流态化床气流磨
流态化床气流磨的特点：
•可获得超细粉体，并且粉末粒度均匀； •由于气体绝热膨胀造成温度下降，所以可研磨低熔点物料； •粉末不与研磨系统部件发生过度的磨损，因此粉末杂质含量
少；
•针对不同的性质的粉末，可使用空气、N2、Ar等惰性气体。
§7.2.2 物理制粉法
雾化法 蒸发凝聚法
陶瓷粉：空气； 金属粉末：惰性气体或还原性气体。 由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研 磨粉的化学纯度一般比机械研磨法的要高。
气流研磨制粉的基本原则
1.动能准则：
提高粉末颗粒的动能 2.碰撞几率准则：
提高粉末颗粒的碰撞几率
由于粉末颗粒的运动是从流态气体中获得的，因此， 提高颗粒的动能必须要提高载流气体的速度。
在一个对应关系，即：吸收的能量越高则粒径越小。
过程二：液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间 相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液 体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表 面能降低，属于自发过程。
过程三：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。
提高雾化制粉效率基本准则
1、能量交换准则 提高单位时间、单位质量液体从系统中吸 收能量的效率，以克服表面自由能的增加。
还原化合
电化学法
§7.2.1 机械制粉法
机械研磨 气流研磨
一、 机械研磨法
机械制粉方法的实质就是利用动能来破坏材
料的内结合力，使材料分裂产生新的界面。
能够提供动能的方法可以设计出许多种，例如有锤捣、 研磨、辊轧等，其中除研磨外，其他几种粉碎方法主要是 用于物料破碎及粗粉制备的。
1、球磨制粉
绪
论
行
化 食 颜 能 电 建
业
工 品 料 源 子 材
用
途
涂料、油漆、催化剂、原料处理 粮食加工、调味料、保健食品、食品添加剂 偶氮颜料、氧化铁系列颜料、氧化铬系列 煤粉燃烧、固体火箭推进剂、水煤浆 电子浆料、集成电路基片、电子涂料、荧光粉 水泥、建筑陶瓷生产、复合材料、木粉 梯度材料、金属与陶瓷复合材料、颗粒表面改性 脱硫用超细碳酸钙、固体废弃物的再生利用、粉状污水处理剂 粒度砂、微粉磨料、超硬材料、固体润滑剂、铸造型砂
1.化学反应
对一个确定的化学反应，判断其能否进行的热力学判据为：
分解反应
P G G RT ln 0 P
o
化合反应Biblioteka P G G RT ln 0 P
o
n N a A n N b B
由上式可知，化学气相沉积反应的控制因素包括：
1）反应温度、2）气相反应物浓度、3）气相生成物浓度
雾化过程的四种情况
动能交换：雾化介质的动能转变为金属液滴的表面能；
热量交换：雾化介质带走大量的液固相变潜热；
流变特性变化：液态金属的粘度及表面张力随温度的降
低而不断发生变化；
化学反应：高比表面积颗粒（液滴或粉粒）的化学活性 很强，会发生一定程度的化学反应。
离心雾化法
离心雾化法是借助离心力的作用将液态 金属破碎为小液滴，然后凝固为固态粉 末颗粒的方法。 1974 年，首先由美国提
4.团 聚
颗粒之间由于存在着较弱的吸附力 作用，主要包括范德华力、静电引力等， 颗粒之间会发生聚集，颗粒越小，则聚 集效果越明显，这一现象被称为团聚。
三、化学气相沉积类型
热分解法
CH 4 气 C 固 2H 2 气
热分解法中最为典型的就是羰基物热分解，它是一 种由金属羰基化合物加热分解制取粉末的方法，整 个过程的关键环节就是制备金属羰基化合物 M e COn
TiCl4 气 C3 H8 气 2H 2 3TiC固 6HCl气
绪
论
粉体工程所涉及的行业
行 业
农 矿 冶 橡 塑 造 印 药 业 业 金 胶 料 纸 刷 物
用
途
粮食加工、化肥、粉剂农药、饲料、人工降雨催凝剂 金属矿石的粉碎研磨、非金属矿深加工、低品位矿物利用 粉末冶金、冶金原料处理、冶金废渣利用、硬质合金生产 固体填料、补强材料、废旧橡胶制品的再生利用 塑料原料制备、增强填料、粉末塑料制品、塑料喷涂 造纸填料、涂布造纸用超细浆料、纤维状增强填料 油墨生产、铜金粉、喷墨打印墨汁、激光打印和复印碳粉 粉剂、注射剂、中药精细化、定向药物载体、喷雾施药
2、雾化制粉是一种快速凝固技术，能够增加金属元素的
固溶度。
3. 极大地降低了成分偏析，粉末成分均匀，某些有害相，
如高温合金中的相，可能因激冷而受到抑制，甚至消除。
4. 冷速提高，枝晶间距减小，晶粒细化，材料的晶体结构 向非稳态转变，可获得细晶、微晶、准晶直至非晶粉末。
二、物理蒸发冷凝法
物理蒸发冷凝制粉是一种制备超微金属粉末的重要方法，采
第七章 粉体材料的制备、成形与固结
绪论 • 粉末的表征与测量 • 粉末制取 • 粉末成形 • 粉末固结
绪论
绪
论
颗粒
粉体
绪
论
一次颗粒（单个颗粒）：指内部没有空 隙的致密材料。 一次颗粒的粉化过程是内部原子的 断键过程，要求高能量输入。 二次颗粒（颗粒聚集体）：是单个颗粒 以弱结合力构成，包含一次颗粒与孔隙。 二次颗粒的粉化过程是界面的弱结合 力断开，由界面能转变为表面能，能量输 入相对较弱。
研磨时不存在象滚筒球磨那样有临界转速的
限制，因此，磨球的动能大大增加。
可以采用提高搅动转速、减小磨球直径的办
法来提高磨球的总撞击几率而不减小研磨球
的总动能，符合了提高机械球磨效率的两个 基本准则。
二、气流研磨法
通过气体传输粉料的一种研磨方法。
与机械研磨法不同，气流研磨不需要磨球及 其它辅助研磨介质。研磨腔内是粉末与气体的 两相混合物。
两种办法来实现
提高气体的入口压力
气体喷嘴的气体动力学设计
通过这两种办法使喷嘴出口端的气体流速达超音速
气流研磨三种类型：
旋涡研磨
冷流冲击 流态化床气流磨
旋涡研磨
粉末颗粒大多具有表面凹型特征，故称为蝶状粉末
冷流冲击
加速效应→加速后的气体可超过音速，颗粒撞击动能增大 冷却效应→气粉混合物的温度能降到零度以下，金属颗粒冷脆性提高 气压越大，粉末越细。
物理气相沉积法 化学气相沉积法
化学气相沉积法
一、化学气相沉积的反应类型
分解反应
aA(气) mM(固) nN(气)
化合反应 aA(气) bB(气) mM(固) nN(气)
二、化学气相沉积制粉原理
制粉过程包括四个步骤：
1. 化学反应
2. 均相形核
3. 晶粒生长
4. 团 聚
用不同的能量输入方式，使金属气化，然后再在冷凝壁上沉积从 而获得金属粉末。由于粉末的粒度很小，比表面积很大，因而化 学活性很强。为防止金属粉末氧化，在冷凝室内一般都要通入惰 性气体。这样在金属蒸气脱离熔体的很短时间内，会被周围气体
迅速冷却，金属原子很快聚集成超微颗粒。同其他金属粉末制备
方法相比，物理蒸发冷凝法生产效率是较低的，但这种方法可获 得最小粒径达2 nm的纳米颗粒。
一、 雾化制粉法
雾化法是一种典型的物理制粉方法，
是通过高压雾化介质，如气体或水强烈
冲击液流，或通过离心力使之破碎、冷 却凝固来实现的。
雾化机理
雾化
聚并
凝固
过程一：大的液珠当受到外力冲击的瞬间，破碎成
数个小液滴，假设在破碎瞬间液体温度不变，则液
体的能量变化可近似为液体的表面能增加。
显然，雾化时液体吸收的能量与雾化液滴的粒径存
2、快速凝固准则
提高雾化液滴的冷却速度，防止液体微粒 的再次聚集。
雾化制粉分类
双流雾化 单流雾化
指被雾化的液体流和喷射的介质流；
直接通过离心力、压力差或机械冲击力实现雾化
双流雾化法
气雾化 水雾化
注：适合于金属粉末制备
金属液由上方孔流出时与沿一定角度高速射击的气体或 水相遇，然后被击碎成小液滴，随着液滴与气体或水流的混 合流动，液滴的热量被雾化介质迅速带走，使液滴在很短的 时间内凝固成为粉末颗粒。
颗粒大小和形状表征
粉体材料的组成单元——颗粒。
颗粒的大小和形状是粉体材料最重要的物
性特性表征量。
颗粒的大小
粒径
颗粒大小和形状表征 颗粒大小
直径D
直径D、高度H
？
第二节 粉末的制备
机械制粉
物理制粉 化学制粉
粉末的制备
机械制粉
物理制粉
化学制粉
机械研磨
气流研磨
液体雾化
蒸发凝聚
气相沉积
不论何种性质的研磨物料，提高球磨效率的基 本原则是一致的。
球磨制粉的基本原则
1.动能准则：
提高磨球的动能 2.碰撞几率准则：
提高磨球的有效碰撞几率
球磨制粉的基本方式
滚筒式
振动式
搅动式
滚筒式球磨
转速较低时，球料混合体与筒壁做相对滑动运动并 保持一定的斜度。随转速的增加，球料混合体斜度增 加，抬升高度加大，这时磨球并不脱离筒壁； 转速达一临界值 V 临 1 时，磨球开始抛落下来，形成 了球与筒及球与球间的碰撞； 转速增加到临界转速 V 临 2 时，磨球的离心力大于其 重力，这时磨球、粉料与磨筒处于相对静止状态，此 时研磨作用停止。
2.均匀形核
气相反应发生后的瞬间，在反应 区内形成了产物蒸气，当反应进行 到一定程度时，产物蒸气浓度达到 过饱和状态，这时产物晶核就会形 成。由于体系中无晶种或晶核生成 基底，因此反应产物晶核的形成是 个均匀形核过程。
3.晶粒生长
均相晶核形成之后，稳定存在 的晶核便开始晶粒生长过程。小晶 粒通过对气相产物分子的吸附或重 构，使自身不断长大。理论和实践 都表明：晶粒生长过程主要受产物 分子从反应体系中向晶粒表面的扩 散迁移速率所控制。