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| ?超細粉體的評價(jià)及其表征研究 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-12-25 09:05:42 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/遠志）超細粉體技術(shù)是隨著(zhù)近代科技的進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，是材料科學(xué)的重要組成部分，在理論研究與工程應用上都具有十分重要的意義。它涉及各種粉體的制備、分散、表征、表面修飾、填充、造粒過(guò)程，在化工、電子、信息、生物、建材、國防、環(huán)保、紡織、食品、醫藥等行業(yè)都獲得了廣泛的應用。超細粉體在當今各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應用促進(jìn)了超細粉體技術(shù)的飛速發(fā)展，使其在國民經(jīng)濟中扮演著(zhù)舉足輕重的角色。
然而隨著(zhù)超細粉體技術(shù)的發(fā)展，建立在傳統的歐氏幾何線(xiàn)性模型理論基礎上的粉體顆粒的研究模型已漸漸不適應粉體技術(shù)的研究。而分形理論自Mandelbrot 于1973 年提出后很快成為描述非線(xiàn)性自相似系統的有力工具，在粉體顆粒的表征上得到了應用。采用分形理論分析評價(jià)可以更加精細地反映出粉體真實(shí)的細度特點(diǎn)和粒度分布特征等粉體性能，便于闡明粉體特征與超細粉碎工藝的關(guān)系。
粉體的生成方式多種多樣，應用領(lǐng)域也各不相同，因此，各種粉體的性能檢測與評價(jià)指標體系也會(huì )有所不同，然而對于大多數粉體而言，其粒度，純度，表面性能是粉體性能最主要的評價(jià)指標。
目前對于超細粉體的表征方法有很多，國內外學(xué)者在這方面也作了很多研究，主要有以下幾個(gè)方面：
（1）粒度及其分布
粉體粒度是超細粉體最主要的性能評價(jià)指標。目前較普遍的粒度測定方法主要有篩析法、沉降法和激光法。篩析法方法簡(jiǎn)單，沉降法則需要先測定被測物料的真密度，激光法已成為目前較流行的粉體粒度測定方法。相應的粒度測量?jì)x器有負壓篩析儀、沉降儀和激光粒度儀等。粒度儀測得的基本結果是粒度分布，是一組數，而不是一個(gè)數。
在這些測量中，都用等效粒徑這一參數描述顆粒大小，即當被測顆粒的某種特性與某一直徑的同質(zhì)球體最相近時(shí)，就把該球體的直徑作為被測顆粒的等效粒徑。
然而上述表征方法只能反映單個(gè)顆粒的粒度大小，為了全面地反映一個(gè)粉體樣本的顆粒大小及其分布情況，高瑋等指出運用顆粒大小的分布曲線(xiàn)圖，并通過(guò)中位徑D50 或平均粒徑D 平均來(lái)表征粒度，而分布情況用均勻度來(lái)表征，其中通過(guò)采用顆粒的數均粒徑與重量平均粒徑之間的比值PUL 來(lái)表征是一個(gè)有效的方法。
（2）表面特性
粉體的表面特性包括粉體的比表面積，表面能，表面結構、成分與官能團，表面親和性，表面電性與表面吸附等。這些性能的表征方法科研人員作了很多相關(guān)研究。
粉體的比表面積可采用氣體吸附法或液體吸附法測得。在此基礎上，宋功保等提出用內外比表面積之比能夠更加詳細地描述異形粉體。
鄭水林指出表面能的大小可以通過(guò)計算得到，一般情況下，隨著(zhù)粒徑的減小，表面能和比表面積增加，比表面能減小。
高瑋等指出表面親和性可以采用ATRHL 值（Adhesion tension ratio of hydrophilic liquid to lipophilic liquid）來(lái)表征。該參數與粉體的幾何特性無(wú)關(guān)。ATRHL 值越大，粉體的表面親水性越強。ATRHL 值可通過(guò)測定水與粉體的粘附張力及甲苯與粉體的粘附張力的比值得到。
（3）顆粒形狀
顆粒形狀與材料物性之間存在著(zhù)密切的關(guān)系，它對顆粒群的許多性質(zhì)產(chǎn)生影響，如粉體的比表面積、流動(dòng)性、填充性、化學(xué)活性等。對顆粒形狀以往采用定性描述（如球狀、片狀、纖維狀、柱狀、樹(shù)枝狀、多面體狀等）現已不能滿(mǎn)足材料科學(xué)與工程的需要。為此，Heywood 曾提出比較簡(jiǎn)便描述粉體顆粒形態(tài)特征的兩個(gè)參數，即長(cháng)度比（顆粒最長(cháng)軸和與之垂直的短軸之比）和扁平比（顆粒平面上的長(cháng)度與平面間厚度之比）。
纖維材料常用長(cháng)徑比，片狀材料常用片厚比表示[7]。同時(shí)也有學(xué)者提出采用無(wú)量綱的形狀因子來(lái)定量表征顆粒的形狀。形狀因子反映了顆粒形狀相對于標準形狀的偏離程度。形狀因子的定義方式很多，目前較為常用的是Wadell 球形度Ψw。若Ψw 為1 則為球形粉體，若Ψw 偏離1 越遠，則表示其與球形的差距越大。
（4）團聚性
團聚體的強度是影響粉體應用性能的主要指標。因為粉體的團聚是不可避免的，所以粒度的控制實(shí)際上就是團聚強度的控制。團聚體的強度可通過(guò)直接測量法獲得，也有一些研究者希望通過(guò)模型計算的方法得到粉體團聚體的強度。用粉末壓制的方法來(lái)表征氧化物粉末的團聚強度是一種廣泛使用的方法。Niesz 等曾提出用相對坯密度對壓制壓力的對數作圖，當粉末中無(wú)團聚體存在或在壓制過(guò)程中無(wú)團聚體破碎時(shí)，得到直線(xiàn)關(guān)系；當粉末中含有團聚體并在壓制過(guò)程中發(fā)生破碎時(shí)，直線(xiàn)斜率會(huì )在破碎點(diǎn)附近發(fā)生突變。Moreno-Atanasio 通過(guò)計算機仿真團聚體的碰撞粉碎，同時(shí)進(jìn)行了機械學(xué)分析。
（5）晶體結構
粉體的晶體結構是指原子在晶胞中的分布方式，它與粉體的物理和化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。晶體結構的測定主要用單晶結構分析方法，但由于合乎單晶結構分析的晶體通常難以獲得，一般的固體材料多屬多晶結構，因此，粉末衍射法一直是測定物質(zhì)的晶體結構的重要手段之一。
傳統的粉末衍射法測定晶體結構是嘗試法，這種方法對于結構比較簡(jiǎn)單的晶體是有效的，但需要較多的經(jīng)驗，且較費時(shí)。對于復雜的、對稱(chēng)性較低的化合物的結構（在不對稱(chēng)單胞中原子數大于10，且占據一般位置），用嘗試法就變得非常困難，且難以奏效。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展和應用，以及X 射線(xiàn)源和中子源強度和衍射譜分辨率的提高，利用多晶衍射數據進(jìn)行復雜化合物的晶體結構測定成為可能。目前所采用的主要方法有最大熵法、能量減小法、Monte Carlo 法等。
另外有一些研究者根據不同的應用要求，從其他的指標上來(lái)表征粉體的性能?？?Carr)指數法是卡爾教授通過(guò)大量的實(shí)驗，在綜合研究了影響粉體流動(dòng)性和噴流性的幾個(gè)單項粉體物性值的基礎上，將其每個(gè)特征值指數化并累加以指數方式表示的表征粉體綜合特性的方法。由于這種方法快速、準確、適用范圍廣、易操作等一系列優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應用于粉體特性的綜合評判和粉體系統的設計開(kāi)發(fā)中。正確評價(jià)粉體特性對粉體的傳輸、儲存、生產(chǎn)，尤其對于新開(kāi)發(fā)材料的研究具有重要的意義。
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