,*,PPT课件,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,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,PPT课件,*,特种陶瓷工艺学,学 院：材料科学与工程,1,PPT课件,特种陶瓷工艺学学 院：材料科学与工程1PPT课件,特种陶瓷,生产工艺,特种陶瓷粉体性能及其制备技术,特种陶瓷的成型方法,特种陶瓷的烧结机制及其方法,特种陶瓷的加工，以超硬材料金刚石、,CBN,烧结体为主,2,PPT课件,特种陶瓷 生产工艺特种陶瓷粉体性能及其制备技术特种陶瓷的成型,粉体,特种陶瓷,粉体性能,作为物质的一种存在状态，粉体不同于气体、液体，也不完全同于固体；它是大量固体粒子的集合体，具有很多固体的属性，如物质结构，密度等等；颗粒间存在宏观空隙，颗粒间结合力较弱；同时它具有固体所不具有的流动性。,粉体颗粒,一次颗粒：,单颗粒，分开并独立存在的最小实体，可以是单晶，但普遍为多晶,二次颗粒：,一次颗粒间的自发团聚,3,PPT课件,粉体特种陶瓷 粉体性能 作为物质的一种存在状态，粉,团聚原因：,（,a,）分子间的范德华力,（,b,）颗粒间的静电引力,（,c,）吸附水分的毛细管力,（,d,）颗粒间磁引力,（,f,）颗粒表面不光滑造成的机械纠缠力,特种陶瓷,粉体性能,粉体团聚,颗粒越小，团聚越严重，而对纳米粉来说，如何解决或减轻粉体团聚现象也是很大的难题,4,PPT课件,团聚原因：特种陶瓷 粉体性能粉体团聚 颗粒越小,特种陶瓷,粉体性能,粉体颗粒形状,颗粒形状与粉末生产方法的关系,颗粒形状直接影响粉体的许多特性，如比表面积、流动性、磁性、固着力、填充性、研磨特性和化学活性等。根据不同的使用目的，对颗粒形状有不同的要求。,颗粒形状因粉末生产方法不同而不同,5,PPT课件,特种陶瓷 粉体性能粉体颗粒形状颗粒形状与粉末生产方法的关系,凡构成某种粉体的颗粒群，其颗粒的平均大小被定义为该粉体的粒度。,粉体粒径大小影响粉体性质，如最敏感的比表面积、可压缩性、流动性。,粉体粒度决定应用范畴，是粉体诸物性中最重要的特性,如：土木、水利所用粉体,1cm,以上,冶金、食品：,40m-1cm,纳米粉体：,nm,量级,特种陶瓷粉体，一般粒径在,0.05m,40m,粉体粒度（粒径）,特种陶瓷,粉体性能,6,PPT课件,凡构成某种粉体的颗粒群，其颗粒的平均大小被定义为,球状颗粒粒度可以用直径表示，多边形可以用边长，但粉体颗粒通常不是很规则的。,粉体粒度（粒径）,特种陶瓷,粉体性能,粒径表示方法：,等体积,球相当径,等面积球相当径,等沉降速度相当径,显微镜下测得的颗粒径,7,PPT课件,球状颗粒粒度可以用直径表示，多边形可以用边长,特种陶瓷,粉体性能,球当量直径,等表面积（球）相当径,等体积（球）相当径,等比表面积（球）相当径,等沉降速度（球）相当径,(Stokes,径）,筛分径,当颗粒通过筛网并停留在细筛网上时，粗细筛孔的算术或几何平均值称为筛分径,（,1,）用不同方法测得的粒径可能相较大的区别。,（,2,）一般测得是二次粒径，并不仅仅是一次粒径，显微镜的方法才有可能将其分析。,说 明,8,PPT课件,特种陶瓷 粉体性能球当量直径 等表面积（球）相当径筛分,目数,2042 60 80100150170200250325,粒径,/mm.833.351.246.175.147.104.080.074.061.043,筛分径,特种陶瓷,粉体性能,金刚石粒度,9,PPT课件,特种陶瓷,粉体性能,显微镜下测得的颗粒径,Feret,径,Martin,径（等分面积）,投影面积相当径,定方向最大径,投影周长相当径,10,PPT课件,特种陶瓷 粉体性能显微镜下测得的颗粒径 Feret径10P,11,PPT课件,11PPT课件,特种陶瓷,粉体性能,粉体粒度分布,单分散体系,多分散体系,（,1,）频率分布,任意粒度的颗粒占总颗粒数的个数或者质量百分比,（,2,）累积分布,某一粒径以下的颗粒占总颗粒数的个数或者质量百分比,12,PPT课件,特种陶瓷 粉体性能粉体粒度分布单分散体系 多分散体系 （,特种陶瓷,粉体性能,粉体表面特征,粉体性能上与块体物质有很大的区别，重要原因就是两者表面状态不一样。随着颗粒细化，粉体表面问题将成为颗粒学的首要问题。这也是目前纳米科学成为热点的主要原因。,表面能和表面状态,粉体颗粒表面原子与内部原子不同，处于能量过剩状态，这种,“,过剩能量,”,就称为粉体颗粒的表面能。颗粒粒径越小，表面原子的比例越大，表面能就成为粉体粒子的附着与凝聚的重要作用。,Cu,粉,13,PPT课件,特种陶瓷 粉体性能粉体表面特征 粉体性能上与块体物质有,粉体填充特性,特种陶瓷,粉体性能,等大球的致密填充,配位数,12,，致密度,74.05%,(1),立方密堆,111 ABCABCABC,排列,(2),六方密堆,0001 ABABABABAB,排列,粉体填充特性是粉末成型的基础,14,PPT课件,粉体填充特性特种陶瓷 粉体性能等大球的致密填充粉体填充特性是,等大球的不规则填充,实际填充中，很难达到完全致密。在可能获得最密填充中，孔隙率,0.363,即,36.3,，致密度为,63.7,。,粉体填充特性,特种陶瓷,粉体性能,异直径球的填充,在等大球填充所生成的空隙中，进一步再填充小球，可以获得更加紧密的填充。,加压压密填充,压力的作用可以减少颗粒相互作用，附着力的影响，使粉体密度更大。,15,PPT课件,等大球的不规则填充粉体填充特性特种陶瓷 粉体性能异直径球的填,影响因素,1,）颗粒大小的影响,当颗粒的粒径不大时，粒径越小，填充越疏松；如果粒径变大，大到超过临界粒径,Dc(,大约,20um),时，则粒径对填充率的影响并不大。,2,）颗粒形状和凝聚的影响,在填充中，若颗粒的形状逐渐偏离球状，并且直到板状、棒状等不规则形状，那么，可以预料，填充操作比较困难，填充结构越来越疏松，空隙率越来越变大。,由于吸附水分，导致颗粒间凝聚力的强烈作用。它妨碍填充过程中颗粒的运动，所以得不到密填充。而且当凝聚力存在时，使颗粒通过凝聚形成不规则的二次颗粒，致密填充会很困难。,粉体填充特性,特种陶瓷,粉体性能,16,PPT课件,影响因素粉体填充特性特种陶瓷 粉体性能16PPT课件,特种陶瓷,粉体制备,机械粉碎法,物理化学法,应用机械力将粗颗粒粉碎获得细粉，不易获得粒径在,1m,以下的超细颗粒，且容易引入杂质,在离子、原子、分子水平上通过反应、成核和生长制成粒子的方法，纯度、粒度可以控制，均匀性好，颗粒微细，并可以实现在分子级水平上的复合，均化。,粉体制备技术,17,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备机械粉碎法物理化学法 应用机械力将,特种陶瓷,粉体制备,机械粉碎法,粉碎机制有两种,（,1,）摩擦粉碎或表面粉碎,研磨体与颗粒或者颗粒之间的摩擦产生，摩擦的结果使被磨粒子从表面磨削出更细的粒子。如普通球磨,（,2,）冲击粉碎或体积粉碎,研磨体对颗粒或者颗粒之间的撞击、剪切产生，粒子被分割成两个或者数个更细的粒子。如振动或者搅动球磨,18,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备机械粉碎法粉碎机制有两种18PPT课件,为了提高效率，根据原料尺寸大小及细度要求，常将粉碎过程分级进行，先粗碎，再中碎，最后细碎，不同级粉碎应相应选择适宜设备。,19,PPT课件,为了提高效率，根据原料尺寸大小及细度要求，常将,特种陶瓷,粉体制备,(1),普通球磨,摩擦粉碎,冲击粉碎,20,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备(1)普通球磨摩擦粉碎冲击粉碎20PP,球磨机的转速,转速大，离心力大,转速小，离心力太小，没有冲击效果,21,PPT课件,球磨机的转速转速大，离心力大转速小，离心力太小，没有冲击效果,研磨体的比重、大小及形状,大比重的研磨体可以提高研磨效率。,22,PPT课件,研磨体的比重、大小及形状大比重的研磨体可以提高研磨效率。22,球磨方式,球磨方式有,湿法,和,干法,两种。,23,PPT课件,球磨方式球磨方式有湿法和干法两种。23PPT课件,特种陶瓷,粉体制备,(2),振动球磨,24,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备(2)振动球磨24PPT课件,煅烧氧化铝瓷料,加入适量的液体介质和助磨剂可大大提高粉碎效率,25,PPT课件,煅烧氧化铝瓷料加入适量的液体介质和助磨剂可大大提高粉碎效率2,特种陶瓷,粉体制备,(3),搅动球磨,助磨剂可减轻更细粒子的团聚现象,26,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备(3)搅动球磨 助磨剂可减轻,特种陶瓷,粉体制备,(4),气流球磨,污染小，但粉末使用前要排除吸附的气体,27,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备(4)气流球磨 污染小，但粉,气流球磨粉碎原理：,利用高压流体,(,压缩空气或过热蒸汽,),作为介质，将其高速通过细的喷嘴射入粉碎室内，此时气流体积突然膨胀、压力降低、流速急剧增大,(,可以达到音速或超音速,),，物料在高速气流的作用下，相互撞击、摩擦、剪切而迅速破碎，然后自动分级，达到细度的颗粒被排出磨机。粗颗粒将进一步循环、粉碎，直至达到细度要求。,进料粒度约在,0.1 mm,之间，出料细度可达,m,左右。,优点：不需要任何固体研磨介质，故可以保证物料的纯度；在粉碎过程中，颗粒能自动分级，粒度较均匀；能够连续操作，有利于生产自动化。,缺点是耗电量大，附属设备多；干磨时，噪音和粉尘都较大。,28,PPT课件,气流球磨粉碎原理：进料粒度约在0.1 mm之间，出料,特种陶瓷,粉体制备,(5),几种球磨方式比较,对于粒度,21m,的,B,4,C,，平衡粒度与平衡时间分别为：,普通球磨：,4m,，,64h,振动球磨：,2m,，,16h,搅动球磨：,0.4m,，,8h,气流球磨：,0.45m,，,4,次,29,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备(5)几种球磨方式比较 对,特种陶瓷,粉体制备,物理化学法,30,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备物理化学法30PPT课件,特种陶瓷,粉体制备,以固态物质为出发原料，利用化合、分解、氧化还原等反应制备超细颗粒。,（伴随有烧结过程和晶粒长大过程）,液相法,固相法,金属盐溶液经过添加沉淀剂和溶剂蒸发得到盐式氢氧化物再经过热分解得到氧化物粉末。,特点：,1,）易控制组成，能合成复合氧化物粉,2,）加微量成分很方便,3,）可获得良好的混合均匀性,4,）生成的沉淀呈凝胶状，很难水洗过滤，而且有时沉淀剂不易清除,31,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备 以固态物质为出发原料，利用化合、分,特种陶瓷,粉体制备,（,1,）共沉淀法,两种或者两种以上的金属盐同时沉淀。,共沉淀时要考虑,体系的溶度积和,PH,值，,不同体系的溶度积和,PH,值不同。,例如：,ZrO,2,Y,2,O,3,（,3atom%,）体系与,Al,2,O,3,的复合陶瓷粉,或者,ZrO,2,Y,2,O,3,CeO,2,体系，沉淀剂为,NH,4,OH,只有,PH,值,6.77,时两个体系才能共沉淀,缺点：沉淀剂加入时很难做到均匀，高,PH,值沉淀的金属会作为杂质进入,（,2,）均匀沉淀法,沉淀剂不外加，而是由内部自己缓慢生成，这会消除沉淀剂的不均匀问题，而且生成的沉淀剂会立刻消耗掉，使沉淀剂浓度保持在很低的状态，纯度高，也便于清洗。,70,32,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备（1）共沉淀法7032PPT课件,33,PPT课件,33PPT课件,特种陶瓷,粉体制备,（,3,）醇盐水解法,以金红石,TiO,2,为例,（,4,）溶胶凝胶法,将金属、有机或者无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理得到氧化物和其他化合物固体的办法。它具有纯度高、化学均匀性好、可容纳不溶性或者不沉淀性组分、掺杂分布均匀等诸多优点。,34,PPT课件,特种陶瓷 粉体制备（3）醇盐水解法以金红石TiO2为例（4）,醇盐水解法,溶胶凝胶法,35,PPT课件,醇盐水解法溶胶凝胶法35PPT课件,36,PPT课件,36PPT课件,特种陶瓷,粉体制备,（,5,）溶剂蒸发法：,不需要沉淀剂,采用喷雾法，可以保持