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技术文章/ARTICLE
粉末体和粉末颗粒
点击次数：5010 发布时间：2014/12/22 8:19:31
（1）几何特性 颗粒形状、粒度、粒度分布及比表面。
• （2）物理性能 颗粒密度、颗粒内空隙、松装密度、振实密度、表面状态及表面张力等。
• （3）化学性能 纯度及氢中失重等。
• （4）机械性能 硬度、加工硬化性、塑性变形能、显微组织、流动性、压制性及成形性等。
• （5）特殊性能 电磁性能、摩擦特性、导热性、耐热性、抗氧化性及耐腐蚀性等。
• 对粉末冶金来说，主要性能是颗粒形状、粒度、粒度分布、松装密度、压制性、成形性、流动性及化学成分等。
- 振实密度：振实密度是指粉体装填在特定容器后，对容器进行振动，从而破坏粉体中的空隙，使粉体处于紧密填充状态后的密度。通过测量振实密度可以知道粉体的流动性和空隙率等数据。（注：金属粉等特殊粉体的振实密度按相应的标准执行）。
- 松装密度：松装密度是指粉体在特定容器中处于自然充满状态后的密度。该指标对存储容器和包装袋的设计很重要。（注：金属粉等特殊粉体的松装密度按相应的标准执行）。
- 休止角：粉体堆积层的自由表面在静平衡状态下，与水平面形成的角度叫做休止角。它是通过特定方式使粉体自然下落到特定平台上形成的。休止角对粉体的流动性影响，休止角越小，粉体的流动性越好。休止角也称安息角、自然坡度角等。
- 崩溃角：给测量休止角的堆积粉体以一定的冲击，使其表面崩溃后圆锥体的底角称为崩溃角。
- 平板角：将埋在粉体中的平板向上垂直提起，粉体在平板上的自由表面（斜面）和平板之间的夹角与受到震动后的夹角的平均值称为平板角。在实际测量过程中，平板角是以平板提起后的角度和平板受到冲击后除掉不稳定粉体的角度的平均值来表示的。平板角越小，粉体的流动性越强。一般地，平板角大于休止角。
- 分散度：粉体在空气中分散的难易程度称为分散度。测量方法是将
1）差角：休止角与崩溃角之差称为差角。差角越大，粉体的流动性与喷流性越强。
2）压缩度：同一个试样的振实密度与松装密度之差与振实密度之比为压缩度。压缩度也称为压缩率。压缩度越小，粉体的流动性越好。
3）空隙率：空隙率是指粉体中的空隙占整个粉体体积的百分比。空隙率因粉体的粒子形状、排列结构、粒径等因素的不同而变化。颗粒为球形时，粉体空隙率为40%左右；颗粒为超细或不规则形状时，粉体空隙率为70-80%或更高。
¡ 1.1 粉末及粉末性能 Particle ａnd particle properties
¡ 1.2 化学检验 Chemical testing
¡ 1.3 颗粒形状 Particle shape
¡ 1.4 粉末粒度及其测定 Particle size
¡ 1.5 粉末的比表面及其测定 Surface
¡ 1.6 金属粉末工艺性能测试
¡
粉末体和粉末颗粒
致密体：>
粉末体：大量颗粒（粒度小于
组成的分散体系，流动性
粉末颗粒：单颗粒，粉末中能分开并独立存在的*小实体 Primary particle
一次颗粒
二次颗粒，由单颗粒聚集而成
¡ 颗粒的聚集方式
— 聚集，聚合体或凝集颗粒
— 团粒，以范德华力结合
— 絮凝体聚集，存在于粉末悬浊液
¡ 聚集状态与粒度测试的关系
¡ 聚集状态对工艺性能的影响
粉末工艺性能
松装密度 振实密度 流动性 内摩擦 压缩性
粉末粒度的测定方法
¡ 筛分法 Mesh Count
¡ 显微镜法 Microscopy
¡ 沉降法 Sedimentation
¡ 光散射法 Light scattering
¡ 微区电传感法 Electrical zone sensing
¡ 遮光法 Light blocking
¡ X射线法 X-ray diffraction
¡ 筛分法 （孔径波动4－7％，大于45微米）
¡ Mesh Count
¡
显微镜法 （分散、解聚） Microscopy
¡ （1）定向径（dG） 以任一方向的二平行线或相当于目镜测微尺的两刻度线，将视场内全部颗拉的图像外切所得线间距离，定为统计粒径。
¡ （2） 线切割法
沉降法 Sedimentation
¡ 基本原理：粉末颗粒在静止的气体或液体介质中，依靠重力克服介质的阻力和浮力自然沉降，由此引起悬浊液的浓度、压力、相对密度、透光能力和沉降质量的变化。
¡ 主要方法：液体沉降和气体沉降。属于前者的有吸液管法、压力法、比重计法、沉降天平法、离心沉降法、比浊沉降（浊度）法；属于后者的有氮气沉降分析仪、气流沉降法。
¡ 优点：粉末取样较多，代表性好，结果的统计性和再现性提高，能适应较宽的粒度范围；可具备直接读数、自动记录和快速测定等优点。
¡ Stokes定律，颗粒重力、介质浮力和介质阻力
¡ A.沉降天平法：粉末从不同的高度以不同的速度逐渐降落在盘上，测量并记录沉瞬盘上粉末的累积质量随时间的变化，就可计算粉末的粒度组成。
— 一齐沉降法
¡ 分散沉降法：先将粉末制成均匀的悬浊液，例进沉降管，静止后就开始记录沉降曲线。
¡ B.光透沉降法： 当可见光或x光的光束透过粉末悬浊液时，由于颗粒对光的吸、散射等效应，使光强减弱，其减弱程度与颗粒大小有关，故透过光强度的变化能反映悬浊液内粉末的粒度组成。
¡ 兰伯特－比尔定律
¡ C. 光扫描比浊法：在固定沉降时间内，如果测得沉降槽中不同高度的悬浊液浓度差，便可求得悬浊液中颗粒的粒度组成
淘析法 Flow classification
淘析法原理：流体逆着粉末向上运动。粉末按颗粒沉降速度大于或小于流体线速度而彼此分开，改变流速，就可按不同的临界粒径分级。
光散射法（0.05～50微米） Light scattering
光散射（Light Scattering）法是基于光衍射原理而设计的。由于粉末颗粒的尺寸大于光波长，当粉末的悬浮液流被一束单色光（如激光）直射时，相干光的散射角大小将随颗粒直径成反比变化，而散射光的强度则告颗粒直径的方根值有关。
微区电传感法（Electrical zone sensing:电阻改变是与通过小孔颗粒的体积成正比的，因而记录下的电脉冲反映粒度大小。
遮光法（Light Blocking）：流动的粉末悬浮液中的颗粒，遮挡住一束射向光电管的光束，光量与颗粒的横截面积成正比。
X射线法 X-ray diffraction （0.0001~0.05微米）
粉末的比表面及其测定
¡ 比表面属于粉末体的一种综合性质．是由单颗粒性质和粉末体性质共同决定的。同时，比表面还是代表粉末体粒度的一个单值参数。
¡ 比表面与粉末的许多物理、化学性质，如吸附、溶解速度、烧结活性等直接有关。
¡ 粉末比表面定义为
¡ 测定方法：吸附法和透过法。
— 气体容量吸附法、气体质量吸附法、气体或液体透过法、液体或液相吸附法、润湿热法及尺寸效应法
¡ 尺寸效应法：根据粒度组成和形状因子计算
吸附法平均粒径<透过法平均粒径<dvs
¡ 透过法平均粒径
¡ 吸附法平均粒径
气体吸附法
¡ 基本原理：测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积，再由气体分子的横截面积计算
¡ 原因：表面剩余力场
¡ 分类：物理吸附和化学吸附
— BET法：低温氮气吸附法、物理吸附，多分子层吸附理论
工艺性能
¡ 松装密度 Bulk density
¡ 振实密度 Tap density
¡ 流动性 Flowability
¡ 压缩性 Compressibility
¡ 成形性 Formability
¡ 内摩擦性 Friction
¡ Depend on production process of powders
¡ 流动性
¡
¡ 压缩性
¡ 金属粉末在一定压制条件下,被压紧的能力。以压制后压坯的密度来表征。
¡ 成形性
¡ 粉末被压之后,压坯保持既定形状的能力。以压坯的抗弯强度或以转鼓失重表征。
粉末的定义及性能
粉末：是由大量颗粒以及颗粒之间的孔隙
所构成的集合体。
性能：包括单颗粒、粉末体以及孔隙的性
质。
粉末的定义及性能
单颗粒：
1）由粉末材料决定的性质，如点阵结构、理论密度、熔点、塑性、弹性、电磁性质、化学成分等。
2）由粉末的生产方法所决定的性质，如颗粒密度、形状、粒度、表面状态、表面吸附气体与氧化物等。
粉末体：
1）包括单颗粒的性质。
2）除此之外，还有平均粒度、粒度组成、比表面、松装密度、振实密度、流动性、颗粒间的摩擦状态。
孔隙：
总孔隙体积、颗粒间的孔隙体积、颗粒内孔隙体积、颗粒间孔隙数量、平均孔隙大小、孔隙大小的分布以及孔隙的形状。
物理性能测定
¡ 1） 颗粒形状测定
¡ （2） 粉体粒度的测定
¡ （3） 粉体比表面积测定
¡ （4） 粉末表面能的测定
¡ （5）粉末密度测定
¡ （6）显微硬度
颗粒形状测定
分类：颗粒形状，可以笼统地划分为规则形状和不规则形状两大类
手段： 光学显微镜、电子透射显微镜与扫描电镜，肉眼或放大镜观察，但肉眼的分辨率约
在测定和表示粉末粒度时，常常采用所谓形状因子作为描述颗粒形状的参数。
表面形状因子
体积形状因子
比形状因子
对于球形颗粒：S=πd2
V=1/6 πd3
对于任意形状的颗粒，其表面积与体积可以认为与某一相当直径的平方和立方成正比，而比例系数与选择的直径有关。
若用投影面积da，
则：S=fπ da 2；
V=k π da 3
粉体粒度及测定
¡ 粒度（粒径）：用直径表示颗粒的大小。
几何学粒径
¡ 粒度（粒径）基准: 当量粒径
比表面粒径
衍射粒径
¡ 粒度分布：由于组成粉末的无数颗粒不属于同一粒径，因此又用不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量来表征粉末颗粒大小的状况。
¡ 平均粒度：由符合统计规律的粒度组成计算的粒径大小。
¡ 平均粒度计算公式
算术平均径：∑ nd/ ∑ n
长度平均径：∑ nd2/ ∑ nd
体积平均径：（∑ nd3/ ∑ n）1/3
面积平均径：（∑ nd2/ ∑ n）1/2
体面积平均径：∑ nd3/ ∑ nd2
质量平均径：∑ nd4/ ∑ nd3
比表面平均径：k/ρsw
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