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| 超细粉体的评价及其表征研究 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-12-25 09:05:42 浏览次数： |
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（中国粉体技术网/远志）超细粉体技术是随着近代科技的进步而发展起来的一门新技术，是材料科学的重要组成部分，在理论研究与工程应用上都具有十分重要的意义。它涉及各种粉体的制备、分散、表征、表面修饰、填充、造粒过程，在化工、电子、信息、生物、建材、国防、环保、纺织、食品、医药等行业都获得了广泛的应用。超细粉体在当今各个领域的广泛应用促进了超细粉体技术的飞速发展，使其在国民经济中扮演着举足轻重的角色。
然而随着超细粉体技术的发展，建立在传统的欧氏几何线性模型理论基础上的粉体颗粒的研究模型已渐渐不适应粉体技术的研究。而分形理论自Mandelbrot 于1973 年提出后很快成为描述非线性自相似系统的有力工具，在粉体颗粒的表征上得到了应用。采用分形理论分析评价可以更加精细地反映出粉体真实的细度特点和粒度分布特征等粉体性能，便于阐明粉体特征与超细粉碎工艺的关系。
粉体的生成方式多种多样，应用领域也各不相同，因此，各种粉体的性能检测与评价指标体系也会有所不同，然而对于大多数粉体而言，其粒度，纯度，表面性能是粉体性能最主要的评价指标。
目前对于超细粉体的表征方法有很多，国内外学者在这方面也作了很多研究，主要有以下几个方面：
（1）粒度及其分布
粉体粒度是超细粉体最主要的性能评价指标。目前较普遍的粒度测定方法主要有筛析法、沉降法和激光法。筛析法方法简单，沉降法则需要先测定被测物料的真密度，激光法已成为目前较流行的粉体粒度测定方法。相应的粒度测量仪器有负压筛析仪、沉降仪和激光粒度仪等。粒度仪测得的基本结果是粒度分布，是一组数，而不是一个数。
在这些测量中，都用等效粒径这一参数描述颗粒大小，即当被测颗粒的某种特性与某一直径的同质球体最相近时，就把该球体的直径作为被测颗粒的等效粒径。
然而上述表征方法只能反映单个颗粒的粒度大小，为了全面地反映一个粉体样本的颗粒大小及其分布情况，高玮等指出运用颗粒大小的分布曲线图，并通过中位径D50 或平均粒径D 平均来表征粒度，而分布情况用均匀度来表征，其中通过采用颗粒的数均粒径与重量平均粒径之间的比值PUL 来表征是一个有效的方法。
（2）表面特性
粉体的表面特性包括粉体的比表面积，表面能，表面结构、成分与官能团，表面亲和性，表面电性与表面吸附等。这些性能的表征方法科研人员作了很多相关研究。
粉体的比表面积可采用气体吸附法或液体吸附法测得。在此基础上，宋功保等提出用内外比表面积之比能够更加详细地描述异形粉体。
郑水林指出表面能的大小可以通过计算得到，一般情况下，随着粒径的减小，表面能和比表面积增加，比表面能减小。
高玮等指出表面亲和性可以采用ATRHL 值（Adhesion tension ratio of hydrophilic liquid to lipophilic liquid）来表征。该参数与粉体的几何特性无关。ATRHL 值越大，粉体的表面亲水性越强。ATRHL 值可通过测定水与粉体的粘附张力及甲苯与粉体的粘附张力的比值得到。
（3）颗粒形状
颗粒形状与材料物性之间存在着密切的关系，它对颗粒群的许多性质产生影响，如粉体的比表面积、流动性、填充性、化学活性等。对颗粒形状以往采用定性描述（如球状、片状、纤维状、柱状、树枝状、多面体状等）现已不能满足材料科学与工程的需要。为此，Heywood 曾提出比较简便描述粉体颗粒形态特征的两个参数，即长度比（颗粒最长轴和与之垂直的短轴之比）和扁平比（颗粒平面上的长度与平面间厚度之比）。
纤维材料常用长径比，片状材料常用片厚比表示[7]。同时也有学者提出采用无量纲的形状因子来定量表征颗粒的形状。形状因子反映了颗粒形状相对于标准形状的偏离程度。形状因子的定义方式很多，目前较为常用的是Wadell 球形度Ψw。若Ψw 为1 则为球形粉体，若Ψw 偏离1 越远，则表示其与球形的差距越大。
（4）团聚性
团聚体的强度是影响粉体应用性能的主要指标。因为粉体的团聚是不可避免的，所以粒度的控制实际上就是团聚强度的控制。团聚体的强度可通过直接测量法获得，也有一些研究者希望通过模型计算的方法得到粉体团聚体的强度。用粉末压制的方法来表征氧化物粉末的团聚强度是一种广泛使用的方法。Niesz 等曾提出用相对坯密度对压制压力的对数作图，当粉末中无团聚体存在或在压制过程中无团聚体破碎时，得到直线关系；当粉末中含有团聚体并在压制过程中发生破碎时，直线斜率会在破碎点附近发生突变。Moreno-Atanasio 通过计算机仿真团聚体的碰撞粉碎，同时进行了机械学分析。
（5）晶体结构
粉体的晶体结构是指原子在晶胞中的分布方式，它与粉体的物理和化学性质密切相关。晶体结构的测定主要用单晶结构分析方法，但由于合乎单晶结构分析的晶体通常难以获得，一般的固体材料多属多晶结构，因此，粉末衍射法一直是测定物质的晶体结构的重要手段之一。
传统的粉末衍射法测定晶体结构是尝试法，这种方法对于结构比较简单的晶体是有效的，但需要较多的经验，且较费时。对于复杂的、对称性较低的化合物的结构（在不对称单胞中原子数大于10，且占据一般位置），用尝试法就变得非常困难，且难以奏效。随着计算机技术的发展和应用，以及X 射线源和中子源强度和衍射谱分辨率的提高，利用多晶衍射数据进行复杂化合物的晶体结构测定成为可能。目前所采用的主要方法有最大熵法、能量减小法、Monte Carlo 法等。
另外有一些研究者根据不同的应用要求，从其他的指标上来表征粉体的性能。卡尔(Carr)指数法是卡尔教授通过大量的实验，在综合研究了影响粉体流动性和喷流性的几个单项粉体物性值的基础上，将其每个特征值指数化并累加以指数方式表示的表征粉体综合特性的方法。由于这种方法快速、准确、适用范围广、易操作等一系列优点而被广泛应用于粉体特性的综合评判和粉体系统的设计开发中。正确评价粉体特性对粉体的传输、储存、生产，尤其对于新开发材料的研究具有重要的意义。
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