diǎn)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(gè)小球，孔隙率越來越??？空隙填入無限個(gè)小球，孔隙率越來越小？n（）n=1- 代表粉末在壓制過程中被壓緊的能力。在標(biāo)準(zhǔn)的模具

17、中在規(guī)定的潤滑條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)定的潤滑條件下加以測定，用規(guī)定的單位壓力下粉末所達(dá)到的件下加以測定，用規(guī)定的單位壓力下粉末所達(dá)到的壓坯密度表示壓坯密度表示。通常也可。通常也可以用壓坯密度隨壓制壓力變化的曲線圖表示。以用壓坯密度隨壓制壓力變化的曲線圖表示。 壓縮比：壓縮比： 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、壓縮性、壓縮性 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，用粉末得以成形的成形的最小單位壓制壓力最小單位壓制壓力表示，或者用表示，或者用壓坯的強(qiáng)度壓坯的強(qiáng)

18、度來衡量。來衡量。 壓制性：是壓縮性和成形性的總稱。壓制性：是壓縮性和成形性的總稱。4 4、成形性、成形性1 1、粉體的能量（、粉體的能量（大的表面能大的表面能）2 2、粉體顆粒間的作用力、粉體顆粒間的作用力3 3、粉體顆粒的團(tuán)聚、粉體顆粒的團(tuán)聚二、粉體的基本物理特性二、粉體的基本物理特性n1 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(xué)鍵、氫鍵）化學(xué)鍵、氫鍵2 2）表面原子擴(kuò)散）表面原子擴(kuò)散3 3）附著水分的毛細(xì)管力）附著水分的毛細(xì)管力4 4）液相、固相橋聯(lián)力）液相、固相橋聯(lián)力通常所測試的粒子尺寸即屬二通常所測試的粒子尺寸即屬二次顆粒的粒徑次顆粒的粒徑。TiO2納米粒子的納米粒子的TEMc: 降低煅燒溫度n（3）后處理消除團(tuán)聚n沉積或沉降、研磨和超聲波處理、加入分散劑等謝謝大家！3 3、涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛、涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛直徑直徑D D直徑直徑D D、高度、高度H H？顆粒的大小如何表征