第八章 超细粉体的表征与制备

第八章超细粉体制备与表征●粉体——固体粒子的集合体。与均一的气体或液体相比较，粉体中没有任何两个组分粒子完全一样。●微粉：或称超细粉，尺寸介于原子、分子与块状固体之间，通常泛指尺度为0.001～10μm之间的微小固体颗粒集合体，是微观粒子与宏观物体之间的过渡区。●超细粉体构成特征：1)一次粒子:普通电镜下放大倍数再增加，也只能看到具有明显轮廓的单个粒子。2）二次或高次粒子：多个一次粒子（坚固的或松散的）聚集体（团聚体）8.1超细粉体的制备制备途径：粉碎法（由大到小）构筑法（由小到大）制备工艺：物理法（传统的粉碎方法，无化学反应）化学法（存在化学反应过程）新工艺分类（按照反应物所处物相及微粉形成的环境）：气相法、固相法、液相法8.1超细无机粉体的表征微粉材料共性要求：（1）超细（2）高纯（3）形态形貌：颗粒均匀，形状规则（等轴状或球状）（4）无严重团聚（5）结晶形态（晶型）：某种特定形态8.2超细无机粉体的表征1、粒径(粒度)和粒径(粒度)分布颗粒直径：粒径或粒度—以mm、μm、nm表示。◑球形颗粒：颗粒的直径为粒径◑非球形颗粒：当量直径为粒径（粒径是当被测颗粒的某种物理特性或物理行为与某一直径的同质球体(或组合)最相近时,就把该球体的直径(或组合)作为被测颗粒的等效粒径(或粒度分布)）表1粒度测定方法一览表粒径基准方法名称测量范围（μm）粒度分布基准几何学粒径筛分析光学显微镜电子显微镜电阻（库尔特计数器）40500–0.210–0.01500–0.5质量分布个数分布个数分布个数分布当量粒径重力沉降离心沉降比浊沉降扩散50–1.010–0.0550–0.050.5–0.001质量分布质量分布质量分布质量分布比表面粒径气体吸附气体渗透润湿热20–0.00150–0.210–0.001比表面粒平均粒径光衍射粒径光衍射(激光粒度仪）XRD10–0.0010.05-0.0001体积分布体积分布(A)筛分析法——适合于40μm以上的粗粉筛网标准——目数：筛网1英寸长度上的网孔数1英寸=25.4mm=25.4×103μm筛分法：根据能通过筛子的“目”数，来判断粒子大小的方法。目=孔数/英寸长度，不难计算得出，2500目即孔为5m；625目即孔为20m；400目即孔为38m；如果某粉体粒径范围记为：（-400目+625目），说明：400目（38m）粉体粒径625目（20m）筛分检测方法适用范围:500038m特点:简单,结果比较粗糙（B)沉降法:(液体沉降和气体沉降法)重力沉降法:颗粒下降时受的力：重力,浮力,阻力，不同粒径的粒子沉降一个高度H所用的时间不同。例如，Al2O3，10m粒子下降1cm大约一分钟；1m粒子下降1cm则需要2小时。特点：适合于测量不大（50m）不小（1m）的粒子。离心沉降法：知道沉降所需时间t，就可从下面公式求出粒径d：t=18LLn(Rt/R0)/[d2(–l)2]：角速度；R0和Rt分别为粒子离心前后的径向位置；特点：与重力沉降法相比，离心沉降时间减小。可测小粒径粒子，粒子尺寸下限一般为0.1m两种沉降法都只能测相同密度的粒子；重复性好。（C）激光散射法（用激光粒度测定仪）原理：依据米氏（Mie)光散射理论光散射现象：光行进中遇到颗粒（障碍物）时，将有部分偏离原来的传播方向：散射偏离的角度（散射角）与颗粒大小有关，粒子大散射角小，粒子小散射角反而大。激光粒度仪原理结构(图)从激光器发出的激光束经显微镜聚焦，针孔滤波和准直镜准直后,变成直径约10mm的平行光束。该光束照射到待测的颗粒上，一部分光被散射，散射光经付里叶透镜后，照射到光电探测器阵列上，由于光电探测器处在付里叶透镜的焦平面上，因此探测器上的任一点都对应于某一确定的散射角，换句话说，即对应于某一尺寸大小的粒子。探测器将投射到其上面的散射光能线性的转换成电压，然后送给数据采集卡，卡将信号放大，再经A/D转换后送入计算机，即可列表或画图得到粉体的粒径的频率分布和积累分布。2、粉体的比表面及其测定粉体的比表面表征了包括粉料表面及表面缺陷、裂纹、气孔等在内的单位质量或单位体积粉料的总面积。比表面与粉体的许多物理、化学性质，如吸附、溶解速度、烧结活性等直接相关。质量比表面积Sw：1g质量的粉体所具有的总表面积，用m2/g或cm2/g表示体积比表面积Sv：即颗粒总表面积/颗粒总体积，单位是m2/cm33、粉料粒子的形状与形貌（1）颗粒形貌——各种显微镜粉体形貌结构分析透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscope,TEM）扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscope,SEM）扫描隧道显微镜（ScanningTunnelMicroscope,STM）4、粉体成分分析X射线荧光技术(X-rayfluorescencetechnique)(XRF)中子激活分析(neutronactivationanalysis)电子微探针(electronprobemicroanalyzer)(EPMA)离子微探针(ionprobemicroanalyer)(IPMA)原子光谱分析法质谱法(massspectroscopy)(MS)5、粉体晶态分析1）X射线衍射法：是利用X射线在晶体中的衍射现象来测试分析晶态的方法。布拉格公式：nλ=2dsinθ2）电子衍射法：原理一样，用聚焦电子束取代X射线。8.2超细粉体的制备*8.2.1物理粉碎（破碎）法一、机械冲击式粉碎法1、鄂式破碎机主要用于块状料的前期处理。设备结构简单，操作方便，产量高。2、圆锥破碎机按用途可分为粗碎（旋回破碎机）和细碎（菌形破碎机）两种按结构又可分为悬挂式和托轴式两种。圆锥破碎机的优点是：产能力大，破碎比大，单位电耗低。缺点是：构造复杂，投资费用大，检修维护较困难。1-动锥；2-定锥；3-破碎后的物料；4-破碎腔3、锤式破碎机锤式破碎机的主要工作部件为带有锤子的转子。通过高速转动的锤子对物料的冲击作用进行粉碎。由于各种脆性物料的抗冲击性差，因此，在作用原理上这种破碎机是较合理的。4、反击式破碎机反击式破碎机的破碎作用：(1)自由破碎(2)反弹破碎(3)铣削破碎锤式破碎机和反击式破碎机主要是利用高速冲击能量的作用使物料在自由状态下沿其脆弱面破坏，因而粉碎效率高，产品粒度多呈立方块状，尤其适合于粉碎石灰石等脆性物。1-高速转子；2-板锤；3-反击板5、轮碾机在轮碾机中，物料原料在碾盘与碾轮之间的相对滑动及碾轮的重力作用下被研磨﹑压碎。碾轮越重﹑尺寸越大，粉碎力越强。轮碾机常可分为轮转式和盘转式两种用作破碎时，产品的平均尺寸为3～8mm；粉磨时为0.3～0.5mm。轮碾机粉碎效率较低，但它在粉磨过程中同时具有破揉和混合作用，从而可改善物料的工艺性能；同时碾盘的碾轮均可用石材制作，能避免粉碎过程中出铁质掺入而造成物料的污染；另外，可较方便地控制产品的粒度。二、球磨粉碎法1-电动机；2-离合器操纵杆；3-减速器；4-摩擦离合器；5-大齿圈；6-筒身；7-加料口；8-端盖；9-旋塞阀；10-卸料管；11-主轴头；12-轴承座；13-机座；14-衬板；15-研磨球球磨机对粉料的作用可以分成两个部分。一是研磨体之间和研磨体与筒体之间的研磨作用；二是研磨体下落时的冲击作用。进料粒度为6mm，球磨细度为1.5~0.075mm。