特种陶瓷1章特陶粉体的物理性能及其制备091113课件.ppt

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第一节概述
粉体(powder),就是大量固体粒子的集合系。它不同于气、液、固体,是气、液、固三相之外的所谓第四相。
粉体由一个一个固体颗粒组成,它与固体之间最直观、最简单的区别在于:当我们用手轻轻触及它时,会表现出固体所不具备的流动性和变形性。
粒径是粉体最重要的物理性能,对粉体的比表面积、可压缩性、流动性和工艺性能有重要影响。
特种陶瓷的制备,实际上是将特种陶瓷的粉体原料经过成型、热处理,最终成为制品的过程。因此,学****和掌握好特种陶瓷粉体的特性,并在此基础上有目的地进行粉体制备和粉体性能调控、处理,是获得优良特种陶瓷制品的重要前提。
粉体的制备方法一般可分为粉碎法和合成法两种。
第二节特种陶瓷粉体的性能及表征
本节主要内容:
一、粉体的粒度与粒度分布
二、粉体颗粒的形态
三、粉体的表面特性
四、粉体的填充特性
五、粉体粒度测定方法
2、粉体颗粒的粒度
粒度――颗粒在空间范围所占大小的线性尺寸。
粒度的表示方法:体积直径,Stoke’s直径等。
体积直径――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。
斯托克斯径――也称为等沉降速度相当径,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。这时可用下式表示沉降速度与球径的关系:
由此式确定的颗粒直径即为斯托克斯直径。
3、粉体颗粒的粒度分布
粒度分布――分为频率分布和累积分布,常见的表达形式有粒度分布曲线、平均粒径、标准偏差、分布宽度等。
频率分布――表示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含量。
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。
粒度分布曲线――包括累积分布曲线和频率分布曲线。
粒度分布曲线
频率分布曲线
累积分布曲线
三、粉体的表面特性
1、粉体颗粒的表面能(surfaceenergy)和表面状态(surfacestate)
粉体颗粒的内部原子在周围原子的均等作用下处于能量平衡的状态;而表面原子则只是一侧受到内部原子的引力,另一侧则处于一种具有“过剩能量”的状态。该“过剩能量”称为表面能。
当物质被粉碎成细小颗粒时,就会出现大量的新表面,并且这种新表面的量值随粒度变小而迅速增加。这时,处于表面的原子数量发生显著变化。
表1原子细化后,其原子数与表面原子数之间的比例
粒径(nm)
原子数
表面原子数/原子数(%)
20
×105
10
10
3×104
20
5
4×103
40
2
250
80
1
30
99
从表1中可见,当粒径变小时,表面原子的比例增加便不可忽视。在这种情况下,几乎可以说,颗粒的表面状态决定了该粉体的各种性质。其中其主导作用的就是表面能的骤变。
比表面(Ao):单位体积粉料所具有的表面积称为比表面。以A表示某一颗粒所具有的总表面积,V为其总体积,则
Ao=A/V,单位m2/m3或m-1。
四、粉体的填充特性
粉体的填充特性及其填充体的集合组织是特种陶瓷粉末成型的基础。
一般认为,粉体的结构起因于颗粒的大小、形状、表面性质等,并且这些因素决定粉体的凝聚性、流动性、填充性等。而填充特性又是诸特性的集中表现。
粉体的填充组织,往往可以通过粉体层中空隙部分的量来表示。所谓空隙部分是指被粉体粒子以外的介质所占有的部分。