粉末材料的合成与加工课件.ppt

1、粉末材料的合成与加工粉末材料的合成与加工武汉理工大学材料学院黄黄 端端 平平15871372591武汉理工大学材料学院主要内容l概述l粉末材料的物理制备方法l粉末材料的化学制备方法l粉末材料的结构特征武汉理工大学材料学院 陶瓷材料：陶瓷材料：ZrOZrO2 2、AlAl2 2O O3 3、TiCTiC、Si3N4Si3N4、SiCSiC、BN BN 金属基复合材料金属基复合材料:Al:AlSiCSiC、Cu-AlCu-Al2 2O O3 3、Fe-Fe-TiCTiC、WC-CoWC-Co 功能复合材料功能复合材料：磁性复合材料、导电复合材料、摩擦材料：磁性复合材料、导电复合材料、摩擦材料 高分

2、子复合材料高分子复合材料:各类工程塑料各类工程塑料 粉末材料：绝大多数材料都以粉末状材料为原料。粉末材料：绝大多数材料都以粉末状材料为原料。粉末材料的特性很大地影响最终材料的性能。粉末材料的特性很大地影响最终材料的性能。纯度、粒度、形状纯度、粒度、形状粉末特性：粉末特性：一、概述一、概述武汉理工大学材料学院粉末材料的合成与加工技术粉末材料的合成与加工技术 粉体的制备技术粉体的制备技术 分级技术分级技术 分离技术分离技术 干燥技术、输送及混合均化技术干燥技术、输送及混合均化技术 表面改性表面改性 复合技术复合技术武汉理工大学材料学院粉末材料的制备方法：粉末材料的制备方法：（1）物理法又分为粉碎法

3、和构筑法 粉碎法粉碎法是借用各种外力，如机械力、流能力、化学能、声能、热能等使现有的块状物料粉碎成超细粉体。由大至小（微米级）。构筑法构筑法通过物质的物理状态变化来生成粉体。由小至大（纳米级）（2）化学法：）化学法：包括沉淀法、溶胶凝胶法、水解法、气相反应法及喷雾法等，其中，沉淀法、气相反应法及喷雾法目前在工业上已大规模用来制备微米、亚微米及纳米材料。武汉理工大学材料学院复合技术复合技术WC/Co纳米复合纳米复合WO3+Co(NO3)2CoWO4/WO3 precursorCoWO4/WO3前驱体粉料前驱体粉料原位炭还原原位炭还原WC-Co 纳米结构纳米结构液相反应液相反应喷雾干燥喷雾干燥Co

4、WO4/WO3 前驱体粉料前驱体粉料武汉理工大学材料学院 WC-Co纳米结构的纳米结构的 HRTEM(AWC/Co phase interface；BWC crystal grain；CCo film layer武汉理工大学材料学院表面改性表面改性C纳米管表面的纳米管表面的Pt改性改性l Pt纳米粒子在碳纳米管(CNT)表面分布均匀l Pt纳米粒子和CNT之间结合强度高引入偶联剂聚苯胺：CNT=5:1武汉理工大学材料学院 1 1粉末材料的分类粉末材料的分类 粉末材料：具有一定粒度的颗粒材料统称为粉末材料。粉末材料：具有一定粒度的颗粒材料统称为粉末材料。按粒度大小可分为：粗粉、细粉、微粉、超微粉

5、、纳米粉按粒度大小可分为：粗粉、细粉、微粉、超微粉、纳米粉末末 超微粉（超微粉（ultrafine powder;ultrafine powder;或或superfine powdersuperfine powder）：）：粒度小于粒度小于3 3 m m的粉体的粉体 亚微米粉末：亚微米粉末：1 1 m particle size 0.1m particle size 0.1 m m 纳米粉末：纳米粉末：0.10.1 m particle size 0.001m particle size 1时，形成多核聚合物。时，形成多核聚合物。Mz+可通过可通过O2-、OH-、H2或或A-与配体桥联与配体桥

6、联。武汉理工大学材料学院不同溶胶凝胶过程中凝胶的形成不同溶胶凝胶过程中凝胶的形成 微粒的形成微粒的形成(gel)前驱体溶液前驱体溶液络合物络合物前驱体水解产物前驱体水解产物(sol)凝胶凝胶(gel)化学添加剂化学添加剂调节调节pH值或值或加入电解质中和加入电解质中和微粒表面电荷微粒表面电荷蒸发溶剂蒸发溶剂H2O催化剂催化剂缩聚反应缩聚反应络合剂络合剂减压蒸发减压蒸发溶胶凝胶合成生产工艺武汉理工大学材料学院溶胶凝胶合成生产设备溶胶凝胶合成生产设备 12345电力搅拌溶胶凝胶合成反应示意图电力搅拌溶胶凝胶合成反应示意图1.1.回流装置回流装置 2.2.电力式脉动器电力式脉动器 3.3.温度计温度

7、计 4.4.容器容器 5.5.水热装置水热装置 1234567磁力搅拌溶胶凝胶合成反应示意图磁力搅拌溶胶凝胶合成反应示意图1.1.容器容器 2.2.密封盖板密封盖板 3.3.反应溶液反应溶液 4.4.转动磁子转动磁子5.5.磁力搅拌器加热板磁力搅拌器加热板 6.6.温度调节器温度调节器 7.7.转速调节器转速调节器 武汉理工大学材料学院溶胶溶胶-凝胶工艺过程凝胶工艺过程 Sol-gel 合成材料合成材料溶液溶胶化溶液溶胶化凝胶化成型凝胶化成型固化处理固化处理超细粉和溶液超细粉和溶液机械混合形成胶液机械混合形成胶液 金属无机化合物或金属无机化合物或金属醇盐水解金属醇盐水解 金属有机化合物金属有机

8、化合物水解水解 干燥干燥热处理热处理溶胶溶胶-凝胶工艺过程凝胶工艺过程武汉理工大学材料学院凝胶成型过程凝胶成型过程 前驱体溶液透明溶胶成膜过程成纤过程雾化收集湿凝胶薄膜薄膜纤维纤维粉末粉末干凝胶干凝胶水和催化剂固化处理阶段成 品武汉理工大学材料学院溶胶溶胶-凝胶工艺参数凝胶工艺参数 溶胶凝胶溶胶凝胶凝胶处理干燥及热处理前驱体选择反应配比反应时间溶液pH值反应时间金属离子半径络合剂催化剂干燥方法热处理工艺老化方式老化时间静止老化加入老化液常压干燥超临界干燥冷冻干燥武汉理工大学材料学院材料可掺杂范围宽，化学计量准，易于改性材料可掺杂范围宽，化学计量准，易于改性溶胶凝胶制备陶瓷粉体具有制备工艺简单、

9、无需昂贵的设备具有制备工艺简单、无需昂贵的设备大大增加多元组分体系化学均匀性大大增加多元组分体系化学均匀性反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构产物纯度高等产物纯度高等粉体材料n 采用溶胶凝胶合成法，将所需成分的前驱物配制成混合溶液，经凝胶化、采用溶胶凝胶合成法，将所需成分的前驱物配制成混合溶液，经凝胶化、热处理后，一般都能获得性能指标较好的粉末热处理后，一般都能获得性能指标较好的粉末。凝胶中含有大量液相或气孔，在热处理过程中不易使粉末颗粒产生严重团聚凝胶中含有大量液相或气孔，在热处理过程中不易使粉末颗粒产生严重团聚同时此法易在制备过程中控制粉末颗粒度。同

10、时此法易在制备过程中控制粉末颗粒度。钛酸四丁脂体系纳米钛酸四丁脂体系纳米TiO2粉末粉末 典型应用范围武汉理工大学材料学院实例实例 溶胶凝胶法溶胶凝胶法制备制备 CuCu0.10.1NiNi0.660.66MnMn2.242.24O O4 4硝酸Cu、Ni、Mn溶液加柠檬酸（nM:nCitric=1:2)，搅拌回流，温度85C调pH5（用硝酸和氨水）透明绿色溶液溶胶加适量乙二醇，搅拌回流，温度85C凝胶干凝胶超细粉体煅烧干燥武汉理工大学材料学院 胶质晶态模板胶质晶态模板 结构性多孔复制品结构性多孔复制品 气凝胶块体气凝胶块体 气凝胶隔热气凝胶隔热多孔材料多孔材料是由形成材料本身基本构架的连续固

11、相和形成孔隙的流体所组成。多孔材料是由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。将金属醇盐溶解于低级醇中，水解得到相将金属醇盐溶解于低级醇中，水解得到相应金属氧化物溶胶；调节应金属氧化物溶胶；调节pHpH值，纳米尺值，纳米尺度的金属氧化物微粒发生聚集，形成无定度的金属氧化物微粒发生聚集，形成无定形网络结构的凝胶。将凝胶老化、干燥并形网络结构的凝胶。将凝胶老化、干燥并作热处理，有机物分解后，得到多孔金属作热处理，有机物分解后，得到多孔金属氧化物材料（一般为陶瓷）氧化物材料（一般为陶瓷）溶胶凝胶溶胶凝胶模板工艺模板工艺多孔材料多孔材料武汉理工大学材料学院溶胶凝胶制备的Al2O3-YAG

12、纤维 纤维材料u前驱体经反应形成类线性无机聚合物或络合物，当粘度达前驱体经反应形成类线性无机聚合物或络合物，当粘度达10100Pas时，时，通过挑丝或漏丝法可制成凝胶纤维，热处理后可转变成相应玻璃或陶瓷纤维通过挑丝或漏丝法可制成凝胶纤维，热处理后可转变成相应玻璃或陶瓷纤维 u克服了传统直接熔融纺丝法因特种陶瓷难熔融而无法制成纤的困难，工艺克服了传统直接熔融纺丝法因特种陶瓷难熔融而无法制成纤的困难，工艺可以在低温下进行，纤维陶瓷均匀性好、纯度高可以在低温下进行，纤维陶瓷均匀性好、纯度高 初始原料初始原料混合搅拌前驱体溶胶前驱体溶胶浓缩粘性溶胶粘性溶胶纺丝凝胶纤维凝胶纤维干燥干燥热处理热处理陶瓷纤

13、维陶瓷纤维武汉理工大学材料学院薄膜及涂层材料工艺流程工艺流程：将溶液或溶胶通过浸渍法或旋转涂膜法在基板上形成液膜，将溶液或溶胶通过浸渍法或旋转涂膜法在基板上形成液膜，经凝胶化后通过热处理可转变成无定形态（或多晶态）膜或涂层经凝胶化后通过热处理可转变成无定形态（或多晶态）膜或涂层 成膜机理成膜机理：采用适当方法使经过处理的陶瓷基底和溶胶相接触，在基底采用适当方法使经过处理的陶瓷基底和溶胶相接触，在基底毛细孔产生的附加压力下，溶胶倾向于进入基底孔隙，当其中介质水毛细孔产生的附加压力下，溶胶倾向于进入基底孔隙，当其中介质水被吸入孔道内同时胶体粒子的流动受阻在表面截留，增浓，缩合，聚被吸入孔道内同时胶

14、体粒子的流动受阻在表面截留，增浓，缩合，聚结而成为一层凝胶膜。对浸渍法来说，凝胶膜的厚度与浸渍时间的平结而成为一层凝胶膜。对浸渍法来说，凝胶膜的厚度与浸渍时间的平方根成正比，膜的沉积速度随溶胶浓度增加而增加，随基底孔径增加方根成正比，膜的沉积速度随溶胶浓度增加而增加，随基底孔径增加而减小而减小 优点：优点：膜层与基体的适当结合可获得基体材料原来没有的电学、光学、膜层与基体的适当结合可获得基体材料原来没有的电学、光学、化学和力学等方面的特殊性能化学和力学等方面的特殊性能 武汉理工大学材料学院)3,2,1x(OH5xHNO)AcAc()NO(ZrxAcAcOH5)NO(Zr23xx43243溶胶凝

15、胶法制备的氧化锆涂层溶胶凝胶法制备的氧化锆涂层实例 溶胶凝胶法制备Al2O3耐热涂层 武汉理工大学材料学院氧化锆涂层和基体的微观照片氧化锆涂层和基体的微观照片(a)镁合金基板；镁合金基板；(b)氢氟酸处理的基板；氢氟酸处理的基板；(c)涂有氧化锆的涂层涂有氧化锆的涂层(低倍数低倍数)；(d)氧化锆的涂层氧化锆的涂层(高倍数高倍数)武汉理工大学材料学院3.蒸发溶剂法蒸发溶剂法 将溶液通过各种物理手段进行雾化获得超微粒子的一种化学与物理相结合的方法。它的基本过程是溶液的制备、喷雾、干燥、收集和热处理。其特点是颗粒分布比较均匀，但颗粒尺寸为亚微米到10微米。根据雾化和凝聚过程分为下述三种：喷雾干燥喷

16、雾干燥法、喷雾水解法、喷雾焙烧法法、喷雾水解法、喷雾焙烧法。武汉理工大学材料学院软磁铁氧体软磁铁氧体超微颗粒超微颗粒8001000 C焙烧焙烧（铁、锰等金属盐溶液）（铁、锰等金属盐溶液）（1）喷雾干燥法喷雾干燥法优点：优点：粒径均匀，化粒径均匀，化学组成均匀性好。学组成均匀性好。武汉理工大学材料学院（2）喷雾水解法）喷雾水解法BaTiO3超细粉体制备 用超声雾化器将含有0.5mol/L BaCl2和0.5mol/L TiCl4及1.0mol/L的草酸二甲酯的前驱体雾化为细小的液滴。液滴和水蒸气同时引入玻璃管中，调节水蒸气的流量，玻璃管的温度设定为7095C，随后进入煅烧的石英管中，温度控制在7

17、001200C。最后粉末用布袋收集。BaTiO3超细粉体超细粉体0.52 m，粒径均匀，粒径均匀武汉理工大学材料学院（3）喷雾焙烧法）喷雾焙烧法武汉理工大学材料学院4.水热与溶剂热合成水热与溶剂热合成水热法水热法(Hydrothermal Synthesis)，是指在特制的，是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进得通常难溶或不溶的物

18、质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。行无机合成与材料处理的一种有效方法。武汉理工大学材料学院溶剂热法（溶剂热法（Solvothermal Synthesis），），将水热法将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料，化、易水解或对水敏感的材料，如如III-VIII-V族半导体化合物、氮化物、硫族化合族半导体化合物、氮化物、硫族化合物、新

19、型磷（砷）酸盐分子筛三维骨架结构等。物、新型磷（砷）酸盐分子筛三维骨架结构等。武汉理工大学材料学院 水热生长体系中的晶粒形成水热生长体系中的晶粒形成可分为三种类型：可分为三种类型：“均匀溶液饱和析出均匀溶液饱和析出”机机制制“溶解溶解-结晶结晶”机制机制“原位结晶原位结晶”机机制制武汉理工大学材料学院“均匀溶液饱和析出均匀溶液饱和析出”机制机制 由于水热反应温度和体系压力的升高，溶质由于水热反应温度和体系压力的升高，溶质在溶液中溶解度降低并达到饱和，以某种化合物在溶液中溶解度降低并达到饱和，以某种化合物结晶态形式从溶液中析出。当采用金属盐溶液为结晶态形式从溶液中析出。当采用金属盐溶液为前驱物，

20、随着水热反应温度和体系压力的增大，前驱物，随着水热反应温度和体系压力的增大，溶质（金属阳离子的水合物）通过水解和缩聚反溶质（金属阳离子的水合物）通过水解和缩聚反应，生成相应的配位聚集体（可以是单聚体，也应，生成相应的配位聚集体（可以是单聚体，也可以是多聚体）当其浓度达到过饱和时就开始析可以是多聚体）当其浓度达到过饱和时就开始析出晶核，最终长大成晶粒。出晶核，最终长大成晶粒。武汉理工大学材料学院“溶解溶解-结晶结晶”机制机制所谓所谓“溶解溶解”是指水热反应初期，前驱物微粒之是指水热反应初期，前驱物微粒之间的团聚和联接遭到破坏，从而使微粒自身在水间的团聚和联接遭到破坏，从而使微粒自身在水热介质中溶

21、解，以离子或离子团的形式进入溶热介质中溶解，以离子或离子团的形式进入溶液，进而成核、结晶而形成晶粒；液，进而成核、结晶而形成晶粒；武汉理工大学材料学院“结晶结晶”是指当水热介质中溶质的浓度高于晶粒是指当水热介质中溶质的浓度高于晶粒的成核所需要的过饱和度时，体系内发生晶粒的的成核所需要的过饱和度时，体系内发生晶粒的成核和生长，随着结晶过程的进行，介质中用于成核和生长，随着结晶过程的进行，介质中用于结晶的物料浓度又变得低于前驱物的溶解度，这结晶的物料浓度又变得低于前驱物的溶解度，这使得前驱物的溶解继续进行。如此反复，只要反使得前驱物的溶解继续进行。如此反复，只要反应时间足够长，前驱物将完全溶解，生

22、成相应的应时间足够长，前驱物将完全溶解，生成相应的晶粒。晶粒。武汉理工大学材料学院“原位结晶原位结晶”机制机制 当选用常温常压下不可溶的固体粉末，凝胶当选用常温常压下不可溶的固体粉末，凝胶或沉淀为前驱物时，如果前驱物和晶相的溶解度或沉淀为前驱物时，如果前驱物和晶相的溶解度相差不是很大时，或者相差不是很大时，或者“溶解溶解-结晶结晶”的动力学的动力学速度过慢，则前驱物可以经过脱去羟基（或脱速度过慢，则前驱物可以经过脱去羟基（或脱水），原子原位重排而转变为结晶态。水），原子原位重排而转变为结晶态。武汉理工大学材料学院将水热条件下纳米晶粒的形成过程可分为三个阶段：将水热条件下纳米晶粒的形成过程可分为

23、三个阶段：生长基元生长基元 与晶核与晶核的形成的形成生长基元在生长基元在固固-液生长界液生长界面上的吸附面上的吸附与运动与运动生长基元在生长基元在界面上的结界面上的结晶或脱附晶或脱附武汉理工大学材料学院 生长基元与晶核的形成：生长基元与晶核的形成：环境相中由于物质的相互作用，环境相中由于物质的相互作用，动态地形成不同结构形式的生长基元，它们不停的运动，动态地形成不同结构形式的生长基元，它们不停的运动，相互转化，随时产生或消灭。当满足线度和几何构型要求相互转化，随时产生或消灭。当满足线度和几何构型要求时，晶核即生成。时，晶核即生成。生长基元在固生长基元在固-液生长界面上的吸附与运动：液生长界面上

24、的吸附与运动：在由于对流在由于对流、热力学无规则运动或者原子吸引力，生长基元运动到固、热力学无规则运动或者原子吸引力，生长基元运动到固-液生长界面并被吸附，在界面上迁移运动。液生长界面并被吸附，在界面上迁移运动。生长基元在界面上的结晶或脱附：生长基元在界面上的结晶或脱附：在界面上吸附的生长基在界面上吸附的生长基元，经过一定距离的运动，可能在界面某一适当位置结晶元，经过一定距离的运动，可能在界面某一适当位置结晶并长入晶相，使得晶相不断向环境相推移，或者脱附而重并长入晶相，使得晶相不断向环境相推移，或者脱附而重新回到环境相中。新回到环境相中。武汉理工大学材料学院水热与溶剂热合成的生产设备水热与溶剂

25、热合成的生产设备 高压釜高压釜是进行高温高压水热与溶剂热合成的基是进行高温高压水热与溶剂热合成的基本设备本设备 高压容器一般用特种不锈钢制成高压容器一般用特种不锈钢制成,釜内衬有化釜内衬有化学惰性材料，如学惰性材料，如PtPt、AuAu等贵金属和聚四氟乙烯等耐等贵金属和聚四氟乙烯等耐酸碱材料。酸碱材料。带搅拌高压反应釜装置图带搅拌高压反应釜装置图武汉理工大学材料学院水热与溶剂热合成的一般工艺武汉理工大学材料学院实例实例 水热合成水热合成单分散单分散Fe3O4的粒子的的粒子的采用主要原料为采用主要原料为TA（酒石酸），（酒石酸），FeCl3，无水，无水C2H5OH，NH4OH以及各种的分析纯试剂

26、通过酒石酸辅助水热合成单以及各种的分析纯试剂通过酒石酸辅助水热合成单分散分散Fe3O4纳米材料。纳米材料。制备工艺：制备工艺：1ml NH4OH加入加入25ml的的FeCl3水溶液中，搅水溶液中，搅拌得到红褐色泥浆，泥浆通过多次离心分离，得到了铁的先拌得到红褐色泥浆，泥浆通过多次离心分离，得到了铁的先驱体。将不同含量的驱体。将不同含量的TA(0mmol，0.2mmol，0.5mmol，1mmol，2mmol)加入到上述先驱体中，之后转移到加入到上述先驱体中，之后转移到100ml的的聚四氟乙烯内衬的压热器中，充入去离子水搅拌，之后压热聚四氟乙烯内衬的压热器中，充入去离子水搅拌，之后压热器密封并且

27、加热，压热器在器密封并且加热，压热器在180下保温下保温1小时，在空气中缓小时，在空气中缓慢冷却。产物离心并用酒精和去离子水清洗，重复此过程多慢冷却。产物离心并用酒精和去离子水清洗，重复此过程多次，产物在真空箱中次，产物在真空箱中60干燥干燥4h，获得最终产物。，获得最终产物。武汉理工大学材料学院在180下搅拌1小时，不同TA含量水热合成产物TEM照片(a)0mmol，(b)0.2mmol，(c)0.5mmol，(d-e)1mmol，(f)2mmol武汉理工大学材料学院在180下搅拌1小时，不同TA含量水热合成产物的XRD图(a)0mmol，(b)0.2mmol，(c)0.5mmol，(d-e

28、)1mmol，(f)2mmol，H：Fe2O3，M：Fe3O4武汉理工大学材料学院实例实例水热合成水热合成分等级球状分等级球状TiO2纳米结构纳米结构合成过程如下：合成过程如下：6.4ml TiCl3水溶液溶于水溶液溶于80ml去离子水，去离子水，持续搅拌下，加入持续搅拌下，加入1.6gPAM以及以及1.4g尿素，将混合物搅拌尿素，将混合物搅拌10min，之后封入容积为，之后封入容积为100ml带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜，反应釜，180下保温下保温24h，反应釜冷却后，沉淀离心分离，反应釜冷却后，沉淀离心分离，水洗，水洗，80干燥干燥24h，550培烧培烧4h得

29、到最终产物。得到最终产物。产物Ti-P-U的FESEM图像 武汉理工大学材料学院制备出四针状制备出四针状ZnO纳米棒，并发现其生长机制为八面体孪晶核生长纳米棒，并发现其生长机制为八面体孪晶核生长模型模型。实例实例水热合成水热合成四针状四针状ZnO纳米棒可控制备纳米棒可控制备武汉理工大学材料学院实例实例水热合成水热合成实现实现一维纳米材料有序构筑一维纳米材料有序构筑 VO2纳米棒纳米棒LB膜有序组装膜有序组装 循环伏安和电导率测试发现循环伏安和电导率测试发现LB 组装后的纳米线薄膜的锂离子嵌组装后的纳米线薄膜的锂离子嵌/脱容量明显增加，电脱容量明显增加，电导率提高了两个数量级。导率提高了两个数量

30、级。VO2纳米线纳米线LB 膜表现出顺磁特性，磁化率随着温度的升高而降膜表现出顺磁特性，磁化率随着温度的升高而降低，且温度变化过程中不存在磁化率的最大值。低，且温度变化过程中不存在磁化率的最大值。武汉理工大学材料学院MoO3纳米带阵列纳米带阵列TiO2纳米管阵列纳米管阵列阳极氧化法制备出的阳极氧化法制备出的Ag修饰修饰TiO2纳米管阵列纳米管阵列(a)纯管纯管(b)1%,(c)3%,(d)7%AgTiO2纳米管阵列薄膜的光催化性能纳米管阵列薄膜的光催化性能Fe3O4 纳米针纳米针武汉理工大学材料学院四、粉末材料的结构特征四、粉末材料的结构特征粉体颗粒：粉体颗粒：指在物质的结构不发生改变的情况下

31、，分散或细化得到的固态基本颗粒。一次颗粒：一次颗粒：指没有堆积、絮联等结构的最小单元的颗粒。二次颗粒：二次颗粒：指存在有在一定程度上团聚了的颗粒。团聚：团聚：一次颗粒之间由于各种力的作用而聚集在一起称为二次颗粒的现象。硬团聚体与软团聚体：硬团聚体与软团聚体：一次颗粒之间发生部分烧结，形成了较强的键合，颗粒之间难以分离，这样的团聚体称为硬硬团聚体团聚体。粉体颗粒粉体颗粒武汉理工大学材料学院团聚体团聚体一次颗粒一次颗粒武汉理工大学材料学院团聚的原因：团聚的原因：（1）分子间的范德华引力；（2）颗粒间的静电引力；（3）吸附水分产生的毛细管力；（4）颗粒间的磁引力；（5）颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力

32、。武汉理工大学材料学院由此式确定的颗粒直径即为斯托克斯直径。由此式确定的颗粒直径即为斯托克斯直径。粒度粒度是粉体颗粒是粉体颗粒在空间范围所占大小的线性尺寸在空间范围所占大小的线性尺寸。粒度。粒度的表示方法有的表示方法有体积直径体积直径、StokesStokes直径直径等。等。体积直径：体积直径：某种颗粒所具有的体积用同样体积的球来与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：斯托克斯径：也称为等沉降速度相当径，斯托克斯假设，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

33、限大范围的粘性流体中沉降的球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：示沉降速度与球径的关系：218)(Dgfsstk粉体的粒度粉体的粒度武汉理工大学材料学院粒度分布粒度分布粒度分布：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

34、。武汉理工大学材料学院频率分布曲线 累积分布曲线 粒度分布曲线粒度分布曲线何谓何谓d50,d97?武汉理工大学材料学院测试方法测试方法（见下表）方法条件技术和仪器显微镜法干或湿光学显微镜干透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）筛分法干自动图像与分析仪干或湿编织筛和微孔筛湿自动筛沉降法干/重力沉降微粒沉降仪湿/重力沉降移液管，密度差光学沉降仪，射线返回散射仪，沉降天平，X射线沉降仪湿/离心沉降移液管，X射线沉降仪，光透仪，累积沉降仪感应区法湿电阻变化技术湿或干光散射，光衍射，遮光技术武汉理工大学材料学院方法条件技术和仪器X射线法干吸收技术，低角度散射和线叠加湿射线吸收表面积法干外表面积渗透干总表面积、气体吸收或压力变化，重力变化，热导率变化湿脂肪酸吸收，同位素，表面活性剂，溶解热其他方法干或湿全息照相，超声波衰减，动量传递，热金属丝蒸发与冷却续上表 总之，总之，SEM、TEM、XRD及激光粒度分析仪是表征及激光粒度分析仪是表征粉体粒径的常用方法。但要注意它们的特点。粉体粒径的常用方法。但要注意它们的特点。武汉理工大学材料学院武汉理工大学材料学院