6粉体工程-粉碎机械力化学及表面改性(精)

粉碎固体物料在外力作用下克服其内聚力使之破碎的过程。

粉碎比物料粉碎前的平均粒径与粉碎后的平均粒径之比称为平均粉碎比。

粉碎级数串联粉碎机台数粉碎流程（1）开路流程从粉（磨）碎机中卸出的物料即为产品，不带检查筛分或选粉设备的粉碎流程。

简单、效率低、产品合格率低（2）闭路流程带检查筛分或选粉设备的粉碎流程。

效率高循环负荷率不合格粗粒作为循环物料重新回至粉碎机中再进行粉碎，粗颗粒回料质量与该级粉碎产品质量之比。

选粉效率检查筛分或选粉设备分选出的合格物料质量与进该设备的合格物料总质量之比。

强度:指对外力的抵抗能力，通常以材料破坏时单位面积所受的力来表示（N/m2）理论强度不含任何缺陷的完全均质材料的强度（相当于原子、离子或分子间的结合力）实际强度一般为理论强度的1/100～1/1000硬度材料抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力，也可理解为在固体表面产生局部变形所需的能量易碎(磨)性一定粉碎条件下，将物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的比功耗。

----比功耗单位质量物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的能量。

脆性脆性材料受力破坏时直到断裂前只出现极小的弹性变形而不出现塑性变形，抗冲击能力较弱。

采用冲击粉碎方法可粉碎。

材料的韧性指在外力作用下，塑性变形过程中吸收能量的能力。

断裂材料的断裂和破坏实质上是在应力作用下达到其极限应变的结果。

脆性材料在应力达到其弹性极限时，材料即发生破坏，无塑性变形出现。

韧性材料在应力略高于弹性极限并达到屈服极限时，尽管应力不断增大，但此时材料并未破坏，自屈服点以后的变形为塑性变形。

粉碎方式(a)挤压粉碎(b)冲击粉碎(c)摩擦-剪切粉碎(d)劈裂-裁断粉碎挤压粉碎：粉碎设备的工作部件对物体施加挤压作用，物料在压力作用下发生粉碎（挤压磨及鄂氏破碎机）挤压-剪切粉碎：挤压和剪切两种粉碎方法相结合的方式（雷蒙磨，立式磨）。

冲击粉碎：包括高速运动的粉碎体对被粉碎物料的冲击和高速运动的物料向固定壁或靶的冲击。

粉碎的机械化学力效应在粉体材料中的应用现状和发展趋势摘要：机械力化学效应是研究物质在机械力作用下引起的化学变化，是一门新兴的边缘学科。

介绍了粉碎机械力化学的形成和发展过程，对其理论研究及基础研究作了概括的论述，例举了该学科在粉碎中的应用，还闭明了粉碎机械力化学的发展前景。

关键词：机械力化学；粉碎；粉体1.引言在机械力作用下，所诱发的化学变化和物理化学变化称为机械力化学。

机械力包括的范围很广，可以是普通的冲击力、研磨力、压力，还可以是液体中的空穴作用和空气中冲击波作用所产生的压力，故各种凝聚状态下的物质，受到机械力的影响而发生化学变化或物理变化的现象都称为机械力化学现象。

人们在对物料进行超细粉碎的过程中就发现了许多有趣的现象，如粉碎食盐时产生氯气，粉碎碳酸盐时有二氧化碳气体产生，石膏细磨时脱水，石英受冲击后无定形化等，这些都是典型的机械化学反应。

随着机械化学研究的兴起和不断深入，揭示了粉碎过程不仅是传统意义上物质的细化过程，而且还伴有复杂的能量转换的机械化学过程。

一方面，机械化学效应同众多工业密切相关，许多被忽视的或难以解释的现象应从机械化学角度作深入研究，特别是在新型材料高技术领域中，利用机械化学赋予材料的独特性质，可以研制出一般化学方公和加工方法所不能得到的具有特殊性能的材料。

因此，深入开展粉碎机械化学理论研究及应用基础研究，不仅可以促进粉体深加工技术的发展，也能为材料的开发利用开辟新的途径。

另一方面，粉体的超细化及表面改性是当今粉体加工技术的发展方向之一。

2.机械力化学产生的机理与特点物质的粉碎，尤其是细粉碎是一复杂的物理化学过程。

在机械力的不断作用下，起始阶段主要是颗粒尺寸的减小和表面积的增大，但是达到一定程度后，由于小颗粒的聚集而出现粉磨平衡。

粉磨平衡并不意味着粉体的性质不变，若继续施加机械应力，能量会以多种形式贮存起来。

粉磨过程中机械能用于生成新表面的部分仅为1%，而以弹性应力造成的局部应力集中形式的贮能为10%-30%，另外还可通过粉体结构变化（表面结构变化、晶格畸变、多晶转变等）将一部分能量贮存起来，其余则以热能的形式散发。

粉体工程一、粉末的性能与表征1.粒径：粉末体中，颗粒的大小用其在空间范围所占据的线性尺寸表示，称为粒径。

2.粒径的表示方法：①几何学粒径②投影粒径③筛分粒径④球当粒径。

3.粉体粒径的分布常表示成频率分布和累积分布：①粒径分布的表格、直方图、曲线可直观地反映粉体粒径的分布特征。

②数字函数表达式有：正态分布；对数正态分布；Rosin—Rammler分布；RRB方程能较好地反映工业上粉磨产品的粒径分布特征。

4.平均粒径：若将粒径不等的颗粒群想象成自由径为D的均一球形颗粒组成，那么其物理特性可表示为f（d）=f（D），D即表示平均粒径。

5.粉末的测量方法：显微镜法；激光衍射法；重力沉降光透法；筛分法。

平均粒径测量方法：比表面法。

6.粉末的性质：堆积性质；摩擦性质；压缩性质与成形性（压制性）。

安息角：又称休止角、堆积角，它是指粉体自然堆积时的自由表面在静止平衡状态下与水平面所成的最大的角度。

（用来衡量与评价粉体的流动性）。

在0.2mm以下，粒径越小而休止角越大，这是由于微细粒子间粘附性增大导致流动性降低的缘故。

粉体颗粒形状愈不规则安息角愈大，颗粒球形愈大粉体流动性愈好其安息角就愈小。

二、粉体表面与界面化学1.粉末颗粒的分散：①在气相中，主要受范德华力、静电力、液桥力，分散方法，机械分散、干燥分散、颗粒表面改性分散、静电分散、复合分散；②在液相中，主要受范德华作用力、双电层静电作用力、空间位阻作用力、熔剂化作用力、疏液作用力，分散调控有，介质调控、分散剂调控、机械调控和超声调控。

2.颗粒表面改性：粉末颗粒表面改性：用物理，化学，机械方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的的改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团，表面能、界面润湿性，电性，表面吸附性和反应特性等，以满足现代新材料，新工艺和新技术发展的需要。

3.改性方法：①表面化学改性：偶联剂表面改性、表面活性剂改性、高分子分散剂改性、接枝改性；②微胶囊包覆——化学法、物理法、物理化学法；③机械化学改性；④原位聚合改性——无皂乳液聚合包覆法、预处理乳液聚合法、微乳液聚合法。

《粉体材料表面改性》课程教学大纲课程代码：050542002课程英文名称：SurfaceModificationofpowder（A2）课程总学时：24讲课：24实验：0上机：0适用专业：粉体科学与工程专业大纲编写（修订）时间：2017.3一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标粉体表面改性是粉体科学与工程专业方向课，为选修课。

本门课程讲授粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、各行业典型粉体及纳米粉体饿表面改性方法、实践及改性产品的检测及表征方法。

通过本课程的学习，不仅让学生掌握粉体表面改性的相关理论，同时培养学生发现、分析与解决问题的能力和精密进行科学研究的技能。

为学生将来从事粉末材料、粉体工程领域的生产、科研打下坚实的理论和实践基础。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．掌握粉体材料表面改性工艺的方法和原理；2．使学生掌握目前工业表面改性典型设备；3．使学生了解表面改性剂的种类、性质、使用条件；4．掌握粉体改性前后的物性变化及相关的检测方法；5.进一步结合创新创业培养目标，加强学生创新能力的培养，使学生具备独立进行粉体表面原位修饰工艺设计与设备选型的能力。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握粉体表面改性一般知识，包括粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、改性产品的检测及表征方法等。

2.基本理论和方法：掌握粉体表面的物性，粉体表面改性的基本原理、掌握粉体表面改性工艺设计和设备；了解常见工业粉体的表面改性方法及应用。

3.基本技能:掌握粉体改性工艺设计计算、独立进行设备选型的技能等。

了解特种粉体的生产工艺、制备技术及行业发展趋势。

具备制备、加工特种粉体的必要的基础知识和基本技能。

（三）实施说明本课程安排在第七学期学习，共24学时，其中理论讲课24学时。

根据教学的需要，有针对性地对教学内容适当增减，各部分学时数可适当调整2学时。

第2章统计平均径：弗雷特直径≥马丁直径体积直径：面积直径：面积体积直径：表面积形状因数：体积形状因数：球形度：一个与待测的颗粒体积相等的球形体的表面积与该颗粒的表面积之比。

第5章内摩擦角确定方法：三轴压缩试验、直剪试验、破坏包络线方程破坏面与最小主应力作用方向夹角：破坏面与最最大主应力作用方向（铅垂方向）夹角（摩擦角）：第6章粉碎：固体物料在外力作用下克服内聚力，使颗粒的尺寸减小，比表面积增大的过程。

粉磨：使小块物料碎裂成细粉状物料的加工过程。

平均粉碎比：粉碎前平均粒径D与粉碎后平均粒径d之比i。

乘积。

粉碎级数：串联粉碎机的台数。

粉碎的作用和意义：粒度减小，比表面积增大，利于不同物料的均匀混合，便于输送储存，利于提高高温固相反应程度和速度。

搅拌磨：1分类：4结构形式，3工作方式，2工作环境，安放形式，密闭形式2工作原理：内置搅拌器，搅拌器的高速回转使研磨介质和物料在整个筒内不停翻滚，产生不规则运动，使研磨介质和物料之间产生相互撞击和摩擦的双重作用，使物料被磨得很细并得到均匀分散的良好效果。

第7章活化点的分布模式：表面层分布、局部区域分布、整体均匀分布机械力化学导致的化学变化：脱水效应、固相反应第10章分离效率：分离后获得的某种成分的质量与分离前粉体中所含该成分质量之比。

m/m0*100% 分级精度：实际分级曲线相对于理想分级曲线的偏离程度，其偏离程度即曲线的陡峭程度可以用来表示分级的精确度，即分离精度。

筛分设备三种筛序：由粗到细的筛序、由细到粗的筛序，混合筛序筛孔大小表示：用筛目数M表示；或用1cm2面积上所具有的筛孔数表示K=（M/2.5）∧2。

筛分机械：六角形、超细分级原理：离心分级、惯性分级、迅速分级、减压分级气固分离设备收尘效率：串联时：收尘器按原理分类与特点：重力惯性离心过滤电收尘器第11章混合：物料在外力（重力机械力等）作用下发生运动速度和运动方向的改变，使各组分颗粒均匀分布的操作过程。

粉体工程（Powder Engineering）课程编号：07310200学分： 3学时：45 （其中：讲课学时：45 实验学时：0 上机学时：0）先修课程：高等数学、数理统计与概率论、工程力学、流体力学适用专业：无机非金属材料专业本科三年级学生教材：《粉体工程与设备》，陶珍东，郑少华主编，化学工业出版社，2003年版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：《粉体工程》是材料类专业的一门技术基础课程，它建立在数学、力学等课程知识的基础之上，为无机材料类专业后继课程的学习及从事专业技术工作打好坚实的基础。

它的主要任务是通过课堂教学法使学生掌握粉体的几何形态、颗粒群的构造特性、粉体的流动和流变特性、粉体力学和颗粒流动力学的基本原理，获得关于粉体技术的基本理论知识，提高解决粉体处理的工程技术问题的能力。

二、课程的基本内容及要求：一、绪论1、教学内容（1）本课程的目的、性质和主要内容（2）本课程与其它课程的关系、课程学习方法2、基本要求（1）了解本课程的目的、性质和主要内容；（2）了解本课程与其它课程的关系、课程学习方法。

二、颗粒的几何形态特征1、教学内容（1）颗粒的粒径三轴径、球当量径、圆当量径、统计平均径和筛分径等（2）粒度分布频率分布、累积分布、正态分布、对数正态分布、罗辛-拉姆勒分布（3）颗粒形状形状因子和形状指数（4）形状数学分析 Fourier分析、分数维方法（5）粒度测量方法及选择筛分法、显微镜法、沉降法、激光法等其它方法2、基本要求（1）了解颗粒几何形态特征；（2）掌握颗粒粒径和颗粒群粒度分布的表征方法及其测量方法。

三、颗粒群聚集特性1、教学内容（1）颗粒填充结构均一球形颗粒群的规则填充与实际填充结构、非均一球形颗粒的填充结构、不同粒径球形颗粒的规则填充结构（2）颗粒间附着力分子间引力、静电引力、附着水分的毛细管力、磁性力和机械咬合力（3）湿颗粒群特性填充层内的四种类型的液相静态、液体架桥、颗粒间持液量、抽吸势和液体在粉体层毛细管中的上升高度2、基本要求（1）了解颗粒群的堆积构造特性；（2）了解粉体层的粘附力及其影响因素；（3）掌握填充层内的四种类型的液相静态，了解液体架桥、颗粒间持液量、抽吸势的概念。

粉体工程改性主要包括四个方面1粉体改性的原理和方法2 表面改性剂3表面改性工艺与设备4粉体表面改性产品的检测与表征粉体表面改性的原理利用物理、化学、机械等方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的地改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团表面能、界面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等，以满足现代新材料，新工艺和新技术发展的需要启发：物理、化学、机械方法都可应用于水泥粉体，可改变其颗粒表面性质：表面晶体结构——机械粉磨时可造成颗粒晶格畸变，引起晶格变形；表面活性剂可降低颗粒表面的界面处的晶格内聚力，使裂纹更容易扩展（助磨剂）官能团——聚羧酸减水剂可使水泥颗粒表面“生长”出带有羧基和羟基的长链润湿性——聚羧酸减水剂可使颗粒表面因带有亲水性基团而更容易润湿电性——聚羧酸减水剂等高聚物使颗粒表面因带有相同性质的静电荷而相互排斥；助磨剂分子能时水泥颗粒表面因化学键断裂而产生的价键力被饱和，哪能防止颗粒发生团聚表面吸附——减水剂与水泥水化颗粒表面具有亲合力，吸附后形成长链；助磨剂可吸附在水泥颗粒表面及断裂面上，可避免裂纹重新闭合粉体改性的目的在使用无机填料的时候，由于无机粉体填料与有机高聚物的表面或界面性质不同，相容性较差，因而难以在基质中均匀分散。

故而必须对无机粉体填料表面进行改性，以改善其表面的物理化学特性，增强其与有机高聚物或树脂等的相容性和在有机基质中的分散性，以提高材料的机械强度及综合性能。

(启发：减水剂并不是与所有的水泥都匹配，经常出现的情况是：某种减水剂对一种或几种水泥有很好的应用效果，但对另一种或几种的水泥应用效果很差，这说明水泥的化学组成及表面性质对减水剂的应用效果有很大影响，我们可以在不改变水泥化学组成的条件下只改变其表面性质，如在任何水泥干粉中加入一些改性剂使其在加入某种减水剂后效果都很好)表面改性方法表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、微胶囊包覆、机械力化学等可称为表面改性方法。

《粉体工程》课程教学大纲课程编号：080406课程名称：粉体工程英文名称：Powder Engineering课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：64/4. 0 （讲课学时：56实验学时：8）适用专业：功能材料一、课程性质与任务粉体工程是功能材料专业学生学习和掌握材料制备过程中涉及的粉体材料的表征、制备、贮存与运输等技术知识的专业课。

本课程在教学内容方面若重基本知识、基本理论和基本制备方法的讲解；在实践能力方面着重表征手段和基本制备方法的基本训练，使学生对粉体材料的制备与表征有一定了解并具有一定的实验能力。

二、课程与其他课程的联系本课程是在学习了材料科学基础、材料物理化学、材料现代测试技术、功能材料物理性能等大量学科基础课后学习的，为将来学习特种陶瓷、功能复合材料做好基础，为从事相关粉体材料的制备做好准备。

该课程的学习需要应用之前所学习的学科基础课的基础知识，通过学习该课程能够从事相关的研究、设计工作。

三、课程教学目标1. 学习粉体材料的基础知识和基本理论知识，了解粉料技术指标的相关规定。

（支撑毕业能力要求1, 3, 4, 12）2. 学习粉体材料的粒度表征手段极其方法，掌握粉料物理、化学性能分析方法，具备针对不同粉体材料合理选择分析手段的能力。

（支撑毕业能力要求3, 4, 5, 7, 12）3. 学习固相法、液相法制备粉体的工艺技术及其基本理论，掌握化学法和物理法制备超微粉的基本工艺过程，具备开展超细粉体材料试验设计的能力；（支撑毕业能力要求1, 3, 4, 5, 7）4. 学习粉体材料的分散与输送技术，掌握粉体材料的均化技术。

（支撑毕业能力要求1, 3, 4,5, 7）5. 了解粉体的应用领域和粉体材料的危害与存储，具备环保意识和安全意识。

（支撑毕业能力要求3, 4, 5, 7）四、教学内容、基本要求与学时分配六、教学方法本课程以课堂教学为主，结合实验、课堂讨论、期末考试等教学手段和形式完成课程教学任务。