粉体工程

太原理工大学矿加分体工程专用复习你懂的

1.纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，它具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。

①表面效应：随着粉体粒径的减小，其特性不仅取决于固体本身，而且还与表面原子状态有关，称其为表面效应。

②小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变，由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。

③量子尺寸效应：指当粒子的尺寸下降到某一值时金属费米能级附近的电子由准连续变为离散的现象。

④宏观量子隧道效应隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。

2、颗粒的结构

原级颗粒聚集体颗粒（硬团聚颗粒）凝聚体颗粒（软团聚颗粒）絮凝体颗粒

①原级颗粒：最先形成粉体物料的颗粒。又称一次颗粒或基本颗粒。它是构成粉体的最小单元。它能真正反映出粉体的固有性能。

②聚集体颗粒（硬团聚颗粒）:由许多原级颗粒靠着某种化学力其表面相互连接而堆积起来。例如：粉体在高温脱水。聚集体颗粒的比表面积比构成它的原级颗粒的表面面积和要小。聚合体颗粒各原级颗粒间彼此结合牢固，必须用粉碎的方法才能使其分开。

③凝聚体颗粒（软团聚颗粒）：棱角相连，结合力弱（范德华力，静电力）。表面积变化不大。如湿法合成干燥后的粉体。凝聚体颗粒比较疏松，通过研磨或者高速搅拌可使之解体。

④絮凝体颗粒：粉体在液相介质中分散，由于颗粒间的各种物理力，使颗粒松散的聚合在一起所形成的粒子群，称絮凝体颗粒。如受潮后的粉体结块，淀粉在水中变粘。

絮凝体颗粒很容易被微弱的剪切力解絮，也很容易在表面活性剂的作用下分散开来。

3、常用的“演算直径”有轴径、球当量径、圆当量径和统计径四类。

“演算直径”通过测定某些与颗粒大小有关性质，推导出与线性量纲有关的参数。

①轴径：用指定的特征线段表示。

②球当量径：用和颗粒具有相同参量的球体直径来表示。包括体积、面积、比表面积、运动阻力、沉降速度等。

③圆当量径：用和颗粒具有相同参量（面积、周长）的圆的直径表示。

④统计径：是平行于一定方向(用显微镜)测得的长度。

4、平均粒度包括峰值直径和中位直径或中值直径两类。

①．峰值直径：是指颗粒在最高频率处相对应的粒径。或者说是频率曲线上的最高点。

②．中位直径或中值直径：是对应粒度分布函数曲线50%处颗粒的直径。

5.表征物料粒度分布常用的方法有列表法、作图法、矩值法和函数法。

①列表法：是将粒度分析得到的原始数据（粒度区间、各粒级质量、面积、颗粒数等）及由此计算的数据列成表格。

②作图法：常用的图示法有绘制矩形图、密度函数图（频率分布图）、分布函数图（累积分布图）。

③矩值法：是以数理统计原理来计算粒群（即样本）粒度分布的特征值，如平均粒度、方差等。

④函数法：是用数学方法将物料粒度分析数据归纳、整理并建立能反映物料粒度分布规律的数学模型——粒度特性方程。

6、表示粒度特性的几个关键指标

（1）D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。

（2）D97：一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%。

7、包括形状系数和形状指数，可统称为形状因子。

常见的形状指数有球形度、伸长度、粗糙度等。

8、粒度测定方法的选择

（1）根据数据的应用场合来选择；

（2）根据粉体的粒度范围选择；

（3）根据粉体的存在形式选择；

（4）根据粒度测定的精度要求选择；

（5）根据样品量选择；

（6）根据粒度测定所需的时间选择；

（7）根据设备投资和分析费选择

9、比表面积是指单位质量粉体的表面积。单位为m2/g.

比表面积的测量方法有渗透法、吸附法和压汞法。其中气体吸附法也称BET法是经典测定方法，它是根据BET方程式，在一定条件下测定被固体颗粒吸附的气体质量，然后通过吸附的气体质量和气体分子的截面积即可计算颗粒的比表面积。

10、不同固体中的孔的大小和形状有很大差别。表征孔特征的尺寸一般为孔的宽度。按孔的宽度可分为微细孔、中微孔、大微孔等。

类别孔宽

微细孔小于2 nm ( 20 Å )

中微孔～2 nm 至50 nm ( 20 ～500 Å )

大微孔大于50 nm ( 500 Å )

测定微孔大小的方法有显微镜法、压汞法及气体吸附法。气体吸附法适合测微细孔和中微孔，压汞法适合测大微孔。大微孔测定用光学显微镜，中微孔测定用电子显微镜。

11、粉体的填充结构是指粉体层内颗粒在空间的排列状态，属于几何性质。

粉体填充状态的两个极端：最疏填充状态和最密填充状态

12、描述粉体填充结构的参数

（1）容积密度ρb 单位体积粉体填充层（包括颗粒实体部分，颗粒内孔隙，颗粒之间空隙）的质量称为容积密度，也可称为填充层的表观密度或粉体的堆积密度

（2）填充率ψ粉体颗粒体积（颗粒实体部分和内孔隙体积之和，不包括颗粒之间空隙的体积）占粉体填充层体积的分数称为填充率

（3）空隙率ε颗粒之间空隙的体积占粉体填充层总体积的分数称为空隙率

（4）配位数kn 与被观察颗粒接触的颗粒个数称为配位数，类似于配位化学中配位数的概念，实际粉体层中各个颗粒所处的环境不同，与之接触的颗粒个数不同，从而有不同的配位数，用分布表示具有某一配位数的颗粒分数时，称为配位数分布。

（5）空隙率分布将距离所观察颗粒中心任一半径处的微小球壳内的空隙体积分数，以距离为自变量表示的分布称为空隙率分布。

（6）接触点角度分布将与所观察颗粒相接触的第一层颗粒的接触点位置，以坐标角度为自变量表示的分布称为接触点角度分布。

13、影响粉体填充结构的因素