材料化学一09a粉体材料及其制备技术

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1、第五章粉体材料及其制备技术主要参考书目周达飞主编，《材料概论》第三章，化学工业出版社2001年出版周美玲等主编，《材料工程基础》第二章，北京工业大学出版社2001年出版赵修建、张联盟译，《超微颗粒导论》，武汉工业大学出版社1991年出版R.W.卡恩等主编，材料科学与技术丛书(第17A卷)，《陶瓷工艺(第1部分)》第3，4章。科学出版社1999年出版5.1粉体材料概述在20世纪80年代之前，粉体材料的发展历史基本上就可以看成是陶瓷材料的发展历史。陶瓷材料的几次重大的飞跃都是在粉体材料发展的基础上实现的。以粉末的成型和烧结固化为

2、主线的材料制备技术，粉末制备是最重要的初始环节，它直接影响到原料粉的品质和烧成材料的性质。在大量的研究中形成了一个共识：材料晶粒越细，材料的力学性能就越优越。因此，人们在陶瓷及粉末冶金领域正不断地努力，力求制备出更细微的粉末原料。粉末材料除了作为烧结材料的原料外，还以填充物的形式大量使用。粉末材料还可以直接应用。粉体材料的应用领域举例农业：粮食加工、化肥、粉剂农药、饲料等矿业：金属矿石的粉碎研磨、非金属矿的深加工等冶金：粉末冶金、冶金原料处理等印刷：油墨生产、复印用的碳粉等医药：粉剂、中药精细化、喷雾施药化工：涂料、油漆能源

3、：煤粉燃烧、固体火箭推进剂机械：微粉磨料、铸造砂型等材料：5.2粉体尺寸及其表征颗粒按尺寸大小分为以下几类：粗颗粒：150~500m中颗粒：44~150m细颗粒：10~44m极细颗粒：0.5~10m纳米颗粒：<0.1m(100nm)随着颗粒的逐渐细化，大量的内部原子移至表面，也就是说表面原子数在总原子数中所占比例逐渐增大，因此颗粒表层结构对材料性能的影响程度加剧，直至产生所谓的纳米效应。我们来做一个简单的分析。考虑一个边长为1cm的立方体细化为边长为5m的小立方体。细化前后的有关数据如下显然，细化过程就是总面积增

4、加的过程，同时立方体的棱边数和顶角数也增加了。从材料结构角度考虑，无论何种大小的颗粒，都可以认为是由内部结构和表层结构组成。表层结构与内部结构不同。表层结构集中在表层的几个原子范围内。按照结构决定材料性质这一基本准则，可以得出结论：颗粒内部的性质与表层的性质是不同的；当颗粒较大时，表层原子所占的比例较小，因而可以不考虑由此产生的影响。随着考虑的不断细化，大量的内部原子移至表面，表层结构对材料性质的影响就将成为主要因素。104103102颗粒细化的结果是粉体的比表面积和表面能都增大了这是铜颗粒的粒径与比表面积、表面能的数据当细

5、化到纳米尺度时，颗粒就会表现出一些异常的特性纳米金属的熔点比块体金属低得多。金的熔点为1337K，2nm的金颗粒的熔点600K纳米粉体在很宽的频谱范围内都呈现出黑体现象，不仅吸收可见光，对电磁波也完全吸收。纳米粉体基本上都是黑色的纳米磁性粉体已经成为单磁畴结构，具有很高的矫顽力纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍，饱和磁矩则是普通的二分之一。一些纳米颗粒的导电性能明显改善，甚至成为高TC的超导体。颗粒大小的表征颗粒大小和形状是粉体材料最重要的物性表征量。颗粒的大小一般用粒径来表示。在分析粉体的粒径时，应明确单颗粒粒径与颗粒

6、聚集体(粉末)粒径的含义以及它们之间的区别单颗粒粒径：针对一个颗粒按照某一规定的准则而获取的一个特定的数值粉末粒径：许多粉末颗粒采用一定的测量方法而得到的具有统计学意义的一组值，包括统计平均值和统计分布单颗粒的粒径实际应用的颗粒的形状往往都是不规则的如何表示这样的不规则形状颗粒的大小？关于不规则形状单颗粒粒径的表示方法已经提出来很多种。其中应用较多的是所谓的颗粒当量径。颗粒当量径：将颗粒以某种等量关系转化为球形，相应得到的球的直径称为颗粒的当量径。颗粒当量径的定义及计算公式1.等体积球当量径：与颗粒具有相同体积的球的直径2.

7、等表面积球当量径：与颗粒具有相同表面积的球的直径3.比表面积球当量径：与颗粒具有相同的比表面积的球的直径颗粒当量径的定义及计算公式4.投影圆当量径：与颗粒投影面积相等的圆的直径5.等周长圆当量径：与颗粒投影周长相等的圆的直径粉体的粒径：颗粒尺寸的分布前面提到：粉体的粒径是采用一定的测量方法而得到的具有统计学意义的一组值，包括统计平均值和统计分布。因此对粉体粒径的描述也就相当于对颗粒尺寸的分布进行描述。通常，颗粒尺寸分布可以用个数分布或者重量(体积)分布来描述。对粉体材料进行粒度测试所得到的信息一般可以采用分布直方图的形式进行

8、描述。如果测试的粉体中颗粒总数足够多，也可以采用连续曲线来表示颗粒尺寸的分布，这相当于概率密度函数。另一种表示颗粒尺寸分布的曲线是累积分布曲线。确定了颗粒尺寸的分布曲线后，就可以采用一个具体的数值来描述颗粒尺寸的大小程度。通常采用的有三种不同的取值方法平均尺寸：即所测得的分布的平均值中位尺