粉体的表征

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2016/10/10,#,第三章,粉体的表征,组员名单：张梦帆 陈雨谷 罗毅 李经纬 陈垚旭 任永,霞 赵,晓,慧 马新培 关晓娜 刘伟健,章节概要,物理特性表征,化学成分表征,晶体结构和相成分表征,表面形貌表征,粉体特性简介,粉体的重要特性可以分为四类：（,1,）物理特性，（,2,）化学成分，（,3,）相成分，（,4,）表面,特性。,粉体,的,这些,特性,对坯体的颗粒堆积均匀性和烧结过程中的微观结构变化有很大的影响,。,1.,物理特性表征,1.1,粉体分类,粉体按颗粒类型可以分为以下几类：,（,1,）,一,次,颗粒,：,粉体中的最小,单元,；,（,2,）,团聚,体：颗粒聚集；,（,3,）,颗粒,：一次颗粒与团聚体无法区分时；,（,4,）,二次颗粒,：,大的团聚体（尺寸约为,100-1000,微米）,；,（,5,）,絮凝,团聚,体：,悬浮液中的沉淀状颗粒族,；,（,6,）,胶体,：,液相中含有细微不同的相的系统,；,（,7,）,骨料,：,混合物中的粗大颗粒,，一般,还含有细小,颗粒,作,为粘合剂,。,多,个多晶一次颗粒组成的,团聚体示意图,颗粒种类,尺寸范围,粉体,胶粒,1 nm-1,m,粗颗粒,1,m-100,m,二次颗粒,100,m-1 mm,骨料,1 mm,1.2,颗粒尺寸,和颗粒尺寸分布,陶瓷粉体一般由不同尺寸的颗粒组成，这些尺寸分布在某一范围,内。,对,不规则,形状颗粒的,尺寸,定义有很多种，见下表。,我们关注的一般是平均颗粒尺寸，根据定义不同有三种：,线性,平均粒径,、,表面,平均粒径,和,体积平均,粒径。,颗粒形状对,流动性和粉末堆积,程度,有一定影响，一般倾向于,球形,和等轴状粉末的使用，因为它们能提升固体的堆积,同质性,。,符号,名称,定义,X,S,表面直径,与颗粒具有相同表面积的球体直径,X,V,体积直径,与颗粒具有相同体积的球体直径,X,SV,表面体积直径,与颗粒具有相同的表面积体积比的球体直径,X,STK,斯托克斯径（或等价球直径）,在层流情况下与颗粒具有相同的沉降速率的球体直径,X,PA,投影面积直径,与颗粒投影面积相同的圆直径,X,C,周长直径,与颗粒投影轮廓的周长相同的圆直径,X,A,筛分直径,颗粒通过的最小方孔宽度,X,F,费莱特径,颗粒投影轮廓的双平行切线间距离的平均值,X,M,马丁径,颗粒投影轮廓的平均弦长,1.2.1,颗粒尺寸和颗粒尺寸分布的表示方法,一般用表格、柱状图和拟合曲线图这三种方法来描述粉体粒径的分布情况,1.3,颗粒尺寸,和颗粒尺寸,分布的测量方法,对粉体,粒度,和粒度分布,的,表征通常采用以下方法：,（,1,）显微,分析：直观、全面（尺寸、形状、聚集程度）、繁杂（需要计算机辅助分析）；,（,2,）筛分法：连续放置多个不同目数的筛子分离粉体（记录各个筛子处的粉体剩余质量）；,（,3,）沉积法,：由沉积速率可以,得到,球形,颗粒的,直径，主要依据,Stokes,方程,；,（,4,）,电子传感技术,：,悬浮在电解质中的,颗粒,取代电解质会引起电阻的变化，作为脉冲信号输出（测量,范围,为,0.5-400,m,）；,（,5,）光散射法,：微粒尺寸不同会引起散射光的明显变化,（测量,范围,为,0.1,到,100,m,） ；,（,6,）,动态,光散射,法：布朗运动引起散射光平均光强的变化（成本较高，一般用于,专用的研究实验室中,）；,（,7,）,X,射线,衍射峰宽化效应：严格来说测出来的是晶粒尺寸，并非颗粒尺寸；主要依据,Scherrer,等式,：,X=C/cos,。,1.4,粉体表面积和粉体孔隙特征,测量,粉体,表面,积,的,技术是基于气体吸收现象,的,。一般对粉体而言，我们只考虑气体的物理吸附（不形成化学键）现象；依据,BET,方程,：,（,P/P,o,）,/,V(1-p/p,o,)=,1/V,m,c,+(,c-1)p,/V,m,cp,o,对于表面积,大于,1m,2,/g,的,粉,体的,测量,，一般用,氮气,和,氩气,作为吸附气体；,一般,我们把,2nm,以下的细孔称作微孔，,2-50nm,的称作介孔，大于,50nm,的则为大孔。,我们关心的粉体,孔隙特征有尺寸（直径），半径，和,深度,。,常用的三种孔隙特征测量方法分别为：,1,）,气体吸收测定,法,，适用于介孔范围内的孔径测量；,2,）,水银浸入空隙测定,法,，适用于大孔隙范围,内的孔径,测量；,3,）,比重瓶测定,法,，一般用于测定粉体的孤立孔隙率，若孔隙与外部连通，测量结果将没有参考价值。,2,.,化学成分表征,右边的表格列出,了几种陶瓷粉体化学分析,的常用,技术。,涉及,原子吸收（,AA,）或原子发散（,AE,）的光学原子光谱是目前应用最广泛的技术。高精密度的分析和低的检测极限使这项技术在确定主要元素和,微量元素,以及,分析,痕量元素上非常有价值。,X,射线荧光光谱（,XRF,）也能够用于分析主要、微量和痕量元素，但是对低原子序数元素，敏感度显著下降。因此，,XRF,不能用于原子序数,Z,小于,9,的元素的,定量分析,。,特征,AA,ICP-AE,原子吸收光谱石墨炉,XRF,XRD,范围,金属和非金属元素,金属和非金属元素,金属和非金属元素,Z,8,晶体材料,样品通常的状体,液态,液态,液态,固态,固态,检测极限,a,（,ppm,）,10,-3,-10,-1,10,-3,-10,-1,10,-5,-10,-2,10,10,3,-10,4,精确度,b,（,%,）,0.2-1,0.5-2,1-2,0.1-0.5,0.2-0.5,准确度,c,（,%,）,1-2,2-5,5-10,0.1-1,0.5-5,备注：,AA=,原子吸收；,ICP-AE=,电感耦合等离子体发射；,XRF=X,射线荧光；,XRD=X,射线衍射；,Z=,原子序数,3.,晶体结构和相成分表征,晶体结构和相成分的分析与表征主要采用,X,射线衍射（,XRD,）这种方法。,XRD,方法,的,主要依据是布拉格方程：,2dsin = n,。,晶体结构的分析,涉及晶体点阵常数（单个晶胞尺寸）和晶体结构模型（晶体结构）的,测定两部分，对粉体这种无规取向的样品，一般采用粉末衍射的方法测定结构和晶格常数。,值得一提的是，,对于,相,组成,分析，,XRD,是,独,一无二,的,，因为其是能够提供关于存在于固体中的晶体组分（或相）的定性和定量信息的唯一分析方法。例如，该技术能够确定两相混合物中,ZnO,和,Al2O3,的百分比，而其他分析方法只能够给出混合物中,Zn,，,Al,和,O,的元素,百分比。,4.,表面形貌表征,比表面积的增大会对粉体各种性能产生较大影响；,右图列出了电子束与固态样品的相互作用示意图。,表面形貌表征,技术,基于,微观粒子,（原子、离子、中子、电子等）之间的反应以及,辐射,现象,（,X,射线衍射、紫外线辐射等）。这些相互作用会产生不同,的射线，通过,这些,射线,我们可以得到,关于,样品,的许多信息。,4.,表面形貌表征,根据粒子束与粉体之间的相互作用，粉体表面形貌的表征主要采用以下三种方法，其各项参数已经在右侧的表中给出；,俄,歇,电子,谱,（,AES,）：粉体表面电荷聚集易导致结果不准确,X,射线光电子,谱,（,XPS,）：可以用于确定表面原子的氧化态,二次离子质谱,（,SIMS,）：适合定性元素分析，定量分析结果不可靠,测量方法,AES,XPS,SIMS,入射粒子,电子（,1-20KeV,）,X,射线（,1254eV,和,1487eV,）,离子（,He,、,Ne,、,Ar,）,(100eV-30KeV),释放粒子,俄歇电子,光电子,溅射离子,元素范围,Li(Z=3),Li(Z=3),H(Z=1),探测极限,10,-3,10,-3,10,-9,到,10,-6,分析深度,2nm,2nm,1nm,横向分辨率,20nm,150um,50nm10mm,4.,表面形貌表征,对,初始粉末的正确理解是理解,在,后来,过程中的行为的,关键,。,