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）v1.0 可编辑可修改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。

v1.0 可编辑可修改常见粒度分析方法: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。