第三章_粉体聚集特性
粉体特性PPT课件
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一、 粉体的基本物理特性
• 粉体（powder）：大量固体颗粒的集合体 – 具有原固体（bulk）的特性，如物质结构、密度等； – 粉体自身的特性：流动性、变形、高活性等
• 粉体颗粒（particle）：物质本质结构不发生变化，分散的 固体最小单元。一次颗粒
• 团聚体（Agglomerate）：在范德华力、毛细管力等作用下 团聚在一起的颗粒，粉体颗粒通常的存在形式。二次颗粒
• 平均粒径（mean diameter）
n
D f di di i1
• 标准差： f(di)(di d50)2
• 分布宽度： SPAN d90 d50
d10
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粉体粒度测试方法
• 沉降法 • 激光散射法 • 比表面积法 • X射线衍射线宽法（<500nm） • 小角X射线散射法（ <100nm ） • 电镜观察统计 • 筛分
• 加热真空脱气后，通入吸附气体氮气，试样管置于液氮瓶 中，测试吸附曲线；
• 然后去掉液氮，测试脱附曲线； • 注入已知量的氮气，获得定标曲线； • 一般采用脱附曲线计算单分子层吸附量Vm
SM
NAVm Am Vmol M s
NA：阿伏伽德罗常数；Am：一个吸附分子所 占面积（16.2*10-20m2for N2)；Vmol：气体摩尔 体积；Ms试样质量
• 固体ห้องสมุดไป่ตู้子运动时吸附层会随之一起 运动，而扩散层不然。两层的界面
叫做剪切面。该界面处的电位叫作 ξ电位。
• 电位分布： 0 exp x / 1
1/ 2
1
r 0kBT
F2
N
i
Z
2 i
κ-1：双电层厚度
粉体工程与设备期末复习题
粉体工程与设备思考题第一章概述1、什么是粉体？粉体是由无数相对较小的颗粒状物质构成的一个集合体.2、粉体颗粒的种类有哪些?它们有哪些不同点？分为原级颗粒、聚集体颗粒、凝聚体颗粒、絮凝体颗粒原级颗粒：第一次以固体存在的颗粒,又称一次颗粒或基本颗粒。
从宏观角度看，它是构成粉体的最小单元。
粉体物料的许多性能与原级颗粒的分散状态有关，它的单独存在的颗粒大小和形状有关。
能够真正的反应出粉体物料的固有特性.聚集体颗粒:由许多原级颗粒靠着某种化学力以及其表面相连而堆积起来的.又称为二级颗粒.聚集体颗粒的表面积小于构成它的原级颗粒的表面积的总和.主要再粉体物料的加工和制造中形成。
凝聚体颗粒:在聚集体颗粒之后形成，又称为三次颗粒。
它是原级颗粒或聚集体颗粒或者两者的混合物。
各颗粒之间以棱和角结合，所以其表面与各个组成颗粒的表面大体相等。
比聚集体颗粒大得多。
也是在物料的加工和制造处理过程中产生的。
原级颗粒或聚集体的粒径越小,单位表面的表面力越大，越易于凝聚。
絮凝体颗粒:在固液分散体系中，由于颗粒间的各种物理力，迫使颗粒松散地结合在一起,所形成的的粒子群。
很容易被微弱的剪切力所解絮。
在表面活性剂作用下自行分解。
颗粒结合的比较：絮凝体＜凝聚体＜聚集体＜原级颗粒3、颗粒的团聚根据其作用机理可分为几种状态？分为三种状态:凝聚体（以面相接的原级粒子）、聚集体（以点、角相接的原级粒子团或小颗粒在大颗粒上的附着)、絮凝体4、在空气中颗粒团聚的主要原因是什么？什么作用力起主要作用？主要原因为颗粒间作用力和空气的湿度。
范德华力、静电力、液桥力。
在空气中颗粒团聚主要是液桥力造成的。
而在非常干燥的条件下则是由范德华力引起的。
空气相对湿度超过65％，主要以液桥力为主.第二章粉体粒度分析及测量1、单颗粒的粒径度量主要有哪几种？各自的物理意义什么？三轴径：颗粒的外接长方体的长l、宽b、高h的某种意义的平均值当量径：颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或投影圆的直径定向径:在显微镜下按一定方向测得的颗粒投影轮廓的长度称为定向径。
《粉体聚集特性》课件
在制药领域的应用
药物载体
粉体聚集特性在制药领域中可用于制备药物载体，提高药物的溶解度和生物利用度。通过 控制粉体的粒径和表面性质，可以实现对药物的缓释和控释，降低药物的毒副作用和提高 治疗效果。
药物合成
粉体可作为药物合成的载体和反应介质，通过其聚集特性来调控药物合成的反应过程和产 物性能。粉体表面的活性位点可以促进药物分子之间的反应，提高合成效率。
粉体聚集特性
目录
CONTENTS
• 粉体的基本概念 • 粉体的聚集现象 • 粉体聚集的实验研究 • 粉体聚集的模拟研究 • 粉体聚集特性的应用
01 粉体的基本概念
粉体的定义
01
粉体是由固体颗粒组成的集合体 ，颗粒可以是单晶、多晶、非晶 、微米、纳米等不同尺度。
02
粉体的性质和行为与单个颗粒的 性质和行为有所不同，因为粉体 中的颗粒之间存在相互作用和相 互影响。
粉体的分类
根据颗粒的尺寸
超微粉、微米粉、纳米粉等。
根据颗粒的形状
球形粉、不规则形粉等。
根据颗粒的组成
单一成分粉、复合粉等。
粉体的应用
医药
药物载体、药物制 剂等。
农业
肥料、农药、饲料 等。
化工
催化剂、颜料、涂 料等。
食品
食品添加剂、调味 料、食品包装材料 等。
其他
陶瓷、玻璃、金属 粉末等。
02 粉体的聚集现象
制药工艺
粉体在制药工艺中可用于混合、造粒、干燥等过程。通过优化粉体的粒径分布和流动性， 可以提高制药工艺的效率和产品质量。
在食品领域的应用
食品添加剂
粉体聚集特性可用于制备食品添加剂，如增稠剂、乳化剂和稳定剂等。通过控制粉体的粒径和表面性质，可以调节食 品添加剂的性能，提高食品的口感、质地和稳定性。
第3-4章 粉体填充与堆积特性粉体的湿润特性
式中 M——填充粉体的质量。
4. 空隙率 空隙体积占粉体填充体积的比率。
1
V0 B 1 1 VB P
3.2 粉体颗粒的填充与堆积
• 3.2.1. 等径球体颗粒的规则填充 • (1) 规则填充 • 把互相接触的球体作为基本单元，组合 成彼此平行的和相互接触的排列，构成 变化无限不同的规则的二维球层。约束 的形式有二种：正方形，如图所示；等 边三角形（菱形、六边形）如图所示
ALS Sg LS LS Lg cos LS Lg cos
• 将ALS称为粘附张力，这种润湿称为浸渍 润湿
4.1
液体架桥
• 液桥：粉体与固体或粉体颗粒之间的间 隙部分存在液体时，称为液桥。粉体处 理中的液体大多是水。液桥除了可在过 滤、离心分离、造粒能及其它的单元操 作过程中形成外，当空气的相对湿度超 过65%时，水蒸气开始在颗粒表面及颗粒 间凝集，颗粒间因形成液桥而大大增强 了粘结力。液桥的几何形状如图4-6所示：
液桥
A
颗 粒
R1
r
R2
R2
a
A
液 体
A 剖
A 视
• 公式：
1.
r (1 cos ) (a / 2) R1 cos( ) R2 r sin R1 sin( ) 1
2.
1 1 P R R 2 1
图3-4 空隙率与球形度之间的关系 图3-5 颗粒表面粗糙度对空隙率的影响
• 一般地，空隙率随球形度的降低而增加， 如图3-4所示。在松散堆积时，有棱角的 颗粒空隙率较大，与紧密堆积的情况正 好相反。表面粗糙度越高的颗粒，空隙 率越大，颗粒越小，由于颗粒间的粘聚 作用，使空隙率越高，这与理想状态下 颗粒尺寸与空隙率无关的说法相矛盾。 因此，潮湿粉末的表观体积随水含量的 增加而变得更大。
粉体团聚的原因
粉体团聚的原因
粉体团聚是指在粉体颗粒中，由于各种因素的影响，使得颗粒之间发生相互吸附、聚集的现象。
这种现象在粉体工业中非常常见，因为粉体的特性决定了它们很容易发生团聚。
粉体团聚的原因有很多，下面我们来一一解析。
1. 静电作用
粉体颗粒在运动过程中，由于摩擦等原因，会带上一定的电荷。
当颗粒之间的电荷相同时，它们会互相排斥，不容易聚集。
但当电荷相反时，它们会相互吸引，容易聚集成团。
2. 湿度
粉体在潮湿的环境中容易吸收水分，导致颗粒表面形成一层水分膜，使得颗粒之间的吸附力增强，从而促进团聚的发生。
3. 粒径分布
粉体颗粒的粒径分布越广，团聚的可能性就越大。
因为粒径不同的颗粒之间，表面能的差异会导致它们之间的吸附力不同，从而促进团聚的发生。
4. 表面能
粉体颗粒的表面能越大，团聚的可能性就越大。
因为表面能大的颗
粒之间的吸附力也会增强，从而促进团聚的发生。
5. 摩擦力
粉体颗粒在运动过程中，由于摩擦力的作用，会使得颗粒之间的吸附力增强，从而促进团聚的发生。
以上是粉体团聚的几个主要原因。
在实际生产中，我们可以通过一些措施来减少团聚的发生，比如控制湿度、选择合适的粒径分布、表面处理等。
这样可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量。
第三章粉体聚集特性
不同尺寸球形颗粒的填充
在规则填充的基础上，等径球形颗粒之 间的空隙可由更小尺寸的球填充，从而得 更高密度的集合体；
当每一个空隙中只有一个小球填充时， 该球的直径是填充空隙空间的最大球径。
பைடு நூலகம்
Horsfield填充
六方最密填充中，存在着由六个等径球组 成的四方孔及由四个等径球形成的三角孔；
在四方孔中填充第二大球，在三角孔中填 充第三大球，依次类推；
很大程度上已不再受重力的约束，颗粒有团聚的倾向
。
定义团聚准数C0
式中：m——颗粒的质量；
C0
Fint er mg
Fint
——颗粒间的作用力，如颗粒间的范德华力、毛细力、静电力、烧结效应等
er
随着颗粒尺寸的减少，颗粒的团聚准数急剧增加。对于 尺寸小于1μm的颗粒，颗粒的团聚准数大于106，可见， 小颗粒在颗粒间力的作用下将形成团聚体
1 R1
1 R2
设毛细管压力作用在液面与球的接触部分的断面 rsin2 上，取表面张力平行于两颗粒连线的分量，得到在表面 引力和毛细管压力的作用下，颗粒间的毛细力：
F c 2 rs in sin rs in 2 R 1 1 R 1 2
实际颗粒的填充
仅在重力作用下，空隙率随容器直径减少和颗粒层高度的增加而变 大
空隙率与大小颗粒尺寸比有关，粒度愈小，由于粒间的团聚作用， 空隙率愈大，当粒度超过一临界值时，粒度大小对颗粒体堆积率的影响 不存在；
颗粒的形状：空隙率随颗粒圆形度的降低而增高；表面粗糙度越大， 空隙率越大
物料含水量：由于颗粒表面吸附水，颗粒间形成液桥力而导致颗粒 间附着力增大，形成的团粒尺寸较大且内部呈现松散结构，故物料的堆 积率下降， 也存在临界水含量，在此点最低。
《粉体工程(校企)》课程教学大纲
《粉体工程（校企）》课程教学大纲一、课程基本情况课程名称：粉体工程（校企）/ Powder Engineering（School-enterprise Cooperation）课程类别：专业必修课学分：2.5总学时：40理论学时：40实验/实践学时：0适用专业：无机非金属材料工程适用对象：本科先修课程：高等数学、大学物理、物理化学、工程图学、工程力学、材料工程基础等。
教学环境：多媒体教室授课、实习企业和实习基地现场教学二、课程简介1.课程任务与目的《粉体工程》是材料科学与工程专业的一门主干课程，是无机非金属材料工程本科专业的专业必修课程之一，主要研究颗粒和粉状物料的性质及加工、处理技术。
本课程以材料工业生产过程及研究工作中带有普通性及共同性的内容为主。
通过本课程的学习，使学生能够系统地掌握粉体加工技术工程的基本理论和基础知识，以及粉体制备与处理工艺及装备技术，了解和掌握有关粉体加工技术工艺原理及流程、粉体加工设备的原理、特性参数与性能等知识，为今后从事有关粉体工程技术工作打下基础。
通过本课程的学习引领和培养学生树立勇于创新、服务祖国的理想和学习动力。
2.对接培养的岗位能力通过本课程的学习，使学生了解粉体物料的加工技术与设备的基本理论知识和工程应用情况，培养学生具有应用课程理论知识研究、分析与解决工程实际问题的方法和能力，具有技术创新、工艺创新的初步能力，并引领和培养学生具有较强的质量、环境、安全和注重社会可持续发展理念，提高学生为实现中国制造2025发展目标而努力的责任感。
三、课程教学目标学习本课程后，应达到以下课程教学目标，支撑毕业要求3.1、6.2、8.3：教学目标1. 掌握粉体相关基本概念、粉体粒度、粉体堆积填充、粉体流变学、颗粒流体力学等粉体基本特性和粉体工程基础知识，支撑毕业要求3.1、6.2。
教学目标2. 掌握粉体加工处理过程设备的结构、过程原理、工艺参数、性能特点与系统流程等知识，支撑毕业要求3.1。
3.3纳米粉体的团聚
烧分解完全的基础上，温度越低、时间
越短越好。目前最先进的煅烧方式是悬 态锻烧, 该方法可使粉体煅烧瞬间完成-。7-
① 分散剂
• 分散剂的种类很多，有高分子有机物，如聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酸铵、N， N一二甲基甲酰铵(DⅫ)、蔗糖等，此外还有表面活性剂以及一些络合物。
• 它们在溶液中主要通过3个作用来抑制团聚： 1．是通过吸附作用来降低界面的表面张力； 2．是通过胶团体作用，在颗粒的表面形成一层液膜，以阻止颗粒的相互靠 近； 3．是利用空间位阻
引而发生团聚。
4。纳米颗粒之间表面氢键、化学键的作用导致纳米粒子之间的相互吸引而发生团聚,
颗粒越细团聚就越强烈。
根据粒子彼此间相互吸附力的大小
软团聚：
由范德华力和库仑力所引起的,可以通过一些化学作 用或施加机械能的方式加以消除。
除了有范德华力和库仑力的作用,还存在化学键作用力,
硬团聚： 因此硬团聚在材料加工过程中不易破坏,会导致材料
包覆的方法通常会引入杂质，所以需选择合适的分散剂来实 现稳定分散
典型例子2： SiO2包覆：
③ 超声波法
声波的频率范围：20Hz～20kHz。 超声波是指振动频率大于20kHz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，
超出了人耳听觉的上限，人们将这种听不见的声波叫做超声波 超声波具有超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束
颗粒表面性质以及颗粒表面吸附层的成分、覆盖率、吸附强度等因素一并考虑
在内，其总势能可以用下式表示：
式中：---总作用能；
VT VA VR VS VST
---范德华作用能；
---双电层作用能；
---溶剂化膜作用能；
---空间排斥作用能。
粉体工程期末重点总结
1. 粉体：由无数相对较小的颗粒状物质构成的一个集合体。 2. 三轴径：以颗粒的长度，宽度和高度定义的粒度平均值称为三轴径。 3. 投影径：Feret diameter (a) : 在特定方向与投影轮廓相切的两条平行线间距.
Martin diameter (b): 在特定方向将投影面积等分的割线长. Krumbein diameter (c)：(定方向最大直径）最大割线长 Heywood diameter (d)：(投影面积相当径): 与投影面积相等的圆的直径. 4. 形状指数：将表示颗粒外形的几何量的各种无因次组合称为形状指数, 它是对单 一颗粒本身几何形状的指数化.（扁平度，伸长度，表面积，体积形状因数，球形 度） 5. 形状系数：在表征粉末体性质,具体物理现象和单元过程等函数关系时,把颗粒形状 的有关因素概括为一个修正系数加以考虑,该系数即为形状系数。用来衡量实际颗 粒与球形(立方体等)颗粒形状的差异程度,比较的基准是具有与表征颗粒群粒径相 同的球的体积,表面积,比表面积与实际情况的差异。 6. 颗粒粒度的测量：（1）沉降法：当光透过悬浮液的测量容器时，一部分光被放射 或吸收，另一部分光到达光传感器，将光强转化为电信号。透过光强与颗粒投影 面积有关，颗粒在力场中沉降，可用托克斯定律计算其粒径大小，从而得到累积 粒度分布。重力场光透过沉降法：测量范围为 0.1~1000 微米，悬浮液密度差大时， 颗粒沉降速度快。中科院马兴华发明了图像沉降法。将沉降过程可视化。离心力 场透过沉降法：该法适合测纳米级颗粒可测量 0.007~30 微米的颗粒，与重力场相 结合，上限可提高到 1000 微米。（2）激光法：常见的有激光衍射法和光子相干法， 重复性好，测量速度快，但对几纳米的式样测量误差大，范围为 0.5~1000 微米。
粉体工程第三章第一、二节
容器：指液体和气体用的容器，粉体使用很少。 贮仓设计：容量、结构强度、流动性
一、粉体贮仓的容量计算 二、粉体压力计算 三、仓内粉体的流动性
一、粉体贮仓的容量计算
料仓的容积损失原因： 堆积时形成的安息角。
圆筒形和棱柱形容器的容量
确定损失系数图
圆筒形容器 容积损失： 棱柱形容器 容积损失：
主平面单元立方体
规定：压应力为正，拉应力为负（粉体主要受压）。 剪应力逆时针为正，顺时针为负。
最大主应力σ1，最小主应力σ3，中间应力σ2 σ1、σ2、σ3均不为零，三向应力状态 （三向应力系，空间应力系） σ3=0， σ1、σ2≠0，二向应力状态 （二向应力系，平面应力系）
粉体的二向应力系：忽略σ2（无应力作用，只相当于 增加一个压缩条件），看作是σ1和σ3的二向应力系。
粉体工程 与 纳米技术
第三章 粉体力学
研究内容：粉体中颗粒之间、粉体与其他物体之间的
相互作用和由此产生的力及其位移。 粉体静力学：研究外力与粉体粒子本身的相互作用 力（包括重力、摩擦力、压力等）之间的平衡关系。 涉及粉体内的压力分布、休止角、内摩擦角、壁 摩擦角等粉体静力学性质。 粉体动力学：研究粉体在重力沉降、旋转运动、输送、 混合、储存、粒化、颗粒与流体相互作用等过程中的 粒子相互间的摩擦力、重力、离心力、压力、流体阻 力以及运动状态。 涉及粉体流动性、颗粒流体力学性质等粉体动力 学性质。
第一节 粉体的摩擦特性 第二节 粉体贮仓设计
第一节 粉体的摩擦特性
摩擦特性是粉体力学的基础。 粉体的摩擦特性是指粉体中固体粒子之 间以及粒子与固体边界表面因摩擦而产生的 一些特殊的物理现象，以及由此表现出来的 一些特殊的力学性质。 一、摩擦力 二、应力 三、主应力 四、极限应力状态 五、摩擦角
粉体知识点整理
第一章绪论1.粉体学的重要意义对应“粉体及其技术的重要性”1)粉体是许多材料构成、组分或原料；2)粉体技术是制备材料的基础技术之一；3)超细粉体材料,尤其是纳米粉体材料在新型材料的开发研究中越来越重要；4)粉体容易大批量生产处理,产品质量均匀,成本低,控制精确,成为许多人工合成材料必然选择的合成方法;2.颗粒的定义：是在一特定范围内具有特定形状的几何体;大小一般在毫米到纳米之间,颗粒不仅指固体颗粒,还有雾滴、油珠等液体颗粒;3.粉体的定义：大量颗粒的集合体,即颗粒群,又称粉末狭义的粉末是指粒度较小的部分;颗粒与粉体的关系：颗粒是粉体的组成单元,是粉体中的个体,是研究粉体的出发点;颗粒又总是以粉体这种集合体的形式出现,集合体产生了个体所所不具有的性质;4.粉体学的特点：以粉体为研究对象,研究其性质及加工利用技术;5.粉体技术包括：制备、加工、测试;制备有各种物理、化学、机械方法；加工作业有粉碎、分级、分散、混合、制粒、表面处理、流态化、干燥、成形、烧结、除尘、粉尘爆炸、输运、储存、包装等；测试对粉体各种几何、力学、物理、化学性能表征;6.粉体的存在状态：通常所指的粉体是小尺寸的固体,但气体中的液滴、液体中的气泡也属于颗粒；固态的物质中又分为分散态和聚集态,多数粉体为分散态;7.粉体的分类：1)按照成因分类：天然粉体与人工粉体2)按制备方法分类：机械粉碎法和化学法粉体3)按分散状态分类：原级颗粒一次颗粒、聚集体颗粒二次颗粒、凝聚体颗粒三次颗粒、絮凝体颗粒4)按颗粒大小粒径分类：粗粉体>、中细粉体~、细粉体10~74μm、微粉体~10 μm 、纳米粉体<100nm第二章粉体的几何性质1.粒度定义：粒度是指粉体颗粒所占空间的线性尺寸;2.颗粒尺寸常用的表征方法：三轴径、定向径、当量径、3.粉体平均粒径计算公式：4.粒度分布及其表示方法：粒度分布依据的统计基准：∑n的比例;①个数基准分布又称频度分布以每一粒径间隔内的颗粒数占颗粒总数∑nd的比例;②长度基准分布以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和∑2nd的比例;③面积基准分布以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的总表面积∑3nd的比例;④重量基准分布以每一粒径间隔内的颗粒总重量占全部颗粒的总重量表征粒度分布的方法：列表法,作图法、矩值法和函数法;其中函数法是最精确的粒度描述方法即用概率理论或者近似函数的经验法莱寻找数学函数5．形状因子：为形状表征量,无量纲常数,有形状指数和形状系数;形状指数是指颗粒几何参数的无量纲组合;它与形状系数相比没有明确的物理意义;形状系数：颗粒的表面积、体积、比表面积等几何参数与某种规定粒径dp的相应次方的比例关系;6.常用粒度测量方法及其他优缺点：1)筛分析法一般>40μm,其中最细的是400目,孔径为38μm；优点：统计量大、代表性强；便宜；重量分布;缺点：粒度下限为38μm；人为因素影响大；重复性差；非规则形状粒子误差；速度慢;2)显微镜法：采用定向径方法测量;光学显微镜——250μm；电子显微镜——5μm；优点：可直接观察粒子形状；可直接观察粒子团聚；光学显微镜便宜；缺点：代表性差；重复性差；要测量投影面积直径；速度慢；3)光衍射法粒度测试：根据小颗粒衍射角大,大颗粒衍射角小来测量,同时某一衍射角的光强度与相应粒度的颗粒多少关;4)激光衍射—500μm；X光小角衍射—μm；所用方法即为投射电子显微镜法；扫描电子显微镜法；优点：可观察粒径小,图像富有立体感,较真实,易于识别,可观察微区,一般同时进行成分分析;缺点：造价昂贵,试样制备要求严格,真空度要求严格5)原子力显微镜AFM：x,y方向分辨率可达到2nm,垂直方向分辨率课达到小于.优点：AFM具有操作客易、样品准备简单、操作环境不受限制、分辨率高等优点缺点：与SEM相比,成像范围太小,速度慢,受探头的影响太大;6)光散射法和消光法光散射法原理：利用颗粒对激光的散射角度随颗粒粒度而改变的原理测定粒度分布;消光法原理：通过测定经粉体散射和吸收后光强度在入射方向上衰减确定粒度;符合朗勃比尔定律;优点：适用于气溶胶和液体分散系、非接触测定、精确给出粒度分布曲线和平均粒度、测定速度快；电传感法粒度测试：当一个小颗粒通过小孔时所产生的电感应,即电压脉冲与颗粒的体积成正比；7)水利分析法—沉降法用于小于物料粒度组成的测定测量原理：在具有一定粘度的粉末悬浊液内,大小不等的颗粒自由沉降时,其速度是不同的,颗粒越大沉降速度越快;大小不同的颗粒从同意起点高度同时沉降,经过一定距离时间后,几颗将粉末按粒度差别分开;重力沉降：10-300μm；离心沉降：μm;优点：测量重量分布；代表性强；经典理论, 不同厂家仪器结果对比性好；价格比激光衍射法便宜；缺点：检测速度慢尤其对小粒子；重复性差；对非球型粒子误差大；不适用于混合物料即粒子比重必须一致才能较准确；动态范围窄8)气体吸附法原理：使气体分子吸附于微粒表面,测定吸附量,换算粉体比表面积,求出粒度;常见粒度分析方法:7:粒度测定方法的选定还要进一步看书P34根据数据的应用场合选择；根据粉体的粒度范围选择；根据粉体的存在形式选择；根据测定精度的要求选择；根据样品量选择；.根据粒度测定所需时间选择；根据设备投资和分析费选择：8.粉体填充结构：是指粉体层内部颗粒在空间中的排列状态;一般而言,粉体层的排列状态是不均匀的;要注意到填充状态的两个极端,即最疏与最密填充状态;原因是：形状不规则,存在空隙;注意：粉尘的体积与其他固体物质的体积不同粉尘的体积包括：尘粒的颗粒体积、粉颗粒之间的空隙体积、颗粒外开口体积、颗粒内闭孔和附面膜体积等五部分;9.描述粉体填充结构的参数主要掌握前三个容积密度：ρb,亦称视密度：单位填充体积的粉体质量,即自然堆积状态下单位体积粉体的质量;表观密度填充率：Ψ,颗粒体积占粉体填充体积的比例如右图;空隙率：ε,空隙体积占粉体填充体积的比例Ε=1-Ψ=1- ρb/ρp配位数：某一个颗粒接触的颗粒个数配位数分布：粉体层中各个颗粒有着不同的配位数,用分布来表示具有某一配位数的颗粒比率时,该分布称为配位数分布;空隙率分布：以距观察颗粒中心任一半径的微小球壳空隙体积比率对距离表示的分布;接触点角度分布：将与观察颗粒相接的第一层颗粒的接触点位置,以任意设定的坐标角度表示的分布10.等径球均一球的颗粒的规则填充相邻的四个球视为基本层的最小组成单位,则有正方形和单斜方形两种排列方式;掌握立方体填充立方最疏填充和菱面体填充六方最密填充;立方体填充：配位数为6；菱面体填充：配位数12.11.均一球形颗粒的实际填充不规则填充实际填充时,由于受到球之间的碰撞、回弹、摩擦、容器壁面等影响,而成为不规则填充;均一球形颗粒群的随机填充结构贝尔纳实验统计分析结论是：1空隙率比较大时,配位数分布接近正态分布；2随着空隙率减小,趋近于最密填充状态的配位数;实验结论：高配位数的疏接触点多,填充疏松,空隙率大；P39.低配位数的密接触电多,填充紧密,空隙率小;12.非等径球形颗粒的填充较大球形颗粒中加入一定数量的较小球形颗粒,空隙率可以降低；若进一步加入更小的球形颗粒,空隙率进一步降低;1)空隙率随着小颗粒的混入比增加而减小2)填入颗粒的粒径越小,空隙率也越低总结即是：小颗粒粒径越小,配位数越大,空隙率越小,填充率越大;13.影响颗粒填充的因素：1)壁效应：当粉体填入容器时,填充结构受容器壁面的影响,在容器壁面附近形成特殊的填充结构,成为壁效应;2)局部填充结构：空隙率分布、填充数密度分布、接触点分布;3)粉体的含水量：潮湿粉体易于团聚,导致内部保持松散结构,致使填充率降低;含水量较低时候,容积密度略有降低,影响不大；随着含水量继续增大,形成大团粒,导致容积密度迅速降低；含水量继续增大,由于颗粒发生相对滑动而使填充率增大;4)颗粒形状：颗粒越接近球形,通常其空隙率越低;即空隙率随颗粒球形度降低而增加;5)颗粒大小：粒度很小时,颗粒间的附着力大于颗粒重力,发生团聚,此时空隙率较大,即表观体积增大；当粒度大于某一临界值,凝聚力可忽略不计,粒度大小则对堆积无明显影响;6)填充速度：对粗颗粒,填充速度越快会导致有较大的空隙率；对于面粉之类吸附力较明显的粉体,填充速度快,可降低空隙率;14.致密堆积经验1)用单一粒径尺寸的颗粒,不能满足致密堆积对颗粒级配的要求；2)采用多组分且组分粒径尺寸相差较大一般相差4-5倍的颗粒,可较好地满足致密堆积对粒度与级配的要求；3)细颗粒数量应能足够填充堆积体的空隙,通常,两组分时,粗细颗粒数量之比约为7：3；三组分时,粗中细颗粒数量比例约为7：1：2时,相对而言,可更好地满足致密堆积对粒度与级配的要求；4)在可能的条件下,适当增大临界颗粒粗颗粒尺寸,可较好地满足致密堆积对颗粒级配的要求;第三章粉体的力学性质1．颗粒间的附着力当粉体颗粒很小时,由于附着力存在易于团聚颗粒间的附着力凝聚力包括范德华力、静电吸引力、水分毛细管力、磁性力、机械咬合力;2.填充层内的静态液相根据颗粒间液体量的多少,有四种的静态液相;1)摆动状态：颗粒接触点上存在透镜状或环状的液相,液相互不连接;2)链索状态：液相相互连接而成网,空气分布其间;3)毛细管状态：颗粒间隙充满液体,仅仅颗粒表面存在气液界面;4)浸渍状态：颗粒群浸在液体中,存在自由液面;3.液桥力粉体颗粒之间接触处或间隙部位存在液体的状态成为液桥,液桥对所连接的颗粒有引力,也就是液桥力,实际上即毛细管力;液桥力大小与颗粒间液体量、颗粒表面润湿性、颗粒形状、液固接触状况等有关;孔隙和R孔隙的差异T孔隙：4个球以正三角锥的顶点为球心排列时所形成的四面型孔隙称为T孔隙;这种孔隙有6个解除点和4个支路,各个支路都与R孔隙相通;与霍斯菲尔德填充的三角孔相同;R孔隙：4个球并排成正方形,在通过正方形中心的垂线上再排列两个球后形成的长斜方形空隙称为R孔隙;相当于霍斯菲尔德填充的四角孔;5.粉体的摩擦特性后三种以了解为主摩擦角：由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角的统称;根据颗粒体运动状态的不同,可分为内摩擦角、安息角、壁摩擦角及动内摩擦角;6.内摩擦角：在力学上可以理解为块体在斜面上的临界自稳角,在这个角度内,块体是稳定的；大于这个角度,块体就会产生滑动;摩擦角表示该极限应力状态下剪应力与垂直应力的关系,它可用莫尔圆和破坏包络线来描述;测试方法：流出法、抽出法、活塞法、慢流法、压力法、剪切盒法等有关莫尔圆的画法和性质：式中σ1和σ2为两个主应力,这两个关系式也可以用莫尔圆上N点的坐标值来表示,N点与σ1夹圆心角为2θ,当σ1和σ2为已知时, 用公式法或莫尔圆法都可获得通过该点的任一截面上的正应力和剪应力值;7.安息角安息角又称粉尘静止角、休止角、堆积角,是粉体粒度较粗的状态下由自重运动所形成的角;测定方法：排出角法、注入角法、滑动角法、剪切盒法安息角休止角≤30°流动性好；≤40°基本满足；≥40°流动性差;同时注意粘性粉体或粒径小于100~200um的粉体粒子相互作用力较大,而流动性差,相应地所测休止角较大;对于非黏聚性粉体,安息角和内摩擦角是相近的;8.质量流与漏斗流的差异质量流：指物料仓内整个粉体层能够大致均匀地下降流出,又称为整体流;其特点是先进先出,即先进仓的物料先流出; 漏斗流：是指料仓内粉体层的流动区域呈漏斗流,其特点是后进先出,即先加入的物料后流出,料流顺序紊乱,甚至有部分粉体滞留不动;漏斗流有两种,其中有一种死角区一直在;质量流优点：避免了粉料的不稳定流动、沟流和溢流；消除了筒仓内的不流动区；形成了先进先出的流动,颗粒的偏析被大大减少或杜绝；最大限度减小了贮存期间的结块问题、变质问题和偏析问题；颗粒的密度在卸料时是常数,料位差对其无影响；流量得以很好控制,任意水平横截面的压力可以预测,且相对均匀,物料的密实程度和透气性是均匀的;漏斗流缺点：出料口流速不稳定；料拱或穿孔崩塌时,细粉料可能被充气,并无法控制地倾泻而出；密实应力下,不流动区留下的颗粒可能变质或结块；沿料仓壁长度安装的料位指示器不能正确指示料仓下部的料位；后进先出;9.应力的主动状态和被动状态被动状态：粉体层受水平方向压缩时,粉体将沿斜上方被推开,此时的极限应力状态；最大主应力为水平方向主动状态：粉体层受重力作用,将要出现崩坏是的极限应力状态；最小主应力为水平方向10.流动形式：E不流动区D自由降落区C垂直运动区B缓慢滑动区A迅速滑动区E N流动椭圆体；E G边界椭圆体；E0流动锥体第四章粉体的粉碎制备1.粉碎的定义：在外力作用下使大块物料克服内聚力,碎裂成若干小颗粒的加工过程;破碎是使大块物料碎裂成小块物料的加工过程100mm粗碎、30mm中碎、3mm细碎；粉磨是使小块物料碎裂成细粉体的加工过程粗磨、60μm细磨、5μm超细磨;作用与目的：粉碎后,粒度显著减小,比表面积显著增大,有利于几种物料的均匀混合、便于输送和贮存、有利于提高固相高温反应的程度和速度;2.被粉碎物料的性质：强度、硬度、脆性、韧性、易磨性等;1)强度：材料抵抗外力的能力,通常以材料破坏时单位面积上所受的力来表示,单位N/㎡或Pa理想强度：物料完全均质、不含任何缺陷时的强度称为理想强度；实际强度：实际强度一般为理想强度的1/100~1/1000；强度的尺寸效应：试验片体积变小时,强度值增大←---裂纹的大小、形状、方向及数量强度随着加荷速度而变化：材料本身兼具弹性性质和延展性质强度随氛围条件而变化2)硬度：材料抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力,也可理解为固体表面产生局部变形所需的能量;3)脆性：材料在外力作用下如拉伸、冲击等仅产生很小的变形即断裂破坏的性质;4)韧性：在外力作用下,塑性变形过程中吸收能量的能力;介于柔性和脆性之间的一种材料性能5)易磨性：在一定粉碎条件下,将物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的比功耗3.Griffith强度理论Griffith指出,固体材料内部的质点实际上并非严格地规则排布,而是存在许多微裂纹不,,当材料受拉时,这些微裂纹就会逐渐扩展,与其尖端附近产生高度的应力集中,结果使裂纹进一步扩展,直至使材料破坏;裂纹产生和扩展必须满足力和能量两个条件：1.作为力的条件而言,在裂纹尖端产生的局部拉应力必须大于裂纹尖端分子间的结合力;2.就能量条件而言,破碎时的能量消耗于两个方面：一是裂纹扩展时产生新表面所需的表面能s；二是因弹性变形而储存于固体中的能量U;4．粉碎方式和粉碎模型1)粉碎方式：挤压粉碎、劈裂粉碎、折断粉碎、研磨粉碎、冲击粉碎；挤压粉碎：多用于硬脆性、坚硬物料的粗碎；劈裂粉碎：劈裂粉碎比挤压粉碎所需压力小；折断粉碎：即物料受弯曲作用力而粉碎；研磨粉碎：主要产生细粒,其效率低、能量消耗大,用于小块物料的细磨;冲击粉碎：主要用于脆性物料的粉碎;2)粉碎模型：体积粉碎模型、表面粉碎模型、均一粉碎模型;体积粉碎模型:整个颗粒均受到破坏,粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒;随着粉碎过程的进行,这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粉;冲击粉碎和挤压粉碎与此模型较接近表面粉碎模型:在粉碎的某一时刻,仅是颗粒的表面产生破坏,被磨削下微粉,这一破坏作用基本不涉及颗粒内部,这是典型的研磨和磨削的粉碎方式;均一粉碎模型:施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏,直接粉碎成微粉;此模型仅符合结合极其不紧密的颗粒集合体如药片等特殊粉碎情形;实际粉碎过程是前两者的综合,前者构成过渡成分,后者形成稳定成分；体积粉碎看成冲击粉碎,表面粉碎看成摩擦粉碎；粗碎时宜采用冲击力和压缩力,细碎时采用剪切力和摩擦力;5.低温粉碎与混合粉碎低温粉碎对于低软化点、熔点低的热塑性物料,温度上升会失去结合水的物料,或温度上升会氧化的物料,以及常温时强韧、低温时脆性化的物料,适用低温粉碎; 采用技术有预冷物料、包裹或加入冷却介质;混合粉碎可以提升细粉效率几种粉碎性质不同的物料装入同一粉碎设备进行粉碎时,由于物料相互影响,则粉碎情形比单一物料复杂,会出现选择性粉碎,即易碎的物料更细、难碎的物料更粗;原因是：①粉碎介质受到作用力是,会优先碎裂,而高强度颗粒不足以碎裂,同时作用在高强度颗粒上的作用力部分或传递到相邻的低强度颗粒上,再次造成低强度颗粒碎裂,即易碎颗粒发生粉碎的概率大；②另一方面,两种硬度不同的颗粒相互接触并做相互运动时候,硬度大颗粒对硬度较小的颗粒产生切屑作用,软质颗粒被磨削;因此粗的更粗,细的更细;6.粉碎流程分类及特点a简单的粉碎流程b带预筛分的粉碎流程c带检查筛分的粉碎流程d带预筛分和检查筛分的粉碎流程各种粉碎流程的特点：a流程简单,设备少,操作控制较方便,但往往由于条件的限制不能充分发挥粉碎机械的生产能力,有时甚至难以满足生产要求b和d流程可增加粉碎流程的生产能力,减小动力消耗、工作部件的磨损等;适合原料中细粒级物料较多的情形;c和d流程可获得粒度合乎要求的粉碎产品,为后续工序创造有利条件,但流程较复杂,设备多、建筑投资大,操作管理工作量大,多用于最后一级粉碎作业;开路开流流程：不带检查筛分或选粉设备的粉碎流程：比较简单、设备少、扬尘少；当要求粉碎产品粒度较小时,粉碎效率低,产品中会含有部分不合格的粗颗粒物料闭路圈流流程：带检查筛分或选粉设备的粉碎流程：可直接筛选出符合粒度要求的产品;7.粉碎方式的选择以较强的化学健力结合的：要采用具有较强机械力的碎裂方式;对于拟粉碎至厘米级的矿石：可采用挤压粉碎、劈裂粉碎;对于拟磨细至微米级、纳米级的矿石：采用研磨粉碎、折断粉碎;实际过程中则是多种粉碎相互结合,连续作业;8.粒子焊接：即在粉碎的过程中,小颗粒间存在压应力,会发生焊接现象,再次形成大颗粒,可称之为二次颗粒;这些二次颗粒结构较为疏松,颗粒间焊接点少,但是当研磨强度过大时,压应力大,作用时间长,焊接程度增大,强度甚至比原矿大;在超细粉体制备时应该要极力避免通过加入分散剂来防止,其中常见的固体分散剂有微晶碳、液体分散剂有四氢呋喃等;9.粉碎机械分类;重点掌握超细粉碎机械;破碎机械：颚式破碎机,圆锥破碎机常用分类粉磨机械：振动磨,雷蒙磨超细粉碎机械：行星球磨机、气流粉碎机粉体实验仪器会考,还有加上筛分10.行星球磨机构造及原理主要有立式和卧式的两种,其主要构造组成有：电机、传动三角带、共用转盘、球磨罐、齿轮系列或三角带传动系列;其工作原理是利用磨料与试料在研磨罐内高速翻滚,对物料产生强力剪切、冲击、碾压达到粉碎、研磨、分散、乳化物料的目的;行星式球磨机在同一转盘上装有四个球磨罐,当转盘转动时,球磨罐在绕转盘轴公转的同时又围绕自身轴心自转,作行星式运动;罐中磨球在高速运动中相互碰撞,研磨和混合样品;该产品能用干、湿两种方法研磨和混合粒度不同、材料各异的产品,研磨产品最小粒度可至微米;与挤压和冲击粉碎的不同的是,球磨机靠研磨介质对物料颗粒表面不断的磨蚀实现粉碎;11.气流粉碎机构造及原理气流粉碎机其工作原理是,将高压空气或高压水蒸气通过拉瓦尔喷管加速为亚音速或超音速气流,喷出的射流带动物料做高速运动,使物料因撞击和摩擦而粉碎;由于喷嘴附近的速度梯度很大,因此,绝大多数粉碎作用发生在喷嘴附近;被粉碎的物料随气流到分级区进行分级,达到粒度要求的由收集器捕集下来,未达到粒度要求的则返回粉碎室继续粉碎,只要满足粒度要求;12.影响粉碎效率的因素：机械力大小、作用点、作用方式、作用时间等13.影响球磨效率的因素：原料性质的影响；球磨强度的影响：球磨环境的影响；球磨气氛的影响；研磨介质性质、尺寸呢及球料比的影响；球磨时间的影响;14.助磨剂助磨作用机理常为表面活性剂①助磨剂吸附在物料颗粒表面,改变颗粒的结构性质,降低颗粒的强度或硬度；②助磨剂吸附在固体颗粒表面,减小颗粒的表面能；总之,添加助磨剂使物料颗粒内的裂纹易于扩展,强度或硬度降低,颗粒软化；助磨剂吸附在颗粒表面能平衡因粉碎而产生的不饱和键,防止颗粒团聚,从而抑制粉碎逆过程;助磨剂一般分成三类：碱性聚合无机盐、碱性聚合有机盐、偶极—偶极有机化合物;15.粉碎机械力活化作用机理及影响因素机械力化学的作用机理：1)物料在机械力作用下粉碎生成新表面,颗粒粒度减小,比表面积增大,从而粉体表面自由能增大,活性增强;2)物料颗粒在机械力作用下,表面层发生晶格畸变,其中贮存了部分能量,使表面层能位升高,从而活化能降低,活性增强;3)物料颗粒在机械力作用下,表面层结构发生破坏,并且趋于无定形化,内部贮存了大量能量,使表面层能位更高,因而活化能更小,表面活性更强;4)粉磨系统输入能量的较大一部分还将转化为热能,使粉体物料表面温度升高,在很大程度上提高了颗粒的表面活性因此,物料经机械粉碎后形成的微细颗粒表面性质大大不同于原有粗颗粒,机械力的持续作用使颗粒表面的活性点不断增多,颗粒表面处于亚稳高能活性状态,易于发生化学或物理学的变化;影响机械力化学的因素：1)原料性质的影响：原料性质和各组分配比决定最终产品组成的物质基础;2)粉磨强度的影响：即能量对原子重新组合的影响;强度过低,形成非晶时间较长,甚至无法形成非晶；强度较高,形成非晶时间较短,利于非晶成分扩散,继续粉磨或造成相便；当强度达到某一值时候,会使得原料形成稳定化合物;3)粉磨环境的影响：湿法和干法两种环境,相差了助磨剂水;4)粉磨气氛的影响：利用或防止七固反应;5)粉磨时间和温度的影响：较适宜的时间和温度;16.机械力化学在应用中的特点优点：①经高能粉磨处理的物料,不仅使粒度减小,比表面积增大,而且由于反应的活性提高,可使后续热处理过程的烧成温度大幅度降低;②由于机械粉碎的同时兼有混合作用,使多组分的原料在颗粒细化同时达到均匀化,特别是均匀化程度提高,使制备的产品性能更好;③便于制备宏观、纳米乃至分子尺度的复合材料;④便于制备某些常规方法难以制备的材料;缺点：①通常需要长时间的机械处理,能量消耗大,且反应难以进行完全,在实际应用中,通常对物料进行适当的粉磨来制备前驱体而不是最终产物;②研磨介质的磨损会造成物料污染,影响粉磨产物纯度③处理金属材料时,需要用氮气、氩气等惰性气体保护,否则可能发生氧化、燃烧等不希望发生的反应;。
第三章、粉体表面
粉体表面吸附：当气相或液相中的分子（或 原子、离子）碰撞在粉体表面时，由于它们 之间的相互作用，使一些分子（或原子、离 子）停留在粉体表面，造成这些分子（或原 子、离子）在粉体表面上的浓度比在气相或 液相中的浓度大的现象。
物料 碳酸钙 石墨 磷灰石 玻璃 云母
表面能 65~70 100 190 1200 2400~25 00
高能表面（100~1000mJ/m2)，金属及氧化物、玻璃、 硅酸盐等；
低能表面（小于100mJ/m2 ），石蜡和各种塑料等。
3.4粉体与水的相互作用
3.4.1粉体表面离子的水合作用
颗粒排开周围水分子； 水分子与颗粒表面的晶格阳离子、阴离子发生
பைடு நூலகம் 3.2粉体的晶体和晶体表面
根据晶体中质点的键型，主要存在四种晶体 类型：
离子型:ZnS、TiO2、CaCO3 共价型:金刚石 金属型：自然Au、自然Cu 分子型:石蜡、硫、石墨（层间）
固体表面力
晶体中的每个质点周围都存在着一个力场。由于晶 体内部质点排列是有序和周期重复的，故每个质点 力场是对称的。但在固体表面，质点排列的周期重 复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破 坏，表现出剩余的键力，这就是固体表面力。
O2-+H2O
2OH-
表面
溶液
于是OH-和H+成为它们的定位离子。如石英、 锡石、刚玉、金红石、赤铁矿等。
pH小于零电点时，矿物表面荷正电； pH大 于零电点时，矿物表面荷负电。
例如，石英的零电点pH=1.8，pH=1时， Ψ 0=0.047伏；pH=7时， Ψ 0=-0.305伏。
粉末冶金 -第三章 粉体表征
第三章 粉末的性能及其测定
§3.2 粉末及粉末性能
3.2.1 粉体粒径和粉末体的定义 Fine particle 颗粒 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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第三章 粉末的性能及其测定
§3.2 粉末及粉末性能
3.2.2 粉末颗粒构造和表面状态 粉末颗粒实际构造的复杂性还表现为晶体的严重不完整性， 即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等。因此，粉末 总是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性。
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第三章 粉末的性能及其测定
§3.3 金属粉末的取样和分样
3.3.3 颗粒形状
粉末的形状
规则形状 不规则形状
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第三章 粉末的性能及其测定
§3.3 金属粉末的取样和分样
3.3.3 颗粒形状
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
粉末颗粒的形状
(h) 星蓝海学习网
第三章 粉末的性能及其测定
§3.3 金属粉末的取样和分样
3.3.5 颗粒粒度的测定方法
沉降分析法
黏性阻力区Re<1;
24
Re Re dv
v 4gd(s )
3 0
v d 2g(s ) 18
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第三章 粉末的性能及其测定
§3.3 金属粉末的取样和分样
3.3.5 颗粒粒度的测定方法
沉降分析法
黏性阻力区Re<1;
v d2g(s ) 18
d 18v (s 0)g
1.355 h (s 0 )t
18h (s 0 )gt
第三章 粉末冶金--概述,粉体制备
2. 粉体的特性
（1）粉体的粒度与粒度分布 ） （2）粉体颗粒的形状 ） （3）粉体的表面特性 （4）粉体的流动性
2. 粉体的特性
（1） 粒度和粒度分布 ） 粉体的粒度：指粉体颗粒的线性尺寸。 粉体的粒度：指粉体颗粒的线性尺寸。 粒度分布：不同粒度的颗粒占全部粉体的百分含量。 粒度分布：不同粒度的颗粒占全部粉体的百分含量。 粉体的粒度和粒度分布主要与粉体的制取方法和工 的粒度和粒度分布主要与粉体 艺条件有关。机械粉碎的粉体一般较粗， 艺条件有关。机械粉碎的粉体一般较粗，气相沉积的粉体 极细。 极细。 粉体的粒度和粒度分布对粉末的压制与烧结过程以及 最终产品的性能有很大影响。例如：在烧结过程中， 最终产品的性能有很大影响。例如：在烧结过程中，与粗 粉压制的压坯相比， 粉压制的压坯相比，细粉压制的压坯在相同的烧结条件下 烧结时更容易收缩。 烧结时更容易收缩。
1. 粉体的制备技术
（1） 机械粉碎法 ） 采用振动球磨和搅动球磨可提高研磨速度。 采用振动球磨和搅动球磨可提高研磨速度。
1. 粉体的制备技术
（2）雾化法 ） 雾化法， 雾化法，利用水流或气流直接击碎液体金属制 取粉末的方法。应用较广泛。 取粉末的方法。应用较广泛。 雾化法可以制取铅、锡、铝、锌、铜、镍、铁 雾化法可以制取铅、 等金属粉体，也可制取黄铜、青铜、合金钢、 等金属粉体，也可制取黄铜、青铜、合金钢、高 速钢、不锈钢等预合金粉体。 速钢、不锈钢等预合金粉体。 雾化法包括： 雾化法包括： 1)二流雾化法；2)离心雾化法；3) 超声波雾化。 二流雾化法； 离心雾化法 离心雾化法； 超声波雾化。 二流雾化法
3.2 粉体的制备与处理
（2）雾化法 ） 2）离心雾化法 ） 离心雾化就是利用机械旋转造成的离心力将 金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末。 金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末。 常用的有旋转圆盘雾化，旋转水流雾化， 常用的有旋转圆盘雾化，旋转水流雾化，旋 转电极雾化等。 转电极雾化等。
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W1 1 1 P1 f1 W1 W2 1 1 P 2 1 1 2 P 2
对同一种固体物料，密度相同，单组分空 隙率相同，则大颗粒的质量分数(最大填充 率 )：
1 f1 1
单一组分空隙率为0.5时，二组元颗粒的堆积特性
实际颗粒的填充
故颗粒间的范德华力为：
d A A d1 d 2 F 2 da 12a d1 d 2
等径球体间的范德华力为：
A d F 2 24 a
颗粒与平面间的范德华力：
A d F 2 12 a
静电引力
对带有异号静电荷各为Q1、Q2的两个直 径均为d的颗粒间的引力为：
Q1Q2 2a F 2 1 d d
本章小结
容积密度、填充率、空隙率 等径球体的规则堆积、四种堆积方式的基本特性
不等径球的规则堆积、Hosfield填充和Hudson填
充
颗粒间的作用力
不同尺寸球形颗粒的填充
在规则填充的基础上，等径球形颗粒之 间的空隙可由更小尺寸的球填充，从而得 更高密度的集合体； 当每一个空隙中只有一个小球填充时， 该球的直径是填充空隙空间的最大球径。
Horsfield填充
六方最密填充中，存在着由六个等径球组 成的四方孔及由四个等径球形成的三角孔； 在四方孔中填充第二大球，在三角孔中填 充第三大球，依次类推； 最终，所有剩余孔隙被相当小的等径球填 充，得到最小孔隙率为0.039的填充； 这种填充方式叫Horsfield填充。
a: 颗粒表面间的距离
附着水分的毛细管力
液体架桥
粉体与固体或粉体颗粒之间的间隙部分存在液 体时，称为液桥 液桥除能在各种单元操作中形成外，当空气的 相对湿度超过65%，水蒸气开始在颗粒表面及
颗粒间凝集，从而增加颗粒间的粘接
颗粒间液桥模型
R1
r (1 cos ) a cos( )
得（f），其堆积性质相同，故得到四种填充方式;
填充变形程度的增加，配位数增加，空隙率减小；
其中,（a）空隙率最大，属不稳定填充，而（c）（f）
空隙率最小，为最稳定填充； 规则填充是理想填充，实际不能达到，实际介于这 些理想填充之间。
随机填充
随机密填充 ：平均空隙率为0.359~0.375
随机倾倒填充 ：平均空隙率为0.375~0.391 随机疏填充 ：平均空隙率为0.4~0.41
对粉体层，以颗粒直径Dp代替毛细管管径2rc，用hc 代替h，则粉体层的毛细管常数为
gD p hc Kc cos
求得毛细管常数Kc，即可计算毛细管上升高度， 1 Kc由下式求得 3 D 2
Kc
ghc p cos 1 p S w
随机极疏填充 ：平均空隙率为0.44
等径球体的随机填充与颗粒的特性、填充方式、容器
的尺寸和器壁的表面性质有关
对于相当大的球体，如铁珠、圆砂粒和玻璃球等，在
重力作用下填充时，其总的空隙率一般接近于0.39，而
配位数约为8。
对直径为3mm的球体，在不同的密度和表面摩擦的情
况下，其最松随机填充时的空隙率为0.393~0.409
壁效应
在实际操作中，一般粉体总是装在某种形状的容器中， 也即存在一定的壁，这就会带来所谓的壁效应。由于壁的 存在，使得在靠近壁表面的地方会使随机填充中存在局部 有序
紧挨着固体壁表面的颗粒常常会形成一层与表面形状相 同的料层，即所谓的基本层，他是正方形和三角形单元聚 合的混合体 壁效应的另一重要方面是紧挨着壁的位置存在着相对高 的空隙率。壁效应是颗粒直径与容器直径之比的函数
积率下降， 也存在临界水含量，在此点最低。
振动频率与振幅对粉体层的空隙率有较大影响 对复杂的多组分体系，有理论和实际公式模拟
粉体中颗粒间的附着力
范德华力
静电引力 附着水分的毛细管力
范德华力
通常颗粒是没有极性的，但由于构成颗粒的 分子或原子，特别颗粒表面分子或原子的电子 运动，颗粒将有瞬时偶极，当两颗粒相互接近 时，由于瞬时偶极的作用，两颗粒将产生相互 吸收的作用力，这种作用力称为颗粒间的范德 华力。
可用London-Van der waals引力势能和能量 叠加原理来计算得到。
经计算，两颗粒间的引力势能为：
A d1 d 2 A 12a d1 d 2
2
式中：A是Hamakar常数，由下式得到
A n1n2Cmm
对等径颗粒，有：
Ad A 24 a
a: 颗粒表面间距
1 1 Fc 2r sin sin r sin R R 2 1
2
如颗粒表面亲水，则θ 0；当颗粒与颗粒相接触 （a=0)，且α=10°~40°时，则：
Fk 1.4 ~ 1.8r Fk 4r
仅在重力作用下，空隙率随容器直径减少和颗粒层高度的增加而变
大
空隙率与大小颗粒尺寸比有关，粒度愈小，由于粒间的团聚作用， 空隙率愈大，当粒度超过一临界值时，粒度大小对颗粒体堆积率的影响 不存在； 颗粒的形状：空隙率随颗粒圆形度的降低而增高；表面粗糙度越大， 空隙率越大 物料含水量：由于颗粒表面吸附水，颗粒间形成液桥力而导致颗粒 间附着力增大，形成的团粒尺寸较大且内部呈现松散结构，故物料的堆
Hudson堆积
二元体系填充性质
对二组元颗粒体系中，由二种粒径不同的颗粒 组成； 大颗粒间的间隙由小颗粒填充，得到最紧密的 堆积(最大填充率)； 混合物的单位体积内大小颗粒质量为：
W2 1 1 1 2 p 2
W1 1 1 1 p1
令大颗粒所占质量分数为：
颗粒-颗粒 颗粒-平板
液桥的粘接力比分子间作用力大1~2个数量级， 故湿空气中颗粒的粘结力以液桥附着力为主
团聚准数C0
当颗粒间的作用力远大于颗粒的重力时，颗粒的行为 很大程度上已不再受重力的约束，颗粒有团聚的倾向。 定义团聚准数C0
式中：m——颗粒的质量；
Fint er C0 mg
——颗粒间的作用力，如颗粒间的范德华力、毛细力、静电力、烧结效应等 Fint er
2
R2 r sin R1sin 1
故，毛细管压力P为
1 1 P R R 2 1
2 r sin 设毛细管压力作用在液面与球的接触部分的断面
上，取表面张力平行于两颗粒连线的分量，得到在表面 引力和毛细管压力的作用下，颗粒间的毛细力：
随着颗粒尺寸的减少，颗粒的团聚准数急剧增加。对于
尺寸小于1μm的颗粒，颗粒的团聚准数大于106，可见， 小颗粒在颗粒间力的作用下将形成团聚体
液体在粉体层毛细管中的上升高度
液体在毛细管中的上升高度为： 故，毛细管常数为
4 cos 1 h g 2rc g 2rc h 4 cos
第三章 粉体聚集特性
粉体的填充指标 粉体颗粒的填充与堆积 粉体中颗粒间的附着力 湿颗粒群特性
粉体的填充指标
容积密度ρB：在一定填充状态下，单位填充体积的粉体质 量，亦称表观密度
填充粉体的质量 VB (1 ) p B (1 ) p 粉体填充体积 VB
填充率Ψ：一定填充状态下，颗粒体积占粉体体积的比率
粉体填充体的颗粒体积 B 粉体填充体积 p
空隙率ε：一定填充状态下，空隙体积占填充与堆积
等径球体的规则填充 不同尺寸球形颗粒的填充 实际颗粒的填充
不同尺寸颗粒的最紧密堆积
等径球体颗粒的规则填充
规则填充
60°
（b）回转90°即可得（d）；（c）回转125°16′则