第一章特种陶瓷粉体的性能2PPT课件
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频度分布表示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含 量；累积分布表示小于源自文库大于某一粒径的粒子占全部颗粒的 百分含量，是频度分布的积分形式。
(a)累积分布曲线
(b)频度分布曲线（一般为泊松分布） 图6 粒度分布曲线
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
颗粒粒径包括众数直径、中位径和平均粒径。 众数直径是指颗粒出现最多的粒度值，即频度曲线的最高峰值； d50、d90、d10分别指在累积分布曲线上占颗粒总量为50％、90
图3 α-Al2O3粉体的SEM和TEM形貌图
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
根据不同要求，表示颗粒群粒度的方法较多，但主要的 有以下几种： (1) 等体积球相当径 定义：某颗粒所具有的体积用同样体积的球来与之相当，这种 球的直径，就代表该颗粒的大小即等体积相当径。
举例：某边长为1的正方体，其体积等于直径为1．24的圆球体 积，那么，该正方体颗粒的等体积球相当径就为1．24。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
(2)团聚体
由一次颗粒通过表面力吸引或化学键键合形成的颗粒，它是很 多一次颗粒的集合体。尤其是特种陶瓷的粉体原料，由于它一 般都比较细微，表面活性也比较大，而更易发生一次颗粒间的 团聚。 颗粒团聚的原因一般有：①分子间的范德华引力；②颗粒间的 静电引力；③吸附水分的毛细管力；④颗粒间的磁引力；⑤颗 粒表面不平滑引起的机械纠缠力。
％及l0％所对应的粒子直径， Δd50指众数直径即最高峰的半高宽。总之，粉体的颗粒尺寸
及分布、颗粒形状等是其最基本的性质，对陶瓷的成型、烧 结有直接的影响。因此，做好颗粒的表征具有极其重要的意 义。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
1.2.4 粉体颗粒的形态及其表征 如下图所示分别是一些用于特种陶瓷的粉体颗粒形状 的显微照片。从图中可见到针状、多面体状、柱状、球 状等颗粒的形态。
由超微Si3N4粉于于1480℃转化得到 的α- Si3N4细粉形貌图
高频等离子体熔射法得到的 TiC/Ni金属陶瓷复合粉体形貌图
TiO2粉体颗粒尺寸约100- 水热法合成的方块状PbTiO3的
200nm，呈多边形
SEM形貌图
空心碳球
采用模板法制备的BN纳米管
形状因子是一种无量纲的量，它在一定程度上能表 征颗粒形状相对于标准形状的偏离。下面介绍几种 常见的形状因子： 1．wadell球形度：与颗粒具有相同体积的球的表面积 与实际颗粒的表面积之比。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
1.2.1 颗粒的概念 (1)颗粒
所谓粉体颗粒，是指在物质的本质结构不发生改变的情况下， 分散或细化而得到的固态基本颗粒。这种基本颗粒，一般是 指没有堆积、絮联等结构的最小单元即一次颗粒。 一次颗粒由完整的单晶物质构成的情况还比较少见，很多外 形比较规则的颗粒，都常常是以完整单晶体的微晶嵌镶结构 出现；即使是完全由一颗单晶构成，也在不同程度上存在一 些诸如表面层错等缺陷。
（4）显微镜下测得的颗粒径 测试手段：光学显微镜到扫描电镜、透射
电镜以及大型图象分析仪器。
① 马丁径
马丁径也称定向径，是最简单的粒径表示法。它是指颗 粒影象的对开线长度。该对开线可以在任何方向上画出，只 要对所有颗粒来说，保持同一方向。
② 费莱特径
费莱特径是指颗粒影象的二对边切线(相互平行)之间的 距离。但只要选定一个方向之后，任意颗粒影象的切线都必 须与该方向平行。以上两种表示法都是以各颗粒按随机分布 为条件的。
由于以上各种物理作用力形成的团聚体称为软团聚体。 由化学键键合形成的团聚体称为硬团聚体。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征 (3) 二次颗粒
通过某种方式人为地制造的物体团聚粒子，也有人称之为假 颗粒。图2是用液相法制得的TiO2微粉在透射电镜下的形貌象。
通常认为：一次颗粒直接与物质 的本质结构相联系，而二次颗粒 则往往是作为研究和应用工作中 的一种对颗粒的物态描述指标。
(3) 等沉降速度相当径 等沉降速度相当径也称为斯托克斯径。斯托克斯假设：当
速度达到极限值时，在无限大范围的粘性流体中沉降的球体颗 粒的阻力，完全由流体的粘滞力所致。这时，可用下式表示沉 降速度与球径的关系：
该法应用广泛。利用该原理生产的测试仪器很多，诸 如移液管、各类沉降天平等等。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
③ 投影面积径
投影面积径是指与颗粒影象有相同面积的圆的直 径。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
1.2.3 颗粒分布
单分散体系：对于某一粉体系统来说，如果组成颗粒的粒度都 一样或近似一样，就称其为单分散体系； 多分散体系：实际粉体所含颗粒的粒度大都有一个分布范围， 常称为多分散体系。 颗粒分布用于表征多分散颗粒体系中粒径大小不等的颗粒的组 成情况，分为频度分布和累积分布。粒度分布范围越窄，我们 就说分布的分散程度越小，其集中度越高。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征 （4）胶粒
即胶体颗粒。胶粒尺寸小于100nm，并可在液相中形成稳 定胶体而无沉降现象。
1.2.2 粉体颗粒的粒度
定义：凡构成某种粉体的颗粒群，其颗粒的平均大小被定义为该 粉体的粒度。
绝大多数颗粒，并不是规则的球形，而是条状、多边形状、片状 或各种形状兼而有之的不规则体。这导致产生粒度表示的复杂性， 这使表示颗粒群平均大小的方法有多种多样。
2．长短度和扁平度
一个粒子可以取其短径b，长径l以及厚度t三个尺寸。 定义长短度=l/b;
扁平度=b/t.
这两个参数可很直观地表征柱状或片状颗粒的形态。
3. Church形状因子
ψ=dM / dF dM 、dF分别是Martin径和Feret径的平均
应用：由于这种方法局限于颗粒体积可求的条件，因此，适 用范围不太广。但由于它直接与颗粒的质量对应，所以又很 有用处。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
(2) 等面积球相当径 等面积球相当径是用与实际颗粒有相同表面积的球的
直径来表示粒度的一种方法。
当颗粒形状简单或者比较规则时，表面积容易求得。然而， 实际颗粒的形状都较复杂，不易直接求得。但在实际应 用中，一般都是通过流体透过法或吸附法等间接方法得 到。这种方法比较实用。
(a)累积分布曲线
(b)频度分布曲线（一般为泊松分布） 图6 粒度分布曲线
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
颗粒粒径包括众数直径、中位径和平均粒径。 众数直径是指颗粒出现最多的粒度值，即频度曲线的最高峰值； d50、d90、d10分别指在累积分布曲线上占颗粒总量为50％、90
图3 α-Al2O3粉体的SEM和TEM形貌图
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
根据不同要求，表示颗粒群粒度的方法较多，但主要的 有以下几种： (1) 等体积球相当径 定义：某颗粒所具有的体积用同样体积的球来与之相当，这种 球的直径，就代表该颗粒的大小即等体积相当径。
举例：某边长为1的正方体，其体积等于直径为1．24的圆球体 积，那么，该正方体颗粒的等体积球相当径就为1．24。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
(2)团聚体
由一次颗粒通过表面力吸引或化学键键合形成的颗粒，它是很 多一次颗粒的集合体。尤其是特种陶瓷的粉体原料，由于它一 般都比较细微，表面活性也比较大，而更易发生一次颗粒间的 团聚。 颗粒团聚的原因一般有：①分子间的范德华引力；②颗粒间的 静电引力；③吸附水分的毛细管力；④颗粒间的磁引力；⑤颗 粒表面不平滑引起的机械纠缠力。
％及l0％所对应的粒子直径， Δd50指众数直径即最高峰的半高宽。总之，粉体的颗粒尺寸
及分布、颗粒形状等是其最基本的性质，对陶瓷的成型、烧 结有直接的影响。因此，做好颗粒的表征具有极其重要的意 义。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
1.2.4 粉体颗粒的形态及其表征 如下图所示分别是一些用于特种陶瓷的粉体颗粒形状 的显微照片。从图中可见到针状、多面体状、柱状、球 状等颗粒的形态。
由超微Si3N4粉于于1480℃转化得到 的α- Si3N4细粉形貌图
高频等离子体熔射法得到的 TiC/Ni金属陶瓷复合粉体形貌图
TiO2粉体颗粒尺寸约100- 水热法合成的方块状PbTiO3的
200nm，呈多边形
SEM形貌图
空心碳球
采用模板法制备的BN纳米管
形状因子是一种无量纲的量，它在一定程度上能表 征颗粒形状相对于标准形状的偏离。下面介绍几种 常见的形状因子： 1．wadell球形度：与颗粒具有相同体积的球的表面积 与实际颗粒的表面积之比。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
1.2.1 颗粒的概念 (1)颗粒
所谓粉体颗粒，是指在物质的本质结构不发生改变的情况下， 分散或细化而得到的固态基本颗粒。这种基本颗粒，一般是 指没有堆积、絮联等结构的最小单元即一次颗粒。 一次颗粒由完整的单晶物质构成的情况还比较少见，很多外 形比较规则的颗粒，都常常是以完整单晶体的微晶嵌镶结构 出现；即使是完全由一颗单晶构成，也在不同程度上存在一 些诸如表面层错等缺陷。
（4）显微镜下测得的颗粒径 测试手段：光学显微镜到扫描电镜、透射
电镜以及大型图象分析仪器。
① 马丁径
马丁径也称定向径，是最简单的粒径表示法。它是指颗 粒影象的对开线长度。该对开线可以在任何方向上画出，只 要对所有颗粒来说，保持同一方向。
② 费莱特径
费莱特径是指颗粒影象的二对边切线(相互平行)之间的 距离。但只要选定一个方向之后，任意颗粒影象的切线都必 须与该方向平行。以上两种表示法都是以各颗粒按随机分布 为条件的。
由于以上各种物理作用力形成的团聚体称为软团聚体。 由化学键键合形成的团聚体称为硬团聚体。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征 (3) 二次颗粒
通过某种方式人为地制造的物体团聚粒子，也有人称之为假 颗粒。图2是用液相法制得的TiO2微粉在透射电镜下的形貌象。
通常认为：一次颗粒直接与物质 的本质结构相联系，而二次颗粒 则往往是作为研究和应用工作中 的一种对颗粒的物态描述指标。
(3) 等沉降速度相当径 等沉降速度相当径也称为斯托克斯径。斯托克斯假设：当
速度达到极限值时，在无限大范围的粘性流体中沉降的球体颗 粒的阻力，完全由流体的粘滞力所致。这时，可用下式表示沉 降速度与球径的关系：
该法应用广泛。利用该原理生产的测试仪器很多，诸 如移液管、各类沉降天平等等。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
③ 投影面积径
投影面积径是指与颗粒影象有相同面积的圆的直 径。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
1.2.3 颗粒分布
单分散体系：对于某一粉体系统来说，如果组成颗粒的粒度都 一样或近似一样，就称其为单分散体系； 多分散体系：实际粉体所含颗粒的粒度大都有一个分布范围， 常称为多分散体系。 颗粒分布用于表征多分散颗粒体系中粒径大小不等的颗粒的组 成情况，分为频度分布和累积分布。粒度分布范围越窄，我们 就说分布的分散程度越小，其集中度越高。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征 （4）胶粒
即胶体颗粒。胶粒尺寸小于100nm，并可在液相中形成稳 定胶体而无沉降现象。
1.2.2 粉体颗粒的粒度
定义：凡构成某种粉体的颗粒群，其颗粒的平均大小被定义为该 粉体的粒度。
绝大多数颗粒，并不是规则的球形，而是条状、多边形状、片状 或各种形状兼而有之的不规则体。这导致产生粒度表示的复杂性， 这使表示颗粒群平均大小的方法有多种多样。
2．长短度和扁平度
一个粒子可以取其短径b，长径l以及厚度t三个尺寸。 定义长短度=l/b;
扁平度=b/t.
这两个参数可很直观地表征柱状或片状颗粒的形态。
3. Church形状因子
ψ=dM / dF dM 、dF分别是Martin径和Feret径的平均
应用：由于这种方法局限于颗粒体积可求的条件，因此，适 用范围不太广。但由于它直接与颗粒的质量对应，所以又很 有用处。
第二节 特种陶瓷粉体的性能及表征
(2) 等面积球相当径 等面积球相当径是用与实际颗粒有相同表面积的球的
直径来表示粒度的一种方法。
当颗粒形状简单或者比较规则时，表面积容易求得。然而， 实际颗粒的形状都较复杂，不易直接求得。但在实际应 用中，一般都是通过流体透过法或吸附法等间接方法得 到。这种方法比较实用。