陶瓷工艺学 第二章-1.ppt

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1、粉体的制备与合成陶瓷工艺学课程回顾陶瓷的主要原料：黏土、石英及长石。陶瓷的其他原料瓷石叶蜡石高铝质矿物原料高铝矾土硅线石碱土金属硅酸盐类滑石及蛇纹石硅灰石透辉石含碱金属硅酸盐类霞石正长岩锂辉石及锂云母碳酸盐类方解石菱镁矿白云石新型陶瓷原料氧化物类原料氧化铝（Al2O3）氧化镁（MgO）氧化铍（BeO）氧化锆（ZrO2）碳化物类原料碳化硅（SiC）碳化硼（B4C）氮化物类原料氮化硅（Si3N4）氮化铝（AlN）粉体(Powder)，就是大量固体粒子的集合体。它表示物质的一种存在状态，既不同于气体、液体，也不完全同于固体。因此有人将粉体看作是气、液

2、、固三态之外的第四相。粉体由一个个固体颗粒组成，它仍有很多固体的属性，如物质结构、密度、颜色、几何尺寸等。组成粉体的固体颗粒的粒径大小对其性质有很大影响，其中最敏感的有粉体的比表面积、可压缩性和流动性。同时粉体颗粒的粒度决定了粉体的应用范畴，是粉体诸多物理性质中最重要的特征值。1.陶瓷原料只有达到一定的粒度及粒度组成，才有可能具备必要的成型性能（流动性、悬浮性、可塑性等）；2.原料粒度细，便于各种成分不同的原料混合均匀；3.原料越细，表面能越高，化学反应活性越大。（1）粉碎法粉碎法是由粗颗粒来获得细粉的方法，通常采用机械粉碎、气流粉碎、球磨和高

3、能球磨等。合成法是由离子、原子或分子通过反应、成核和生长、收集、后处理来获得微细颗粒的方法。这种方法的特点是纯度、粒度可控，均匀性好，颗粒微细，并且可以实现颗粒在分子级水平上的复合、均化。通常合成法包括固相法、液相法和气相法。但是，在粉碎过程中难免混入杂质，另外，无论哪种粉碎方式，都不易制得粒径在1µm以下的微细颗粒。（2）合成法粉体的制备方法一般可分为粉碎法和合成法两种。2.1.1.1粉体颗粒2.1粉体的物理性能及其表征2.1.1粉体的粒度与粒度分布粉体颗粒―指在物质的结构不发生改变的情况下，分散或细化得到的固态基本颗粒。一次颗粒――指没有堆

4、积、絮联等结构的最小单元的颗粒。二次颗粒――指存在有在一定程度上团聚了的颗粒。团聚――一次颗粒之间由于各种力的作用而聚集在一起称为“二次颗粒”的现象。（1）分子间的范德华引力；（2）颗粒间的静电引力；（3）吸附水分产生的毛细管力；（4）颗粒间的磁引力；（5）颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力。粉体颗粒之间的自发团聚是客观存在的一种现象，引起团聚的主要原因有：2.1.1.2粉体颗粒的粒度粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺寸。粒度越小，颗粒微细程度越大。球形颗粒只有一个线性尺寸，粒度就是直径；正方体颗粒的粒度可用边长来表示。对于一些不规则形状的颗粒，

5、可按某种规定的线性尺度来表示其粒度，通常是利用相当球的直径作为其粒度的。1.体积直径2.斯托克斯径（Stoke’s直径）也称等沉降速度相当径。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。这时可用右式表示沉降速度与球径的关系：将某种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，即体积直径。dv为体积直径；V为颗粒体积vstk－斯托克斯沉降速度；dstk－为斯托克斯径；η-为流体介质的粘度；ρs、ρf分别是颗粒及流体的密度。等同体积的形式：斯托克斯直径公式适用

6、于Re<0.2的流体沉降，即层流区的粒径测定。雷诺数一种可用来表征流体流动情况的无量纲数，以Re表示，利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流，也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。粒度分布表征多分散颗粒体系中，粒径大小不等的颗粒的组成情况。分为频率分布和累积分布。(1)频率分布(2)累积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。百分含量一般以颗粒质量、体积、个数等为基准。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。累积分布是频率分布的积分形式。2.1.1.3粉体颗粒的粒度分布颗粒分布常见的表达形式：粒度分布曲线、平均

7、粒径、标准偏差、分布宽度等。颗粒粒径包括众数直径(dm)、中位径(d50或d1/2)和平均粒径(đ)。众数直径：指颗粒出现最多的粒度值，即频率曲线的最高峰值；d50、d90、d10：分别指在累积分布曲线上占颗粒总量为50％、90％及10％所对应的粒子直径；△d50：指众数直径即最高峰的半高宽。平均粒径：式中n——粒度间隔的数目；di——每一间隔内的平均径；fdi——颗粒在粒度间隔的个数或质量分数。标准偏差σ用于表征体系的粒度分布范围：式中n——体系中的颗粒数；di——体系中任一颗粒的粒径；d50——中位径。分布宽度SPAN：粉体的颗粒尺寸及分布

8、、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。2.1.1.4粉体的测试方法及原理除了电子显微镜