粉体工程学第1章

第五节 粉体工程所涉及的行业
※ 粉体工程学几乎涉及所有领域、无处不存在。见下表
行 业
农 矿 冶 橡 塑 造 印 药 业 业 金 胶 料 纸 刷 物
用
途
粮食加工、化肥、粉剂农药、饲料、人工降雨催凝剂 金属矿石的粉碎研磨、非金属矿深加工、低品位矿物利用 粉末冶金、冶金原料处理、冶金废渣利用、硬质合金生产 固体填料、补强材料、废旧橡胶制品的再生利用 塑料原料制备、增强填料、粉末塑料制品、塑料喷涂 造纸填料、涂布造纸用超细浆料、纤维状增强填料 油墨生产、铜金粉、喷墨打印墨汁、激光打印和复印碳粉 粉剂、注射剂、中药精细化、定向药物载体、喷雾施药
1，第一代：“原子弹”是核裂变—— 由中子轰击铀-235或钚-239， 使其原子核裂开产生能量； 2，第二代：“氢弹”是核裂变加核聚变—— 由原子弹引爆氢弹， 原子弹放出来的高能中子与氘化锂反应生成氚， 氚和氘聚合产生能量； 3,“氢铀弹”（三相弹）也属于第二代， 是核裂变加核聚变加核裂变—— 它是在氢弹的外层又加一层可裂变的铀-238；
※ 也有人认为： “纳米颗粒”指1-100nm尺度的颗粒； “微米颗粒”指1-1000µm的颗粒； “亚微米颗粒”指0.1-1µm的颗粒。 “超细颗粒”是纳米颗粒与亚微米颗粒的总称； “细粉”指1-100µm的固体颗粒； “粗粉”指100-1000微米的固体颗粒； 超过1000µm的颗粒则进入块状物体范畴。 ＊ 不同的行业还有很多不同的说法， 统一这些说法有利于技术交流。
第二节 粉体工程学的主要研究内容
粉体工程学的主要研究内容包括： 粉体科学和粉体技术两方面的研究
1.2.1 粉体科学研究
研究内容：粉体几何形状 粉体力学 气溶胶 粉体的润湿 其他特性 粉体化学 粉体测定
1.2.2 粉体技术研究
研究内容：粉体分离 粉体储存 粉体均化 粉体输送 粉体制造
从目前粉体工程学研究发展来看： ※ 粉体工程学已成为一门跨学科、跨行业， 综合性极强的技术科学。 ※ 应用遍及材料科学、冶金矿产、石油化工、机械领域、 建筑建材、食品保健、药品制剂、水利电力、船舶运输、 电子科技、航空航天、国防工业、原子能源、枪炮弹道、 农业土地、种子化肥、礼花烟火、环境工程等等。 ● 粉体技术几乎涉及所有工程领域，应用也越来越广阔， 越来越被重视。
1.1.2 粉体工程学的基本概念
粉体工程学(powder engineering)是 研究无数个固体粒子集合体的基本性质及其应用的科学。 是以颗粒和粉状物料为对象，而研究其性质加工及处理 技术的一门学科。 由于固体颗粒在工程应用中的地位显得愈来愈重要， 而且有很多共同规律和问题：如 ◆ 粉体的制造、分离、纯化、运输； ◆ 细粉特性的表示方法和测量； ◆ 细粉流态化的特性和规律；细粉的表面性质； ◆ 流体在孔性细粉中传递性质等。 因此形成了一个新的学科，称为粉体工程学。 通常我们所说的“粉末”、“粉粒”或“粒子”、 “粉尘”、“颗粒”都属于粉体学的研究范畴。
第三节 粉体颗粒种类
◆ 粉体颗粒品种无数，有人工合成的， 有天然形成的，粉体颗粒千差万别。 ◆ 通常把形态各异的颗粒分为四大类型：
原级颗粒
聚集体颗粒
粉体颗粒种类 凝聚体颗粒
絮凝体颗粒
1.3.1 原级颗粒— 最先形式形成并独立存在的最小颗粒为原级颗粒。 又称为一次颗粒或基本颗粒。 是第一次以固态存在的颗粒，形状各异。 是一个一个分散开的。如图示 颗粒
面粉、化妆品（胭脂）、古代制作陶器的陶粉； 各种涂料、涂装、油墨、印刷用粉体材料 各种有机（化工）、无机（玻璃）、医药、 金属和非金属粉末材料 以及现在各行各业制粉和粉体处理设备等 派生出的技术体系，也就是粉体技术体系。
粉体技术体系： 以粉体为纲而相对独立的技术集合为一体 的综合技术体系。
因此，诞生了一门新的科学与工程学也就是目前 发展速度迅速、涉及面极广的粉体科学与工程。
4，第三代：“中子弹”（增强辐射弹） 是一种特殊类型的小型氢弹， 是核裂变加核聚变——但不是用原子弹引爆， 而是用内部的中子源轰击钚-239产生裂变， 裂变产生的高能中子和高温促使氘氚混合物聚变。 它的特点是：中子能量高、数量多、当量小。 如果当量大，就类似氢弹了，冲击波和辐射也会剧增， 就失去了“只杀伤人员而不摧毁装备、建筑， 不造成大面积污染的目的”。也失去了小巧玲珑的特点。 中子弹最适合杀灭坦克、碉堡、地下指挥部里的有生力量。
精细陶瓷 环 机 保 械
作业：1、颗粒和粉体的定义？ 2、粉体工程学主要研究内容？ 3、粉体颗粒种类及其含义？ 思考题：粉体工程学所涉及的行业及发展前景
核武器
核武器是指能进行核裂变或核聚变反应、 并具有大规模破坏效应的武器。 包括： 1，按结构原理分：原子弹、氢弹、氢铀弹、 特殊性能核武器（如中子弹、核同质异能武器、 反物质武器等）： 2，按作战使用范围分：战略核武器、战术核武器、 战区核武器： 3，按配用的武器分：核导弹、核地雷、核炸弹、 核炮弹、核鱼雷、核深水炸弹等。
粉体工程学
兰州理工大学材料学院 2013.春
第一章 基本概念及研究内容
主要讲述：粉和颗粒的相关概念
第一节 百度文库体工程发展及基本概念
1.1.1 粉体工程的发展历史
美国：1948年成立了粉体研究所 日本：1957年成立了日本粉体工业学会， 1971年成立了日本粉体技术协会 英国：1962年英国Bradford大学设立了粉体技术学院 德国：1986年召开了第一届粉体技术世界会议 中国：1986年成立了中国颗粒学会 粉体词汇自上个世纪50年代初提出的， 但粉体与人们的生活是分不开的。如：
（3）粉体的桥梁作用
颗粒特征 产品性能
物理加工 化学加工
粉体的桥梁作用
单一粉体 复合粉体
加工对象 加工方法
（4）粉体的加工技术
粉碎
运输 包装
分级
粉体加工
整形
除尘 包覆
储存 给料
1.1.2.2 分体尺度 a. 粉体是一个多尺寸颗粒的集合体， 尺度不会影响人们研究其性质的研究。 有人认为：1000µm的颗粒物为粉体； 也有人认为：100µm的颗粒物为界限。 b. 目前为止国际国内也没有一个统一的标准。 c. 只要具备了粉体所具有的特征， 根据需要自行划分规定即可。 通常：把<100μm的粒子叫“粉”， 容易产生粒子间的相互作用而流动性较差； 把>100μm的颗粒叫“粒”， 较难产生粒子间的相互作用而流动性较好。
d. 超细粉体 超细粉末是20世纪80年代逐渐发展起来， 日趋成为各国研究的重点。 所谓超细粉体是指尺度介于分子，原子与块状材料之间， 通常泛指1~100nm范围内的微小固体颗粒。 包括金属,非金属,有机,无机和生物等多种材料颗粒. 随着物质的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生了 变化，产生了块状材料不具备的表面效应，小尺寸效应， 量子效应和宏观量子隧道效应，从而使超细粉体与常规 颗粒材料相比具有一系列优异的物理,化学性质.
1.1.2.1 粉体的定义 （1）颗粒和粉体区分 颗粒：人工或天然制成的粒状物， 一般指固体颗粒。 也可以延伸到液体和气体。 颗粒是构成粉体的最小单元。
粉体：大量具有相互作用的微小固体 颗粒的集合体。 粉体是无数相对微小颗粒的集合体。
一般分为两种型体
单分散粉体： 构成粉体的所有颗粒其大小和形状都是一样的粉末。 （自然界中少见），一般为化学和人工合成的近似体。 多分散粉体： 构成粉体的所有颗粒其大小和形状参差不起、 形状各异的粉末。（自然界中常见）
粉 体
1.3.2 聚集体颗粒— 有许多原级颗粒靠着某种化学力
以其表面相连接而堆积起来的。又称二级颗粒。 ● 它们表面相互重叠，表面积小于构成各原级颗粒总和。 ● 是在物料加工和制造中形成的，有时候结合力十分牢固， 很难分散，必须用粉碎的方法才能解体。如下图。
1.3.3 凝聚（胶）体颗粒— 聚集体颗粒之后形成的。也称三次颗粒。 ◆ 是原级颗粒或聚集体颗粒或两者的混合物， 是结合力较弱的疏松颗粒群。如下图。 ◆ 它也是物料在制造加工处理过程中产生的。 ● 粒径越小，单位表面力越大，越易于凝聚，结合牢固。 ※ 如何使粉体的凝聚（胶）体颗粒在具体应用场合下 快速而均匀地分散开，是现代粉体工程学中的一个 重要的研究课题！！！（纳米材料储存）
天然粉体
特种粉体 纳米级 0.1~100nm
单质粉体
粉体 （粉末）
微米级 1~100µm
混合粉体
复合粉体
电解粉体
亚微米级颗粒 0.1~1µm
雾化粉体
（2）颗粒和粉体研究特征 颗粒→微观特征 ↓ 形状形貌 粒度大小 比表面积 粉体→宏观特征 ↓ 粒度分布 流动性能 堆积状态 产品→产品性能 ↓ 化性物性 质量优虐 使用寿命
超细粉体有许多独特性能，主要如下： (1)比表面积大； (2)熔点低； (3)磁性强； (4)活性好； (5)光吸收好； (6)热导性能好
1.1.2.3 粉体的形态 a. 固体和液体 固 体： 自然界中各种固体颗粒物。天然、人造、粉尘、 沙尘暴、环卫、种子等。 液 体： 各种液态的流体。医药（针剂）、化妆品、 石油、化工等。 b. 两相流体 液-固体：各种液态和固态的混合体。泥石流、江河泥沙、 水泥砂浆、石油勘探泥浆、石油化工油浆等。 气-固体：汽车尾气、空气污染、烟尘等。 液-气体：各种液态和气态所构成的混合体。水力发电的 气蚀、缸体内油料燃烧、航天器发射等。
粉粒体： 颗粒（人工和自然界中的固体） 粉体（微小固体颗粒的集合体） 超细粉（0.1~1µm） 纳米粉（ < 0.1µm）
球形 多角形 纳米级 1~100nm 粒状 纤维状
普通颗粒 100-1000µm
非球形
不规则
颗粒
微米级 1~100µm 片状
亚微米级颗粒 0.1~1µm
树枝状
研磨粉体
普通粉体 >100µm
行
化 食 颜 能 电 建
业
工 品 料 源 子 材
用
途
涂料、油漆、催化剂、原料处理 粮食加工、调味料、保健食品、食品添加剂 偶氮颜料、氧化铁系列颜料、氧化铬系列 煤粉燃烧、固体火箭推进剂、水煤浆 电子浆料、集成电路基片、电子涂料、荧光粉 水泥、建筑陶瓷生产、复合材料、木粉 梯度材料、金属与陶瓷复合材料、颗粒表面改性 脱硫用超细碳酸钙、固体废弃物的再生利用、粉状污水处理剂 粒度砂、微粉磨料、超硬材料、固体润滑剂、铸造型砂
第四节 与粉体相关的产业
1.4.1 以粉体为主体的相关产业 （1）无机非金属材料工业 （2）冶金和金属工艺学 （3）颜料和感光剂工业 （4）电化学和部分无机化学工业
1.4.2 以生产工艺与粉体相关的产业 （1）原子能和能源工业 （2）石油化学、高分子化学、有机精密化学工业 （3）电子学 （4）宇宙科学
5，第四代，核定向能武器： 因为这些核弹不产生剩余核辐射， 因此可作为“常规武器”使用，主要种类有： 反物质弹、粒子束武器、激光引爆核炸弹、 干净的聚变弹、同质异能素武器等。 第四代的另一特点是突出某一种效果， 如突出电磁效应的电磁脉冲弹，使通讯信号混乱。 他可以使高能激光束、粒子束、 电磁脉冲等离子体定向发射， 有选择地攻击目标，单项能量更集中， 有可控制的特殊杀伤破坏作用。
1.3.4 絮凝聚体颗粒— 粉体与液相介质构成一定的分散体系。 ● 液固分散体系中颗粒之间的物理力使颗粒松散地结合 在一起而形成的粒子群。 ● 它们很容易被很小的力或表面活性剂或分散剂作用下 自行分开。
※ 长期储存的粉体，可看成与大气水分构成的体系， 有絮凝体产生，形成结构松散的絮团—料块。 ◆ 粉体颗粒的几种类型是相互依赖的，有时候是分不开的， 没有明显的界限，也就是大致区分。