粉体特性ppt课件

陶瓷的制备过程 粉体 成型 烧结薄膜CVD PVD 磁控溅射 溶胶 凝胶纤维增强陶瓷基复合材料CVI PIP 1 关键问题 低温烧结问题高温结构陶瓷的致密化难题近净尺寸成型解决陶瓷难以后加工的问题 2 特种陶瓷粉体特性 高纯度 高活性相组成 氮化硅 颗粒尺寸 粒径分布 颗粒形态 比表面积 3 一 粉体的基本物理特性 粉体 powder 大量固体颗粒的集合体具有原固体 bulk 的特性 如物质结构 密度等 粉体自身的特性 流动性 变形 高活性等粉体颗粒 particle 物质本质结构不发生变化 分散的固体最小单元 一次颗粒团聚体 Agglomerate 在范德华力 毛细管力等作用下团聚在一起的颗粒 粉体颗粒通常的存在形式 二次颗粒 4 粉体的团聚 软团聚与硬团聚软团聚 颗粒通过范德华力团聚在一起 可以通过机械的方法再次分散硬团聚 通过较强的化学键团聚 难以用机械的方法再次分散人为团聚 造粒 5 粉体粒度及分布 从烧结的角度 粒度越小越好 但是 超细粉易团聚 成型性能不好 从成型的角度 不同的成型方法 对粒度的要求不同 较宽的粒度分布或双峰分布有利于成型堆积密度的提高 但是 对烧结过程不利 异常晶粒长大 微结构及性能变差 6 颗粒粒度 粒径 粒度 颗粒大小用其所占空间范围的线性尺寸的记述粒径 球形 或当量球形 颗粒的直径等表面积相当径等体积相当径等比表面相当径沉降速度相当径 斯托克斯径 筛分径 7 粒径分布 单分散粉体 由单一粒径或近似单一粒径颗粒构成的粉体多分散粉体 由不同粒径的颗粒构成的粉体粒径分布 各颗粒尺寸的颗粒量的多少 8 特征粒径 最可几径Dm modediameter 频度最高处的粒径值中位径D50 Mediumdiameter 累积分布50 处的粒径平均粒径 meandiameter 标准差 分布宽度 9 粉体粒度测试方法 沉降法激光散射法比表面积法X射线衍射线宽法 500nm 小角X射线散射法 100nm 电镜观察统计筛分 10 沉降法 球形颗粒在层流状态的液体中的沉降速度v与颗粒直径d有关 Stoke s方程 增值法 测量初始均匀的悬浊液在固定已知高度处的颗粒浓度随时间的变化 或测量一定时间浓度在高度上的分布 累计法 测量颗粒从悬浊液中沉淀出来的速度 自然沉降一般只能测大于0 1 m 采用离心加速可以更小的颗粒 11 激光散射法 单波长激光照射在悬浊液中的颗粒上产生散射 散射角与颗粒直径有关 散射光强与该尺寸颗粒的浓度有关 最常用的粒度分布测试方法 12 比表面积 specificsurfacearea 比表面积 单位质量 或体积 材料具有的总表面积 m2 g m2 m3 比表面积与粒径成反比若颗粒表面不光滑 表面会急剧增大 比表面大 活性高 若颗粒为球形 13 比表面积测试方法 BET测试法 是依据著名的多分子层吸附BET 三位科学家 Brunauer Emmett和Teller 理论为基础而得名 Va 压力p时的吸附量 Vm 单分子层的吸附量 Ps 饱和气压 C 与吸附能有关的常数 Vm可以由0 05 P Ps 0 35区间的吸附等温线获得 再由吸附分子的单分子堆积常数求出表面积 14 BET测试方法 称量适当量的待测试样 放入试样管中加热真空脱气后 通入吸附气体氮气 试样管置于液氮瓶中 测试吸附曲线 然后去掉液氮 测试脱附曲线 注入已知量的氮气 获得定标曲线 一般采用脱附曲线计算单分子层吸附量Vm NA 阿伏伽德罗常数 Am 一个吸附分子所占面积 16 2 10 20m2forN2 Vmol 气体摩尔体积 Ms试样质量 15 多孔粉体 粉体存在开口和闭孔气孔粉体的密度有三种体积密度 Bulkdensity Db 粉体的体积包括开口和闭孔体积表观密度 Apparentdensity Da 只包括闭孔体积真 极限 密度 Ultimatedensity Du 只是固体部分的体积粉体表观密度的测试方法 比重瓶法 如果粉体足够细 不含闭孔气孔 则Da Du 16 孔隙率与孔径分布 压汞法 mercuryintrusionporosimetry R 孔半径 P 压力 LV 气液表面能 固液接触角测量汞液面随压力下降量 可测的各孔径的气孔量的分布 17 BET氮吸附法 曲率对液体平衡蒸汽压的影响 Kelvinequation 根据BET吸附理论 当相对压力P Ps 0 35时 产生多层吸附及气体凝聚 吸附和脱附过程的吸附体积对相对压力形成滞后回线 hysteresis 可测nm 几百nm孔径 18 粉体的胶体学特性 粒子的表面电荷粒子在电解质溶液中双电层的形成与动电特性胶体的分散与稳定 DLVO理论 19 粒子的表面电荷 金属氧化物MO表面与水介质的化学反应 PointofZeroCharge一般氧化物粉体在酸性 低pH 区域带正电荷 碱性 高pH 区域带负电荷 某一个pH处表面电荷为零 即PZC 20 双电层模型 带电粒子在电解质介质中 颗粒表面电荷在粒子表面附近电解质介质形成反离子 Counterions 的吸附层和扩散层 即双电层 双电层内电位存在一定的梯度分布 固体粒子运动时吸附层会随之一起运动 而扩散层不然 两层的界面叫做剪切面 该界面处的电位叫作 电位 电位分布 1 双电层厚度 21 动电特性 electrokineticproperties 电泳electrophoresis 在电场作用下 带电粒子相对于液相移动的现象 粒子的移动速度与 电位成正比 因此通过测量一定电场下粒子的移动速度可以测得粒子的 电位 电渗electroosmosis 在电场作用下电解质液体相对于和它接触的固定的固体相作相对运动的现象 22 胶体中粒子的相互作用 电解质溶液中固体颗粒的相互作用主要是由颗粒的双电层排斥力和范德华引力的构成 引力控制时 颗粒团聚 反之 斥力控制时 颗粒分散 在非极性介质中 可以通过颗粒吸附高分子等分散剂 其立体阻碍效应产生排斥力 23 影响双电层的因素 颗粒表面电位pH离子型分散剂 高分子电解质 溶液中离子强度越大双电层越薄离子浓度离子电价 24 颗粒相互作用与浆料状态 分散状态 a 斥力 浆料稳定 沉积体堆积密度高 凝聚状态 b 引力 浆料不稳定 沉积快 沉积体结构疏松 25