特种陶瓷粉体定义和基本性能及表征
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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。
d50、d90、d10分别指在累积分布曲线上占颗粒总量为50％、90 ％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。
1.2.4 粉体颗粒的形态及其表征
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；累积分布表示小于或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 布）
图6 粒度分布曲线
(b)频度分布曲线（一般为泊松分
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；
特种陶瓷粉体定义和基本性能及表征
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。
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径的平均值
第二节 特种陶瓷粉体的性能表征
关于颗粒的几个概念：
– 一次颗粒：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
(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。
图3 α-Al2O3粉体的SEM和TEM形貌图
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。
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。
(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。
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
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。
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。
（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。
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。
(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。
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。
2．长短度和扁平度
一个粒子可以取其短径b，长径Baidu Nhomakorabea以及厚度t三个尺寸。 定义长短度=l/b;
(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。
（4）显微镜下测得的颗粒径
– 团聚：一次颗粒一般都比较细微，表面活性也比较大，而更易发生 一次颗粒间的团聚。
粉体的大小表征
– 等体积球相当径:用与实际颗粒有相同体积的球的直径来表示粒度。 – 等面积球相当径:用与实际颗粒有相同表面积的球的直径来表示粒。 – 马丁 径：颗粒影象的对开线长度。 – 费莱特径：颗粒影象的两个相互平行的对边切线间的距离。
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。
d50、d90、d10分别指在累积分布曲线上占颗粒总量为50％、90 ％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。
1.2.4 粉体颗粒的形态及其表征
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；累积分布表示小于或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 布）
图6 粒度分布曲线
(b)频度分布曲线（一般为泊松分
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；
特种陶瓷粉体定义和基本性能及表征
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。
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径的平均值
第二节 特种陶瓷粉体的性能表征
关于颗粒的几个概念：
– 一次颗粒：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
(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。
图3 α-Al2O3粉体的SEM和TEM形貌图
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。
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。
(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。
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
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。
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。
（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。
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。
(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。
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。
2．长短度和扁平度
一个粒子可以取其短径b，长径Baidu Nhomakorabea以及厚度t三个尺寸。 定义长短度=l/b;
(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。
（4）显微镜下测得的颗粒径
– 团聚：一次颗粒一般都比较细微，表面活性也比较大，而更易发生 一次颗粒间的团聚。
粉体的大小表征
– 等体积球相当径:用与实际颗粒有相同体积的球的直径来表示粒度。 – 等面积球相当径:用与实际颗粒有相同表面积的球的直径来表示粒。 – 马丁 径：颗粒影象的对开线长度。 – 费莱特径：颗粒影象的两个相互平行的对边切线间的距离。