粉体学历史及意义

颗粒粉碎、混合、分离、筛分、过滤、成形、烧结、 固体粉体干燥等； 计量投料、卸料、散料输送、仓储设备、真空装置、 管道技术、回收设备、包装和填充、称重设备、成形设 备等
粉体是什么 粉体与颗粒的关系
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绪
论
颗粒
粉 体
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Fine particle
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行
化 食 颜 能 电 建
业
工 品 料 源 子 材
用
途
涂料、油漆、催化剂、原料处理 粮食加工、调味料、保健食品、食品添加剂 偶氮颜料、氧化铁系列颜料、氧化铬系列 煤粉燃烧、固体火箭推进剂、水煤浆 电子浆料、集成电路基片、电子涂料、荧光粉 水泥、建筑陶瓷生产、复合材料、木粉 梯度材料、金属与陶瓷复合材料、颗粒表面改性 脱硫用超细碳酸钙、固体废弃物的再生利用、粉状污水处理剂 粒度砂、微粉磨料、超硬材料、固体润滑剂、铸造型砂
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学 科 建 设
a) 20 世 纪 50 年 代 ， Rumpf 教 授 在 德 国 卡 尔 斯 鲁 厄 （Karlsruhe）大学化工机械系开展粉体工程的 教学活动 b) 20世纪60年代，Williams博士在英国布拉德福德 （Bradford）大学化工系建立粉体技术研究生院 （Graduate School of Post-graduate Studies in Powder Technology）：本科、研究生、企业 技术人员培训；并创刊 《粉体技术》（Powder Technology）杂志
粉体成形技术
李生娟
Tel:55271708 Email:usstshenli@usst.edu.cn
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– 社会经济产品分四类：
• • • •
• 国际标准化组织（ISO）认定：
硬件产品（Hardware） 形态为主的材料 软件产品（Software） 流程性材料产品（Processed material） 服务产品（Service）
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2）节能降耗，促进粉体加工技术的发展。
涉及：粉体加工机械、化学加工过程、高温处理过程等，所需 能量相当大。 例如： s 建材、化工、冶金中微细粉体加工设备－球磨机，目前的有效 能量利用率仅为2％～4％左右；对粉碎机理研究、改进设计、 新型的粉磨机械开发，提高效率。 s 化学方法加工成本昂贵，有污染（纳米粉体加工的主要方法）
以流体（气、液、粉粒体等）
• 材料成形与控制工程专业－－
– 流程性材料产品的先进制造技术的人才培养 – 理论基础：材料学、化学、物理学、机械学、固体力学、 流体力学、热力学、电工电子学和信息技术科学 等
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“粉体工程”是一门跨学科、跨技术的综合 性技术学科,与基础学科、工程应用广泛联 系。 – 涉及粉体制备、粉体材料的性能及表征 – 涉及工程设备及基本工艺
精细陶瓷 环 机 保 械
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一、粉体学科研究历史
1) 新石器时代：第一种人造材料－陶瓷问世。 2) 明代：宋应星《天工开物》－介绍了原始的粉体工艺加工过程。 3) 国外从20世纪30年代开始“颗粒学”的研究 （专著的出版和学科的建设） 4）20世纪80年代以来，微米、超细颗粒的制备与应用成为热门 研究课题。 5）20世纪90年代以来，纳米材料的制备与应用赋予了颗粒学新 的生命，纳米科学和技术已成为全世界材料、物理、化学、生 物、力学等多学科的研究热点及前沿之一。颗粒学成为了一门 多学科交叉的尖端学科。
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c）20世纪70年代20多个跨国公司集资成立“国际细 粉 学 会 ” （ International Fine Particle Research Institute） d） ２０世纪８０年代中科院过程工程研究所郭慕 孙院士建议下成立了“中国颗粒学会” e） ２０世纪９０年代起，美国化学工程师学会每 四年举办一次“颗粒技术论坛”
s 20世纪80年代对美、加拿大与粉体相关工厂调研得到结论：
2/3工厂的运行负荷<90%设计负荷；1/3工厂<60％设计负 荷； 80年代的设计水平相当于60年代的设计水平
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3）新材料的研发
超硬、超强、超导、超纯、超塑等新型材料。 材料极端参数的利用――新型材料； 材料颗粒粒度细化到纳米级再组合――新型材料 不导电的陶瓷―－处理得到零电阻――超导陶瓷
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三、粉体工程研究的目的
1) 提高产品的质量与控制水平
粉体颗粒的大小及粒度分布对产品质量的影响很大。 例如： s 传统材料中的水泥，粗细颗粒的比例、形状对产品性能有极大 影响。其中，水泥的粒度直接影响着水泥的凝结、水化、硬 化和强度等物理性能。 s 医药工业中的某些药剂：细化药剂颗粒改变其用量和吸收性。 磁性药剂。 s 颜料：颗粒细化到≈（0.4-0.5）倍可见光波长（380—780nm） 时，颗粒对入射光的散射能力最强，较高的遮盖力；小于此 值时，因发生光的衍射，遮盖力下降，具有透明性。 s 复印机所用的墨粉：其中6～20um的颗粒应占到75％以上， <此值复印时变黑；>此值，字体复印不上去 • 玻璃防霉粉---流动性（粉体颗粒的大小、形状、配比）
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参考书籍
1. 熊春林，粉体材料成形设备与模具设计，化学工业出版社， 2007.1 2. 吴成义,粉体成形力学原理，冶金工业出版社，2003.9 3. 谢洪勇，《粉体力学与工程》，化学工业出版社，2003. 4. 卢寿慈，《粉体加工技术》，中国轻工业出版社，2002年 5. 卢寿慈主编，《粉体技术手册》，化学工业出版社,2004
超导
力学 免疫学
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尘埃粒子
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绪 论 牙齿
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中国科学院化学所的科技 人员利用纳米加工技术在 石墨表面通过搬迁碳原子 而绘制出的世界上最小的 中国地图
1990年，IBM公司的科学家在金 属镍表面用35个惰性气体氙原子 组成“IBM”三个英文字母。
6. 张长森等编著，《粉体技术及设备》，华东理工大学出版社， 2007
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粉体专业专著的出版
a) 1943年，美国学者J.M.Dallavalle 出版了世界 上第一部颗粒学专著《Micromeritics》（微晶粒学， 粉末工艺学） b) 1960年，德国学者I.R.Meldau编写了《Handbuch der Staubtechnik》 c) 1966 年 ， Dallavalle 的 学 生 Orr 又 出 版 了 《Particulate Technology》 d) 1979年，日本学者久保、中川、早川合编了《粉 体-理论与应用》 e) 1981年，日本的三轮茂雄编著了《粉体工学通论》
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二、粉体工程研究的内容
大气中的尘埃、有机粒子――环境污染控制领域； 几乎所有的工业部门都设计到粉体的处理加工过程 ――跨学科、跨行业：材料、冶金、化学工程、矿业、机械、 建筑、食品、医药、能源、电子工程等众多领域。 工艺过程――粉体的储存、输运、混合、分离、制粉、造粒、 流态化等单元操作,粉体的成形技术及设备。 • 20世纪50年代初期，粉体工程首先由战后的日本提出。因多个 工业部门、多种行业中出现粉体加工处理工艺，在行业学科缺 乏交流之时，人们对粉体技术问题的认识有隔膜，随着知识的 积累和相互融通，尤其是综合学科、边缘学科的发展，对粉体 的认识得到了升华： • 粉体――物质的一种特殊形式――新的学科：粉体工程学。
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四、授课内容安排
一、粉体成形技术的原理知识 颗粒、粉体的物性（尺寸、形状、颗粒间的相互作用力、 团聚性、可压缩性、安息角、摩擦性、流动性等） 颗粒、粉体的性能表征 粉体成形原理 二、粉体材料的制备及单元操作 粉体的制备（气相法、液相法、固相法） 粉体的单元操作（造粒，分离，分级，储存，输运等） 三、粉体材料的成形及成形设备 压力成形（冷压成形、温加热成形、高温成形） 无压成形（泥浆浇注、离心浇注、塑坏成形、泥浆喷射 沉积、电铸成形）
颗粒
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从个体颗粒出发，称为颗粒学 Powder 粉体
从集合粉体出发，称为粉体工程学
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粉体工程所涉及的行业
行 业
农 矿 冶 橡 塑 造 印 药 业 业 金 胶 料 纸 刷 物
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用
途
粮食加工、化肥、粉剂农药、饲料、人工降雨催凝剂 金属矿石的粉碎研磨、非金属矿深加工、低品位矿物利用 粉末冶金、冶金原料处理、冶金废渣利用、硬质合金生产 固体填料、补强材料、废旧橡胶制品的再生利用 塑料原料制备、增强填料、粉末塑料制品、塑料喷涂 造纸填料、涂布造纸用超细浆料、纤维状增强填料 油墨生产、铜金粉、喷墨打印墨汁、激光打印和复印碳粉 粉剂、注射剂、中药精细化、定向药物载体、喷雾施药
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学科
电子学 磁学 光学
特征参数
电子波波长； 平均自由程； 隧道效应 磁畴壁 量子阱 迈斯纳穿透深度； 库柏电子对长度 位错作用区域； 晶界 分子识别
特征尺寸
10～100nm； 1～100nm； 1～10nm 10～100nm 1～100nm 1～100nm； 0.1～10nm 1～1000nm； 1～10nm 1～10nm