粉末冶金-第三章-粉體表征

李長(zhǎng)青

粉末冶金

授課人：李長(zhǎng)青單位：材料學(xué)院材料學(xué)院3樓非金屬材料工程教研室電話-Mail:llchangqing@163.com成績(jī)?cè)u(píng)定準(zhǔn)則出勤及平時(shí)表現(xiàn)30％作業(yè)20％實(shí)驗(yàn)10％期末考試40％缺席4次及以上者,此次課成績(jī)?nèi)∠n程類(lèi)別：選修課適用專(zhuān)業(yè)：無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)時(shí)：28使用教材參考教材參考教材第三章粉末的性能及其測(cè)定§3.1概述

粉體是粉體冶金學(xué)研究的基本對(duì)象。工業(yè)生產(chǎn)單元操作過(guò)程中所處理的物料，因其物質(zhì)種類(lèi)千差萬(wàn)別，粒子的形成方式不同，所以其各種性質(zhì)也不相同。而這些性質(zhì)與有關(guān)的單元操作過(guò)程密切相關(guān)，直接影響這些過(guò)程的正常進(jìn)行，巳直接影響原料、半成品及成品的質(zhì)量。

顆粒粉體第三章粉末的性能及其測(cè)定§3.1概述3.2.1粉末體定義和粉末體顆粒粉末體簡(jiǎn)稱(chēng)粉末或粉體(powder)，通常是指由大量的固體顆粒及顆粒間的空隙所構(gòu)成的集合體。而組成扮末體的最小單位或個(gè)體稱(chēng)為粉末顆粒(powderparticle)，簡(jiǎn)稱(chēng)顆粒，其大小一般小于1000μm。粉末體實(shí)際上是由大量的固體顆粒組成的一種分散體系。其他的多顆粒體系還包括霧滴和氣泡群?！?.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其測(cè)定§3.2粉末及粉末性能

聚集顆粒示意圖

第三章粉末的性能及其測(cè)定3.2.1粉末體定義和粉末體顆粒一次顆粒之間形成一定的粘結(jié)面，在二次顆粒內(nèi)存在一些微細(xì)的孔隙。一次顆?；騿晤w?？赡苁菃尉ьw粒，而更普遍情況下是多晶顆粒，但晶粒間不存在空隙。多數(shù)場(chǎng)合下，顆粒與鄰近的顆粒粘附，并且有時(shí)形成鏈狀或更復(fù)雜的形狀。顆粒間的粘附力，據(jù)拉提（Latty）和克拉克(Clark)計(jì)算，比范德華引力大得多，而接近電荷的庫(kù)侖引力?！?.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其測(cè)定3.2.1粉末體定義和粉末體顆粒二次顆粒是由單顆粒以某種方式聚集而成，通常由化合物的單晶體或多晶體經(jīng)分解、焙(bei)燒、還原、置換或化合等物理化學(xué)反應(yīng)并通過(guò)相變或晶型轉(zhuǎn)變而形成；也可以由極細(xì)的單顆粒通過(guò)高溫處理(如煅燒，退火)燒結(jié)而形成。§3.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其測(cè)定§3.2粉末及粉末性能3.2.1粉體粒徑和粉末體的定義Fineparticle顆粒從個(gè)體顆粒出發(fā)，稱(chēng)為顆粒學(xué)Powder粉體從集合粉體出發(fā)，稱(chēng)為粉體工程學(xué)第三章粉末的性能及其測(cè)定3.2.2粉末顆粒構(gòu)造和表面狀態(tài)粉末顆粒實(shí)際構(gòu)造的復(fù)雜性還表現(xiàn)為晶體的嚴(yán)重不完整性，即存在許多結(jié)晶缺陷，如空隙、畸變、夾雜等。因此，粉末總是貯存有較高的晶格畸變能，具有較高的活性。

§3.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其測(cè)定3.2.2粉末顆粒構(gòu)造和表面狀態(tài)§3.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其測(cè)定開(kāi)孔閉孔氧化物3.2.3粉末性能§3.2粉末及粉末性能第三章粉末的性能及其測(cè)定粉體的基本性質(zhì)

粉體的幾何形態(tài)性質(zhì)

粉體的力學(xué)性質(zhì)

粉體的物理化學(xué)性質(zhì)

3.3.1粉體取樣§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定插入式取樣器

3.3.1粉體取樣§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定Snorkel型取樣設(shè)備

3.3.1粉體取樣§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定四分法分樣器

3.3.2化學(xué)成分檢測(cè)§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定粉末的化學(xué)成分菲水滴定法/氫損值酸不溶物法/鐵粉鹽酸不溶物

3.3.2化學(xué)成分檢測(cè)§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定菲水滴定法/氫損值金屬粉末的試樣在純氫氣中煅燒足夠長(zhǎng)時(shí)間，粉末中的氧被還原成水蒸氣，某些元素與氫生成揮發(fā)性的化合物，與揮發(fā)性金屬一同排除，測(cè)得試樣粉末的相對(duì)質(zhì)量損失，稱(chēng)為氫損。

3.3.2化學(xué)成分檢測(cè)§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定酸不溶物法/鐵粉鹽酸不溶物

金屬粉末中在溶解金屬的無(wú)機(jī)酸中不溶的非金屬。在銅粉中，這種不溶物有二氧化硅、不溶性硅酸鹽、氧化鋁、粘土及其他耐火材料。不溶性材料中也可能含有硫酸鉛。在鐵粉中，除了上述銅粉中含有的物質(zhì)以外，其不溶物中可能有碳化物。§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定粉末的形狀規(guī)則形狀

不規(guī)則形狀§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定粉末顆粒的形狀

Feret

徑§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定Martin徑§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定hblHeywood徑§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定a1篩分徑圖示

a2§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定等表面積球當(dāng)量徑與顆粒等表面積球的直徑§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定等體積球當(dāng)量徑與顆粒同體積球的直徑?！?.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定Stoke徑Re<1與顆粒相同沉降速度的球的直徑?！?.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定當(dāng)量表面S=πd2=kd2V=πd3/6=Md3當(dāng)量體積形狀系數(shù)=K/M=π/(π/6)=6§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定§1.1粉體顆粒的粒徑與形狀1.1.5顆粒的形狀形狀系數(shù)/形狀因子形狀系數(shù)=？

第三章粉末的性能及其測(cè)定第三章粉末的性能及其測(cè)定§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀第三章粉末的性能及其測(cè)定第三章粉末的性能及其測(cè)定§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.3顆粒形狀(a)(b)(c)(d)制備的粉體SEM形貌

第三章粉末的性能及其測(cè)定§3.3金屬粉末的取樣和分樣3.3.4粉末的粒度及其測(cè)定幾何形體的投影圖

3.3.4顆粒形狀§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定累積分布曲線

3.3.4顆粒形狀§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定累積分布曲線

3.3.4顆粒形狀§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定粒度分布曲線的幾何類(lèi)型

不規(guī)則尺寸d的重量%粉體顆粒尺寸d多模尺寸d的重量%粉體顆粒尺寸d尺寸d的重量%寬化粉體顆粒尺寸d標(biāo)準(zhǔn)(單模)尺寸d的重量%粉體顆粒尺寸d§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.4顆粒形狀§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.4顆粒形狀3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定粒度分布曲線的幾何類(lèi)型

篩分析法3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定粒度分布曲線的幾何類(lèi)型

篩分析法012345678910

直線測(cè)微尺

網(wǎng)絡(luò)測(cè)微尺

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法顯微鏡法12345671234567§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法顯微鏡法定向徑定向等分徑投影面積徑最大水平截距§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法顯微鏡法垂直投影法測(cè)量粒度

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法顯微鏡法dddddddddd線性分割法測(cè)量粒度

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法顯微鏡法第二章粉末的表征與測(cè)量§1.2粉末粒徑測(cè)量1.2.2顯微鏡法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§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法激光衍射法

激光器接收器攪拌器探測(cè)器樣品槽泵打印機(jī)處理器§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法激光衍射法

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法激光衍射法

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法激光衍射法

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法激光衍射法

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法庫(kù)爾特計(jì)數(shù)器原理圖

計(jì)數(shù)器法

顆粒受力分析FeFDFb§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法沉降分析法

沉降速度：

黏性阻力區(qū)Re<1;

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法沉降分析法

黏性阻力區(qū)Re<1;

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法沉降分析法

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法沉降分析法

沉降分析

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法沉降分析法

比濁儀的結(jié)構(gòu)示意圖

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法沉降分析法

比濁儀的結(jié)構(gòu)示意圖

第一章粉末的表征與測(cè)量§1.2粉末粒徑測(cè)量1.2.4重量沉降光透法重力沉降光透法基本原理ClAII0§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法沉降分析法

比濁儀測(cè)試粒度原理§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法淘析法

水力分級(jí)器原理

§3.3金屬粉末的取樣和分樣第三章粉末的性能及其測(cè)定3.3.5顆粒粒度的測(cè)定方法淘析法

離心淘析原理

§3.4粉末的比表面及其測(cè)定第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法尺寸效應(yīng)法是根據(jù)粉末粒度組成和形狀系數(shù)計(jì)算表面積的一種方法。如以f為表面形狀系數(shù)、k為體積形狀系數(shù)，ρc為顆粒有效密度，dsv為體面積平均徑，則計(jì)算的比表面等于：比表面1g質(zhì)量的粉體所具有的表面積。m2/gcm2/g反映出吸附溶解活性的性能。第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定化學(xué)鍵力原子狀態(tài)被吸附/低溫下氣體被吸附物理吸附化學(xué)吸附范德華力分子狀態(tài)被吸附第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定單分子層覆蓋

氣體壓力吸附量P0

P0

P0

P0

P0

第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1氣體吸附法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定單分子層覆蓋

第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定單分子層覆蓋

第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定單分子層覆蓋

單分子層覆蓋

第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定P/VPk=第三章粉末的性能及其測(cè)定單分子層覆蓋

3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定

多分子層BET公式第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定

多分子層BET公式第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定BET比表面積是BET比表面積測(cè)試法的簡(jiǎn)稱(chēng)，該方法由于是依據(jù)著名的BET理論為基礎(chǔ)而得名。BET是三位科學(xué)家（Brunauer、Emmett和Teller）的首字母縮寫(xiě)，三位科學(xué)家從經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論推導(dǎo)出的多分子層吸附公式基礎(chǔ)上，即著名的BET方程，成為了顆粒表面吸附科學(xué)的理論基礎(chǔ)，并被廣泛應(yīng)用于顆粒表面吸附性能研究及相關(guān)檢測(cè)儀器的數(shù)據(jù)處理中。

多分子層BET公式EdwardTeller,PaulEmmettandStephenBrunauer,ca.1960s

第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定

多分子層P/(V(P0-P))P/P0k=a=第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定P/(V(P0-P))P/P0k=a=第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定P/(V(P0-P))P/P0k=a=

多分子層

S=VmNAAm/(22400W)第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.1粉體的堆積性質(zhì)§3.5金屬的工藝性能空隙率ε=1-Φ填充率Φ=1-ε空隙率ε=1-Φ填充率Φ=1-ε第三章粉末的性能及其測(cè)定3.4.1顆粒粒度的測(cè)定方法§3.4粉末的比表面及其測(cè)定粉末的堆積形狀等徑球形堆積

立方

單斜第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.1粉體的堆積性質(zhì)§3.5金屬的工藝性能粉末的堆積形狀等徑球形堆積雙斜棱錐

第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.1粉體的堆積性質(zhì)§3.5金屬的工藝性能粉末的堆積形狀不等徑球形堆積0.1550.2250.4140.7321.0000.190.2070.26ε第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.1粉體的堆積性質(zhì)§3.5金屬的工藝性能量杯漏斗第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.2金屬粉末的松裝密度與振實(shí)密度的測(cè)定§3.5金屬的工藝性能第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.2金屬粉末的松裝密度與振實(shí)密度的測(cè)定§3.5金屬的工藝性能測(cè)量筒凸輪導(dǎo)套鋼砧固定套與導(dǎo)桿第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.2金屬粉末的松裝密度與振實(shí)密度的測(cè)定§3.5金屬的工藝性能比重瓶第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.3金屬粉末有效密度的測(cè)定§3.5金屬的工藝性能比重瓶第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.3金屬粉末有效密度的測(cè)定§3.5金屬的工藝性能浸潤(rùn)液體粉體吊斗懸絲第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.2金屬粉末的松裝密度與振實(shí)密度的測(cè)定§3.5金屬的工藝性能第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5.2金屬粉末的松裝密度與振實(shí)密度的測(cè)定§3.5金屬的工藝性能粉體質(zhì)量粉體質(zhì)量粉體質(zhì)量-

粉體浮力第三章粉末的性能及其測(cè)定3.5