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| ?超細(xì)粉體的評(píng)價(jià)及其表征研究 |
| 來源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-12-25 09:05:42 瀏覽次數(shù)： |
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（中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)/遠(yuǎn)志）超細(xì)粉體技術(shù)是隨著近代科技的進(jìn)步而發(fā)展起來的一門新技術(shù)，是材料科學(xué)的重要組成部分，在理論研究與工程應(yīng)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、造粒過程，在化工、電子、信息、生物、建材、國(guó)防、環(huán)保、紡織、食品、醫(yī)藥等行業(yè)都獲得了廣泛的應(yīng)用。超細(xì)粉體在當(dāng)今各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了超細(xì)粉體技術(shù)的飛速發(fā)展，使其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演著舉足輕重的角色。
然而隨著超細(xì)粉體技術(shù)的發(fā)展，建立在傳統(tǒng)的歐氏幾何線性模型理論基礎(chǔ)上的粉體顆粒的研究模型已漸漸不適應(yīng)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性自相似系統(tǒng)的有力工具，在粉體顆粒的表征上得到了應(yīng)用。采用分形理論分析評(píng)價(jià)可以更加精細(xì)地反映出粉體真實(shí)的細(xì)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(xì)粉碎工藝的關(guān)系。
粉體的生成方式多種多樣，應(yīng)用領(lǐng)域也各不相同，因此，各種粉體的性能檢測(cè)與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系也會(huì)有所不同，然而對(duì)于大多數(shù)粉體而言，其粒度，純度，表面性能是粉體性能最主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。
目前對(duì)于超細(xì)粉體的表征方法有很多，國(guó)內(nèi)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(xì)粉體最主要的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。目前較普遍的粒度測(cè)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(cè)定被測(cè)物料的真密度，激光法已成為目前較流行的粉體粒度測(cè)定方法。相應(yīng)的粒度測(cè)量?jī)x器有負(fù)壓篩析儀、沉降儀和激光粒度儀等。粒度儀測(cè)得的基本結(jié)果是粒度分布，是一組數(shù)，而不是一個(gè)數(shù)。
在這些測(cè)量中，都用等效粒徑這一參數(shù)描述顆粒大小，即當(dāng)被測(cè)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(cè)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(yùn)用顆粒大小的分布曲線圖，并通過中位徑D50 或平均粒徑D 平均來表征粒度，而分布情況用均勻度來表征，其中通過采用顆粒的數(shù)均粒徑與重量平均粒徑之間的比值PUL 來表征是一個(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(jié)構(gòu)、成分與官能團(tuán)，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(cè)得。在此基礎(chǔ)上，宋功保等提出用內(nèi)外比表面積之比能夠更加詳細(xì)地描述異形粉體。
鄭水林指出表面能的大小可以通過計(jì)算得到，一般情況下，隨著粒徑的減小，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）來表征。該參數(shù)與粉體的幾何特性無關(guān)。ATRHL 值越大，粉體的表面親水性越強(qiáng)。ATRHL 值可通過測(cè)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密切的關(guān)系，它對(duì)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(duì)顆粒形狀以往采用定性描述（如球狀、片狀、纖維狀、柱狀、樹枝狀、多面體狀等）現(xiàn)已不能滿足材料科學(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(shù)，即長(zhǎng)度比（顆粒最長(zhǎng)軸和與之垂直的短軸之比）和扁平比（顆粒平面上的長(zhǎng)度與平面間厚度之比）。
纖維材料常用長(zhǎng)徑比，片狀材料常用片厚比表示[7]。同時(shí)也有學(xué)者提出采用無量綱的形狀因子來定量表征顆粒的形狀。形狀因子反映了顆粒形狀相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)，則表示其與球形的差距越大。
（4）團(tuán)聚性
團(tuán)聚體的強(qiáng)度是影響粉體應(yīng)用性能的主要指標(biāo)。因?yàn)榉垠w的團(tuán)聚是不可避免的，所以粒度的控制實(shí)際上就是團(tuán)聚強(qiáng)度的控制。團(tuán)聚體的強(qiáng)度可通過直接測(cè)量法獲得，也有一些研究者希望通過模型計(jì)算的方法得到粉體團(tuán)聚體的強(qiáng)度。用粉末壓制的方法來表征氧化物粉末的團(tuán)聚強(qiáng)度是一種廣泛使用的方法。Niesz 等曾提出用相對(duì)坯密度對(duì)壓制壓力的對(duì)數(shù)作圖，當(dāng)粉末中無團(tuán)聚體存在或在壓制過程中無團(tuán)聚體破碎時(shí)，得到直線關(guān)系；當(dāng)粉末中含有團(tuán)聚體并在壓制過程中發(fā)生破碎時(shí)，直線斜率會(huì)在破碎點(diǎn)附近發(fā)生突變。Moreno-Atanasio 通過計(jì)算機(jī)仿真團(tuán)聚體的碰撞粉碎，同時(shí)進(jìn)行了機(jī)械學(xué)分析。
（5）晶體結(jié)構(gòu)
粉體的晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的測(cè)定主要用單晶結(jié)構(gòu)分析方法，但由于合乎單晶結(jié)構(gòu)分析的晶體通常難以獲得，一般的固體材料多屬多晶結(jié)構(gòu)，因此，粉末衍射法一直是測(cè)定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)的重要手段之一。
傳統(tǒng)的粉末衍射法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)是嘗試法，這種方法對(duì)于結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的晶體是有效的，但需要較多的經(jīng)驗(yàn)，且較費(fèi)時(shí)。對(duì)于復(fù)雜的、對(duì)稱性較低的化合物的結(jié)構(gòu)（在不對(duì)稱單胞中原子數(shù)大于10，且占據(jù)一般位置），用嘗試法就變得非常困難，且難以奏效。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以及X 射線源和中子源強(qiáng)度和衍射譜分辨率的提高，利用多晶衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜化合物的晶體結(jié)構(gòu)測(cè)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(jù)不同的應(yīng)用要求，從其他的指標(biāo)上來表征粉體的性能?？?Carr)指數(shù)法是卡爾教授通過大量的實(shí)驗(yàn)，在綜合研究了影響粉體流動(dòng)性和噴流性的幾個(gè)單項(xiàng)粉體物性值的基礎(chǔ)上，將其每個(gè)特征值指數(shù)化并累加以指數(shù)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(zhǔn)確、適用范圍廣、易操作等一系列優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于粉體特性的綜合評(píng)判和粉體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)中。正確評(píng)價(jià)粉體特性對(duì)粉體的傳輸、儲(chǔ)存、生產(chǎn)，尤其對(duì)于新開發(fā)材料的研究具有重要的意義。
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