《粉末工程》課件-1 緒論

1緒論2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45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(guò)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(kāi)發(fā)超硬、超強(qiáng)、超導(dǎo)、超純、超塑等新型材料的研發(fā)。6

Akindoftechnologyandscienceemphasesthecharacterizationandpreparationofpowder,andpowder-handingoperation.

即：粉末檢測(cè)，粉末制備，粉體加工過(guò)程單元操作。粉體工程是一門(mén)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(guò)機(jī)械力的作用使顆粒由大變小，進(jìn)而微細(xì)化來(lái)制備粉體，即自上而下（topdown）法。另一類是合成法，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或相變，經(jīng)歷晶核形成和生長(zhǎng)兩個(gè)過(guò)程形成固體粒子來(lái)制備粉體，即自下而上（bottomup）法。8

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9粉末制備—裝置等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置球形ZrO2粉末10粉體加工過(guò)程單元操作粉碎－分級(jí)－收塵粉碎－收塵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1.1.3粉體制備技術(shù)與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展12粉體工程涉及的領(lǐng)域礦業(yè)資源：無(wú)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)

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①結(jié)構(gòu)陶瓷與功能陶瓷納米陶瓷

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(lái)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(guò)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(kāi)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(lái)，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。“隱身”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(guò)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(chē)膜內(nèi)部清晰明亮、隔熱率70%、可見(jiàn)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(guò)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(wú)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(méi)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。

陶瓷膜是金屬膜的更高級(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(chē)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(wèn)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(lái)，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(lái)，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(guò)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(guò)納米孔徑的膜時(shí)，就會(huì)被過(guò)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(lái)。該技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域血透中已開(kāi)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(wú)窮無(wú)盡－不存在枯竭問(wèn)題氫的熱值高，燃燒產(chǎn)物是水——零排放，無(wú)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(kāi)先河按5人座的轎車(chē)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(lái)。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(yáng)極或燃料極陰極或空氣極單電池由陽(yáng)極、陰極和固體氧化物電解質(zhì)組成，陽(yáng)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(yáng)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?？梢赃M(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(guò)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(lái)到的時(shí)候，可怕的社會(huì)問(wèn)題也許會(huì)隨之而來(lái)。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。科學(xué)家已經(jīng)可以通過(guò)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(lái)。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(guò)對(duì)粉碎過(guò)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?；瘜W(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(kāi)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