粉末的制备
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
粉末的制备
机械制粉 物理制粉 化学制粉
第一章 机械制粉法
机械研磨 气流研磨
粉末的制备
机械制粉
物理制粉
化学制粉
机械研磨 气流研磨 液体雾化 蒸发凝聚 气相沉积 还原化合 电化学法
2.1 机械研磨法
机械制粉方法的实质就是利用动能来破坏材 料的内结合力，使材料分裂产生新的界面。
能够提供动能的方法可以设计出许多种，例如有锤捣、 研磨、辊轧、等，其中除研磨外，其他几种粉碎方法主要 是用于物料破碎及粗粉制备的。
第一节 雾化制粉法
雾化法是一种典型的物理制粉方法， 是通过高压雾化介质，如气体或水强烈 冲击液流，或通过离心力使之破碎、冷 却凝固来实现的。
雾化机理
雾化 聚并 凝固
过程一：大的液珠当受到外力冲击的瞬间，破碎成 数个小液滴，假设在破碎瞬间液体温度不变，则液 体的能量变化可近似为液体的表面能增加。
提高雾化制粉效率基本准则
1、能量交换准则
提高单位时间、单位质量液体从系统中吸 收能量的效率，以克服表面自由能的增加。
2、快速凝固准则
提高雾化液滴的冷却速度，防止液体微粒 的再次聚集。
雾化制粉分类
双流雾化 指被雾化的液体流和喷射的介质流； 单流雾化 直接通过离心力、压力差或机械冲击力实现雾化
➢ 双流雾化法
气流研磨制粉的基本原则
1.动能准则： 提高粉末颗粒的动能
2.碰撞几率准则： 提高粉末颗粒的碰撞几率
由于粉末颗粒的运动是从流态气体中获得的，因此， 提高颗粒的动能必须要提高载流气体的速度。
两种办法来实现
提高气体的入口压力 气体喷嘴的气体动力学设计
通过这两种办法使喷嘴出口端的气体流速达超音速
气流研磨三种类型：
球磨制粉的基本原则
1.动能准则： 提高磨球的动能
2.碰撞几率准则： 提高磨球的有效碰撞几率
球磨制粉的基本方式
滚筒式 行星式 振动式 搅动式
滚筒式球磨
转速较低时，球料混合体与筒壁做相对滑动运动并保 持一定的斜度。随转速的增加，球料混合体斜度增加， 抬升高度加大，这时磨球并不脱离筒壁； 转速达一临界值V临1时，磨球开始抛落下来，形成了 球与筒及球与球间的碰撞； 转速增加到某一值时，磨球的离心力大于其重力，这 时磨球、粉料与磨筒处于相对静止状态，此时研磨作 用停止，这个转速被称为临界转速V临2。
在局部受反复应力作用区域产生化学反应， 如由一种物质转变为另一种物质，释放出气 体、外来离子进入晶体结构中引起原物料中 化学组成变化。
球磨制粉
球磨制粉包括四个基本要素： 球磨筒 磨球 研磨物料 研磨介质
在球磨过程中，球磨筒将机械能传递到 筒内的球磨物料及介质上，相互间产生正向 冲击力、侧向挤压力、摩擦力等，当这些复 杂的外力作用到脆性粉末颗粒上时，细化过 程实质上就是大颗粒的不断解理过程；如果 粉末的塑性较强，则颗粒的细化过程较为复 杂，存在着磨削、变形、加工硬化、断裂和 冷焊等行为，不论何种性质的研磨物料，提 高球磨效率的基本原则是一致的。
旋涡研磨 冷流冲击 流态化床气流磨
旋涡研磨
冷流冲击
夹带有粉料的高压气流通过一个称为拉瓦尔管型硬质 合金喷嘴喷向空间时，气体压力急剧下降，形成绝热 膨胀过程。这一过程会同时产生两种效应
加速效应： 加速后的气体可超过音速；
冷却效应： 气粉混合物的温度能降到零度以下。
这两点对于颗粒的粉碎十分有利，其一是颗粒的撞 击动能增大，其二是金属颗粒的冷脆性提高。
气流研磨法
通过气体传输粉料的一种研磨方法。与机 械研磨法不同的是，气流研磨不需要磨球及其 它辅助研磨介质。研磨腔内是粉末与气体的两 相混合物。根据粉料的化学性质，可采用不同 的气源，如陶瓷粉多采用空气，而金属粉末则 需要用惰性气体或还原性气体。由于不使用研 磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯度 一般比机械研磨法的要高。
流态化床气流磨
流态化床气流磨的特点：
•可获得超细粉体，并且粉末粒度均匀； •由于气体绝热膨胀造成温度下降，所以可研磨低熔点物料； •粉末不与研磨系统部件发生过度的磨损，因此粉末杂质含量少； •针对不同的性质的粉末，可使用空气、N2、Ar等惰性气体。
第二章 物理制粉法
雾化法 蒸发凝聚法
V临界2
42.4 D
D是磨筒的直径
(转 / 分)
滚筒球磨的转速应有一个限定条件
V临1< V 实际 < V临2
限定条件实际上与 又进一步开发了新的球磨方法。
振动球磨
行星球磨
搅动球磨
横臂均匀分布在不同高度上，并互成一定角度。球磨过程中， 磨球与粉料一起呈螺旋方式上升，到了上端后在中心搅拌棒 周围产生旋涡，然后沿轴线下降，如此循环往复。只要转速 和装球量合适，在任何情况下磨筒底部都不会出现死角由于 磨球的动能是由转轴横臂的搅动提供的，研磨时不会存在象 滚筒球磨那样有临界转速的限制，因此，磨球的动能大大增 加。同时还可以采用提高搅动转速。减小磨球直径的办法来 提高磨球的总撞击几率而不减小研磨球的总动能，这样才符 合了提高机械球磨效率的两个基本准则。
气雾化 水雾化
注：适合于金属粉末制备
金属液由上方孔流出时与沿一定角度高速射击的气体或
水相遇，然后被击碎成小液滴，随着液滴与气体或水流的混 合流动，液滴的热量被雾化介质迅速带走，使液滴在很短的 时间内凝固成为粉末颗粒。
很明显，雾化时液体吸收的能量与雾化液滴的粒径 存在一个对应关系，即：吸收的能量越高则粒径越 小；反之亦然。
过程二：液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间 相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液 体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表 面能降低，属于自发过程。
过程三：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。
研磨的理论基础 ——机械力化学
物料颗粒受机械力作用而被粉 碎时，还会发生物质结构及表面物 理化学性质的变化，这种因机械载 荷作用导致颗粒晶体结构和物理化 学性质的变化称为机械力化学。
粉碎作用力的作用形式
颗粒结构变化，如表面结构自发地重组，形 成非晶态结构或重结晶
颗粒表面物理化学性质变化，如表面电性、 物理与化学吸附、溶解性、分散与团聚性质
机械制粉 物理制粉 化学制粉
第一章 机械制粉法
机械研磨 气流研磨
粉末的制备
机械制粉
物理制粉
化学制粉
机械研磨 气流研磨 液体雾化 蒸发凝聚 气相沉积 还原化合 电化学法
2.1 机械研磨法
机械制粉方法的实质就是利用动能来破坏材 料的内结合力，使材料分裂产生新的界面。
能够提供动能的方法可以设计出许多种，例如有锤捣、 研磨、辊轧、等，其中除研磨外，其他几种粉碎方法主要 是用于物料破碎及粗粉制备的。
第一节 雾化制粉法
雾化法是一种典型的物理制粉方法， 是通过高压雾化介质，如气体或水强烈 冲击液流，或通过离心力使之破碎、冷 却凝固来实现的。
雾化机理
雾化 聚并 凝固
过程一：大的液珠当受到外力冲击的瞬间，破碎成 数个小液滴，假设在破碎瞬间液体温度不变，则液 体的能量变化可近似为液体的表面能增加。
提高雾化制粉效率基本准则
1、能量交换准则
提高单位时间、单位质量液体从系统中吸 收能量的效率，以克服表面自由能的增加。
2、快速凝固准则
提高雾化液滴的冷却速度，防止液体微粒 的再次聚集。
雾化制粉分类
双流雾化 指被雾化的液体流和喷射的介质流； 单流雾化 直接通过离心力、压力差或机械冲击力实现雾化
➢ 双流雾化法
气流研磨制粉的基本原则
1.动能准则： 提高粉末颗粒的动能
2.碰撞几率准则： 提高粉末颗粒的碰撞几率
由于粉末颗粒的运动是从流态气体中获得的，因此， 提高颗粒的动能必须要提高载流气体的速度。
两种办法来实现
提高气体的入口压力 气体喷嘴的气体动力学设计
通过这两种办法使喷嘴出口端的气体流速达超音速
气流研磨三种类型：
球磨制粉的基本原则
1.动能准则： 提高磨球的动能
2.碰撞几率准则： 提高磨球的有效碰撞几率
球磨制粉的基本方式
滚筒式 行星式 振动式 搅动式
滚筒式球磨
转速较低时，球料混合体与筒壁做相对滑动运动并保 持一定的斜度。随转速的增加，球料混合体斜度增加， 抬升高度加大，这时磨球并不脱离筒壁； 转速达一临界值V临1时，磨球开始抛落下来，形成了 球与筒及球与球间的碰撞； 转速增加到某一值时，磨球的离心力大于其重力，这 时磨球、粉料与磨筒处于相对静止状态，此时研磨作 用停止，这个转速被称为临界转速V临2。
在局部受反复应力作用区域产生化学反应， 如由一种物质转变为另一种物质，释放出气 体、外来离子进入晶体结构中引起原物料中 化学组成变化。
球磨制粉
球磨制粉包括四个基本要素： 球磨筒 磨球 研磨物料 研磨介质
在球磨过程中，球磨筒将机械能传递到 筒内的球磨物料及介质上，相互间产生正向 冲击力、侧向挤压力、摩擦力等，当这些复 杂的外力作用到脆性粉末颗粒上时，细化过 程实质上就是大颗粒的不断解理过程；如果 粉末的塑性较强，则颗粒的细化过程较为复 杂，存在着磨削、变形、加工硬化、断裂和 冷焊等行为，不论何种性质的研磨物料，提 高球磨效率的基本原则是一致的。
旋涡研磨 冷流冲击 流态化床气流磨
旋涡研磨
冷流冲击
夹带有粉料的高压气流通过一个称为拉瓦尔管型硬质 合金喷嘴喷向空间时，气体压力急剧下降，形成绝热 膨胀过程。这一过程会同时产生两种效应
加速效应： 加速后的气体可超过音速；
冷却效应： 气粉混合物的温度能降到零度以下。
这两点对于颗粒的粉碎十分有利，其一是颗粒的撞 击动能增大，其二是金属颗粒的冷脆性提高。
气流研磨法
通过气体传输粉料的一种研磨方法。与机 械研磨法不同的是，气流研磨不需要磨球及其 它辅助研磨介质。研磨腔内是粉末与气体的两 相混合物。根据粉料的化学性质，可采用不同 的气源，如陶瓷粉多采用空气，而金属粉末则 需要用惰性气体或还原性气体。由于不使用研 磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯度 一般比机械研磨法的要高。
流态化床气流磨
流态化床气流磨的特点：
•可获得超细粉体，并且粉末粒度均匀； •由于气体绝热膨胀造成温度下降，所以可研磨低熔点物料； •粉末不与研磨系统部件发生过度的磨损，因此粉末杂质含量少； •针对不同的性质的粉末，可使用空气、N2、Ar等惰性气体。
第二章 物理制粉法
雾化法 蒸发凝聚法
V临界2
42.4 D
D是磨筒的直径
(转 / 分)
滚筒球磨的转速应有一个限定条件
V临1< V 实际 < V临2
限定条件实际上与 又进一步开发了新的球磨方法。
振动球磨
行星球磨
搅动球磨
横臂均匀分布在不同高度上，并互成一定角度。球磨过程中， 磨球与粉料一起呈螺旋方式上升，到了上端后在中心搅拌棒 周围产生旋涡，然后沿轴线下降，如此循环往复。只要转速 和装球量合适，在任何情况下磨筒底部都不会出现死角由于 磨球的动能是由转轴横臂的搅动提供的，研磨时不会存在象 滚筒球磨那样有临界转速的限制，因此，磨球的动能大大增 加。同时还可以采用提高搅动转速。减小磨球直径的办法来 提高磨球的总撞击几率而不减小研磨球的总动能，这样才符 合了提高机械球磨效率的两个基本准则。
气雾化 水雾化
注：适合于金属粉末制备
金属液由上方孔流出时与沿一定角度高速射击的气体或
水相遇，然后被击碎成小液滴，随着液滴与气体或水流的混 合流动，液滴的热量被雾化介质迅速带走，使液滴在很短的 时间内凝固成为粉末颗粒。
很明显，雾化时液体吸收的能量与雾化液滴的粒径 存在一个对应关系，即：吸收的能量越高则粒径越 小；反之亦然。
过程二：液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间 相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液 体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表 面能降低，属于自发过程。
过程三：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。
研磨的理论基础 ——机械力化学
物料颗粒受机械力作用而被粉 碎时，还会发生物质结构及表面物 理化学性质的变化，这种因机械载 荷作用导致颗粒晶体结构和物理化 学性质的变化称为机械力化学。
粉碎作用力的作用形式
颗粒结构变化，如表面结构自发地重组，形 成非晶态结构或重结晶
颗粒表面物理化学性质变化，如表面电性、 物理与化学吸附、溶解性、分散与团聚性质