粉体材料及其制备技术.ppt

第五章 粉体材料及其制备技术 5.1 粉体材料概述 以粉末的成型和烧结固化为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。 5.2 粉体尺寸及其表征 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 (100 nm) 颗粒细化的结果是粉体的比表面积和表面能都增大了 当细化到纳米尺度时，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 1337 K，2 nm 的金颗粒的熔点 600 K 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 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。 颗粒当量径的定义及计算公式 颗粒当量径的定义及计算公式 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。 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 中位尺寸 (中位径)：在累积分布曲线上对应于 Q = 0.5 处的颗粒尺寸，通常表示为 x50。 众数直径：出现几率最高的颗粒尺寸值，即概率密度分布曲线上的极大值点处所对应的颗粒尺寸。 需要注意的是，对于实验测得的一条具体的分布曲线，平均尺寸和中位尺寸应该仅仅是一个具体的数值，但众数直径则可能具有多个不同的数值。 颗粒尺寸的分布：Gaudin-Schuman 函数 这一分布函数中，xmax 和 m 是待定参数，需要通过对实验数据进行回归分析得到 在对数坐标系中，该函数是一条直线，因此很容易借助于线性回归分析进行数据处理 m 值越小，则颗粒尺寸的分布就越宽 颗粒尺寸的分布：Rosin-Rammler 函数 这一分布函数中，x? 和 n 是待定参数，需要通过对实验数据进行回归分析得到 在 lnln 对 ln 坐标系中，该函数是一条直线 n 值越小，则颗粒尺寸的分布就越宽; 这一函数常常用于描述粉碎过程的产品。 曲线拟合函数与曲线本身相比具有一些显著的优点： 可以采用两个参数来描述尺寸的分布情况，比较简便； 曲线拟合过程可以将存在于测试结果中的一些误差部分消除 颗粒尺寸分布测试报告举例 颗粒尺寸是一个容易混淆的概念，为了有助于理解，需要做几点进一步的简要说明： 颗粒尺寸的定义可能不同，取决于所采用的分析技术，比如不同的当量径。 测量颗粒尺寸的方法不同，如颗粒粒径可以表示为众数值、中位值或者平均值，这些表达的含义是必须弄清楚的 不同技术测量不同的尺寸分别。数量和体积分布是最重要的两种，如果知道了密度，则可以从体积分布计算出质量分布。 与颗粒尺寸有关的另一个重要问题是颗粒的团聚： 一般说来，粉体中的颗粒通常可以分为三个尺寸级别 最大尺寸级别是团聚体，它是由较小单元的颗粒畴组成的；颗粒畴则又是由更小的单元 ?? 初始颗粒构成。 通常都将颗粒畴与初始颗粒之间的差别忽略，只采用团聚体和初始颗粒这两个尺寸级别。 有时也将颗粒畴和产生颗粒称为一次颗粒，而将颗粒团聚体称为二次颗粒 一次颗粒和二次颗粒 一次颗粒：是指内部没有孔隙的致密材料，它可以是单晶、非晶，也可以是内部晶界密度不很高的多晶体 (即颗粒畴) 二次颗粒：即颗粒的聚集体，是由单个颗粒以弱结合力构成的。二次颗粒中包含了一次颗粒和孔隙 二次颗粒的密度低于材料的理论密度 二次颗粒中的单颗粒之间是以弱连接方式结合 5.3 颗粒