陶瓷粉體基礎(chǔ)--表征

1、陶瓷粉體基礎(chǔ)(一)劉杏芹中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，材料科學(xué)與工程系nTel: 3607627nEmail: 參考書：1. Jame S.Reed, Principles of Ceramics Processing (1995年第二版)2 .Burtrand I.Lee, Edward J.A. Pope, Chemical processing of ceramics. (1994)3. “Soft Chemistry Routes to New Materials”, Proc. at the Int. Symp. held in Nantes, France 19934. 徐如人主編， “無機(jī)合

2、成與制備化學(xué)”，高教出版社， 19915. J. Jeffrey Brinker and G.W. Scherer, Sol -gel Science, The physics and Chemistry of Sol-gel processing, Academic Press, Inc. , N.Y. 19906. 張立德等編著“超微粉體制備與應(yīng)用技術(shù)”，中國石化出版社 20017.南仁植 編著“粉末涂料與涂裝技術(shù)”，化學(xué)工業(yè)出版社，20008.黃培云 主編“粉末冶金原理”， 第2版，冶金工業(yè)出版社， 1997 9. J. Funk and D. R. Dinger, Predictive

3、 Process Control of Crowded Particulate Suspensions, Kluwer Academic Publishers, 19931.1概述：粉體性能的近代范疇與發(fā)展粉體性能的近代范疇與發(fā)展 粉體是顆粒與顆粒間的空隙所構(gòu)成的分散體系,是固體粒子的集合體。 粉體的研究和表征應(yīng)包括單顆粒、粉體和空隙的性質(zhì)單顆粒的性質(zhì)（1）由材料本身決定的性質(zhì)由材料本身決定的性質(zhì)：晶體結(jié)構(gòu)，固體密度，：晶體結(jié)構(gòu)，固體密度，熔點(diǎn)，彈性，硬度，電磁性質(zhì)，光學(xué)性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)熔點(diǎn)，彈性，硬度，電磁性質(zhì)，光學(xué)性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)（2）由粉體制備方法所決定的性質(zhì)由粉體制備方法所決定的性質(zhì)：粒度

4、，顆粒形狀，：粒度，顆粒形狀，有效密度，表面狀態(tài)，晶體結(jié)構(gòu)與缺欠，顆粒內(nèi)氣孔，有效密度，表面狀態(tài)，晶體結(jié)構(gòu)與缺欠，顆粒內(nèi)氣孔，表面氣體吸附，反應(yīng)活性表面氣體吸附，反應(yīng)活性 (3)與具有均一性能的氣體或液體相比較，沒有任何兩個(gè)粉體粒子是完全一樣。 第一講： 微細(xì)無機(jī)粉體的表征粉體構(gòu)成 1) 一次粒子: 普通電鏡下放大倍數(shù)再增加，也只能看到具有明顯輪廓的單個(gè)粒子。 一次粒子可能是：?jiǎn)尉? 如 -Al2O3 ; 多晶,a-FeOOH(取向一致)或 CaCO3(取向不一致) 2）二次或高次粒子： 多個(gè)一次粒子（堅(jiān)固或松散）聚集粉體的性質(zhì)：除單顆粒性質(zhì)外，除單顆粒性質(zhì)外， 還包括：平均粒度，還包括：平均

5、粒度，粒度分布，比表面，松裝密度，粒度分布，比表面，松裝密度， 搖實(shí)密度，流動(dòng)搖實(shí)密度，流動(dòng)性，顆粒間的摩擦狀態(tài)等性，顆粒間的摩擦狀態(tài)等粉體空隙的性質(zhì)：總孔隙體積總孔隙體積P，顆粒間的空隙體顆粒間的空隙體系系P1， 顆粒內(nèi)空隙體積（顆粒內(nèi)空隙體積（P2 = P P1），）， 空隙形空隙形狀、空隙大小及其分布狀、空隙大小及其分布 1.2粉體的物相組成與化學(xué)組成物相組成：以XRD檢測(cè) 高純粉體為單一物相 - 存在相變時(shí)，可能同時(shí)有兩相 - 復(fù)合物粉體為多相 - 雜質(zhì)物相和孔隙 化學(xué)組成：各種化學(xué)成分分析技術(shù)（1）構(gòu)成粉體的各物相一次晶粒的化學(xué)組成（2）粉體合成和制備過程的機(jī)械雜質(zhì)（3）粉體表面吸附

6、的氧、水分和其他氣體 1.3粒子形狀與形貌觀測(cè)粒子形狀與形貌觀測(cè)（1） 顆粒形貌顆粒形貌各種顯微鏡各種顯微鏡 （光學(xué)顯微鏡（光學(xué)顯微鏡、SEM，TEM，AFM）觀測(cè)觀測(cè) 決定于粉體制備過程：方法和條件，決定于粉體制備過程：方法和條件， 同時(shí)也決定于物質(zhì)的分子或原子排布同時(shí)也決定于物質(zhì)的分子或原子排布 規(guī)則形狀與不規(guī)則形狀規(guī)則形狀與不規(guī)則形狀：如球形、 球形、多角形、片狀、棒狀、針狀、樹枝狀、多孔海綿狀， 形狀形狀直接影響粉體的流力性，裝密度，氣體透過直接影響粉體的流力性，裝密度，氣體透過性，壓制性，燒結(jié)性。性，壓制性，燒結(jié)性。 顆粒的顯微圖像(a)碳化硅微粉顯微圖像(b)理想的圓形顆粒陶瓷粉體

7、制備工藝影響粉體粒子形貌陶瓷粉體制備工藝影響粉體粒子形貌特定工藝特定形貌和粒徑有機(jī)物輔助固相反應(yīng)共沉淀法均勻沉淀法甘氨酸硝酸鹽法（2）形狀因子）形狀因子當(dāng)顆粒不規(guī)則時(shí)以形狀因子表征當(dāng)顆粒不規(guī)則時(shí)以形狀因子表征延伸度: 定義為n=l/b， 其中l(wèi)為最長(zhǎng)尺寸長(zhǎng)度，b為顆粒最大 的寬度。 扁平度: 片狀粉體m=b/t, b為寬度，t為厚度。 齊格（Zigg）指數(shù): 延伸度/扁平度=(l/b)/(b/t)=lt/b2 其值偏離1愈大，則表示顆粒形狀對(duì)稱性愈小。 球形度: 與顆粒相同體積的球體表面積對(duì)實(shí)際表面積之比，既表征了顆粒的對(duì)稱性，也與表面粗糙度有關(guān)。 圓形度: 與顆粒具有相等投影的圓的周長(zhǎng)對(duì)顆粒

8、投影像的實(shí)際周長(zhǎng)之比稱為圓形度。 粗糙度:（皺度系數(shù)） 球形度的倒數(shù)稱粗糙度 通過測(cè)量顆粒的比表面確定以上形狀因子多為使用顯微鏡方法觀測(cè)時(shí)提出的，在測(cè)定顆粒粒徑時(shí)（如用吸附法，沉淀法，透過法）常用名義直徑或當(dāng)量直徑。形狀因子用于表示實(shí)際粉體顆粒偏離球形的程度。直徑為d的均勻球體，其表面積和體積分別為：S=d2，V=d d3/6 6其中和/6分別為表面形狀因子表面形狀因子和體積形狀因體積形狀因子。Boddow-Ehilich-Meloy把顆粒形狀定義為“顆粒表面上全部點(diǎn)的圖象”。則用（R,）=A0+Ancos(n-n) A0 顆粒的名義直徑; An 富里哀系數(shù); n 相角; n 級(jí)數(shù)的項(xiàng)數(shù);n級(jí)

9、數(shù)越多，也就是點(diǎn)取得越多，描述越準(zhǔn)確。級(jí)數(shù)越多，也就是點(diǎn)取得越多，描述越準(zhǔn)確。 (3)顆粒密度顆粒密度 粉體材料的理論密度通常不能代表顆粒的實(shí)際密度，粉體材料的理論密度通常不能代表顆粒的實(shí)際密度， 因?yàn)榉垠w顆粒幾乎總是有孔的，包括開孔或半開孔、閉孔。因?yàn)榉垠w顆粒幾乎總是有孔的，包括開孔或半開孔、閉孔。真密度真密度粉體的固體密度粉體的固體密度有效密度有效密度顆粒密度用包括閉孔在內(nèi)的顆粒體積去除得到顆粒密度用包括閉孔在內(nèi)的顆粒體積去除得到的值。用比重瓶測(cè)定的密度十分接近這種密度，故又稱比重的值。用比重瓶測(cè)定的密度十分接近這種密度，故又稱比重瓶密度瓶密度 （GB5161-85） = (F2-F1)

10、液液/V 液液(F3-F2) F1 比重瓶質(zhì)量比重瓶質(zhì)量 F2 瓶瓶+粉體重粉體重 F3 充滿液體后總重量充滿液體后總重量 液液 液體密度液體密度 V 比重瓶規(guī)定體積比重瓶規(guī)定體積 （4）顯微硬度）顯微硬度以顯微硬度計(jì)測(cè)量金剛石角錐壓頭 的壓痕對(duì)角線長(zhǎng)，經(jīng)計(jì)算得到顯微硬度。顯微硬度。 粉末試樣與有機(jī)樹脂粉混勻，在100200MPa 下制成壓坯，加熱至1400C固化樣品研磨拋光后， 在2030g 負(fù)荷下測(cè)定顯微硬度。 顯微硬度值決定于晶格強(qiáng)度和缺陷、雜質(zhì)， 因而與制備方法與過程密切相關(guān)，也代表了粉體 塑性。 4 粉體的工藝性能粉體的工藝性能(1)松裝密度與振實(shí)密度松裝密度與振實(shí)密度 由粉體壓制成

11、型操作中，常采用容量裝粉法。要保證壓坯的密度和質(zhì)量恒定重現(xiàn)性，則要求每次裝填的粉末應(yīng)有不變的質(zhì)量。因而用松裝密度或振實(shí)密度來描述這種“容積性質(zhì)”。松裝密度規(guī)定條件下自然充填容器時(shí)單位體積內(nèi)的粉末密度（GB1478-84，GB5060-85）。振實(shí)密度在規(guī)定條件下，經(jīng)過振動(dòng)后測(cè)量粉末密度（GB5162-85）。 松裝密度取決于顆粒間的黏附力,相對(duì)滑動(dòng)的阻力和粉體空隙被填充的程度。 （2）空隙度：）空隙度：空隙體積與粉末樣的表觀體積之比。 P=1-/理 /理為相對(duì)密度 ； = 理/ 為相對(duì)體積； P=1-1/；一般的說，球形粉體的松裝密度最高，空隙度最低，50%，片狀粉體P可達(dá)90%, SiO2

12、氣凝膠空隙度可達(dá)95%粒度組成的影響：粒度范圍窄的粉體，松裝密度低。當(dāng)不同的粒徑粉體按一定比例混合時(shí)會(huì)得到較大的松裝密度，原因是小粒子填充了大粒子的堆積空隙。（3）流動(dòng)性）流動(dòng)性 干壓成型時(shí)，50g粉末從標(biāo)準(zhǔn)流速漏斗中流出所需的時(shí)間，（標(biāo)準(zhǔn)漏斗，是用150目金剛砂粉末，在40秒內(nèi)測(cè)定50g來標(biāo)定和校準(zhǔn)的）.另外，還可采用粉末的自然堆積角（又稱安息角）實(shí)驗(yàn)測(cè)定流動(dòng)性.安息角：讓粉末自然下流并堆積在直徑1英寸的圓板上，以粉末的高度衡量流動(dòng)性，粉末的底角為安息角.（4）壓縮性和成型性）壓縮性和成型性 壓縮性與燒結(jié)性是最為重要的性能。壓縮性與燒結(jié)性是最為重要的性能。 4 粒度和粒度分布及其測(cè)定粒度和粒

13、度分布及其測(cè)定（1）粒度和粒度分布）粒度和粒度分布粒子尺寸大小：粒子尺寸大?。毫Ｗ哟笮±碚撋险f應(yīng)該是一次粒子，但因小粒子極易團(tuán)聚（疏松時(shí)，測(cè)試處理過程中可能恢復(fù)為一次粒子； 但“堅(jiān)固”或分散不理想時(shí)，往往是兩次或高次粒子即作用象一個(gè)較大顆粒）因此，所謂粒子大小實(shí)際是指粒子“顆 ?！贝笮　) 如何定義粒子“顆?！贝笮。?粒子形狀千萬種、不規(guī)則，其大小的測(cè)量是基于某 方面的特性，即用特征尺寸：比如“圓形化”了的球 的直徑或“立方化”了的立方體的邊長(zhǎng)，稱之為“等效” 直徑。與測(cè)量方法緊密相關(guān)。顆粒直徑（顆粒直徑（等效直徑直徑）：粒徑或粒度以mm、m、 nm表示。粒徑分布粒徑分布：組成粉體的不同粒徑

14、的顆粒占全部粉體 的百分含量稱為粒度分布或粉體組成。粒徑基準(zhǔn)：用直徑表示的顆粒大小稱粒徑（取決于測(cè)定方法） 幾何學(xué)粒徑幾何學(xué)粒徑dg 1) 按投影幾何學(xué)原理測(cè)得的粒徑投影稱投影徑，還 與粉體顆粒的幾何形狀有關(guān)；具有相同投影面積 的圓的直徑 （采用透射電鏡測(cè)量時(shí)的粒徑） 2）掃描電鏡測(cè)量時(shí)多用： Feret （費(fèi)萊特）粒徑：粒子最大弦的長(zhǎng)度 Martin（馬?。┝剑浩椒至Ｗ用娣e的弦的長(zhǎng)度 當(dāng)量粒徑當(dāng)量粒徑de，用沉降法，離心法或水力學(xué)方法（風(fēng)篩法，水簸法）測(cè)定的粒度。其中斯托克斯徑，相當(dāng)于被測(cè)粒子具有相同沉淀速度且服從斯托克斯定律的同質(zhì)球形粒子的直徑； 比表面粒徑比表面粒徑dsp, 利用吸附法

15、，透過法和潤濕熱法測(cè)定粉末的比表面，再換算為相同比表面的均勻球形顆粒的直徑。 衍射粒徑衍射粒徑dsc 利用光或電磁波（如x光等）的衍射現(xiàn)象測(cè)得的粒徑稱為衍射粒徑。 例如用X射線衍射峰變寬現(xiàn)象的Sherer公式計(jì)算 d = lkhl = k/ cos k:衍射因子k=0.9: x射線波長(zhǎng)（=0.05418nm）:為半峰寬 :為衍射角 等效體積球直徑， 等效面積球直徑， 假定原粒子是立方體，邊長(zhǎng)為a，體積為a3， 相同體積球?yàn)椋?/3 (1/2Xv)3= a3所以， 等效體積球直徑 Xv=(6/)1/3 a， 等效面積球直徑 Xs= (6/ )1/2 a 顯然， Xv Xs （2）粒度分布基準(zhǔn)）粒

16、度分布基準(zhǔn) 粒度分布是指不同粒徑的顆粒在粉體總量中所占的百分?jǐn)?shù)，可用某種統(tǒng)計(jì)分布曲線或分布函數(shù)描述，可以選擇四種不同的基準(zhǔn)1） 顆粒個(gè)數(shù)基準(zhǔn)分布（頻度分布）2） 長(zhǎng)度基準(zhǔn)分布3） 面積基準(zhǔn)分布4） 質(zhì)量基準(zhǔn)分布（質(zhì)量分布） 四種基準(zhǔn)之間存在一定的換算關(guān)系，但實(shí)際應(yīng)用中頻度分布和質(zhì)量分布最為方便。 （3）粒度分布函數(shù)）粒度分布函數(shù)粒度分布曲線若用數(shù)學(xué)式表達(dá)，成為分布函數(shù)。Hatch-Choate由正態(tài)幾率分布函數(shù)導(dǎo)出的粒徑的顆粒粒度幾率公式 f(d)= n/aexp1-1/2(d-da/a) da算術(shù)平均粒徑 a標(biāo)準(zhǔn)偏差 （4）列表法與圖示法表示粉體粒徑的分布 Rosin-Rammler 分布曲

17、線示例A）表格表示 例如,球磨LiAlSi4O10的粒子尺寸分布:篩尺寸(m) 篩上質(zhì)量(g)篩上質(zhì)量(%)CMPF(%) CMPL(%)10000.00.01000.05000.180.999.10.93350.502.596.63.42501.457.389.310.71803.0015.074.325.71253.9619.854.545.5903.2616.338.261.8633.1815.922.377.7441.249.712.687.402.5212.60.0100.0 B)用圖表示: 假定粒子密度不隨粒子尺寸變化,根據(jù)數(shù)量,質(zhì)量,或?qū)σ粋€(gè)特定尺寸間隔的體積份數(shù)來劃分 ,即可得

18、粒子頻率分布曲線. 粒子尺寸積累分布可通過加合最大和最小粒子之間,比特定尺寸大的(CNPL,CMPL)或比特定尺寸小的(CNPF,CMPF)粒子份數(shù)而得到.Cumulative Number Percent Larger(Finer)Cumulative Mass Percent Larger(Finer)中位徑和邊界粒徑的物理含義（5）平均粒徑）平均粒徑 許多情況下，只需要知道粉體的平均粒徑就行了。一般是按一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律計(jì)算的統(tǒng)計(jì)平均粒徑，可按上述四種基準(zhǔn)中的任一種統(tǒng)計(jì)。（6 6）中位徑中位徑 ：粒徑小于它和大于它的粒子數(shù)目粒徑小于它和大于它的粒子數(shù)目(質(zhì)質(zhì) 量）相等的顆粒粒徑，可以看成是平均

19、粒徑的量）相等的顆粒粒徑，可以看成是平均粒徑的 另一種表示形式。另一種表示形式。（7）邊界粒徑）邊界粒徑：邊界粒徑用來表示樣品粒度分布的：邊界粒徑用來表示樣品粒度分布的 范圍范圍, 用用y(16, 50,84) 表示，表示， 意指粒徑小于意指粒徑小于 的顆粒重量為的顆粒重量為 Y% （8）粒度分布的離散度粒度分布的離散度 離散度離散度 = 分布寬度分布寬度/ 平均粒度平均粒度 5粒度測(cè)定方法粒度測(cè)定方法 表表1 粒度測(cè)定方法一覽表粒度測(cè)定方法一覽表 粒徑基準(zhǔn) 方法名稱 測(cè)量范圍（m） 粒度分布基準(zhǔn) 幾何學(xué)粒徑 篩分析光學(xué)顯微鏡電子顯微鏡電阻（庫爾特計(jì)數(shù)器） 粉體粒徑 120目 篩分檢測(cè)方法適用

20、范圍: 500038 m 特點(diǎn): 簡(jiǎn)單, 結(jié)果比較粗糙顆粒通過篩孔跟其落向篩面的取向的關(guān)系B)電鏡：掃描電鏡 (SEM) 適用范圍: 0.0120 m 特點(diǎn): 直觀,可看到粒子形貌,一次粒子; 注意要有一定視野 補(bǔ)照片 透射電鏡（TEM) 適用范圍: 0.01 m 特點(diǎn): 一次粒子; 注意不要重疊 250nm(C)沉降法: (液體沉降和氣體沉降法) 重力沉降法: 原理：粒子在較低密度的粘性液體中時(shí),會(huì)瞬間加速, 然后以固定極限速度V下落, 當(dāng)粒子雷諾數(shù)Re2時(shí)（ Re= a VDL /L），形成層流。 顆粒下降時(shí)受力: 重力, 浮力, 阻力下降阻力， Fup=3rLv , ，重力- 浮力, F

21、down= 4r3 ( l)g /6式中 d: 粒子直徑; :粒子密度; L:流體密度; g: 重力加速度 ; L : 流體黏度; H: 粒子沉降高度 4r3 ( l)g /6 = 3rLv v = 2r2 ( l)g /9L = d2 ( l)g /18L 粒子沉降一個(gè)高度粒子沉降一個(gè)高度H所用的時(shí)間為所用的時(shí)間為t，則則：t = 18 L H / d2 ( l) g = H/ v d =18 L / ( l) g1/2（H/t）1/2特點(diǎn)：重力沉降法適合測(cè)量不大（1 m ）的 粒子。 例如，Al2O3 ，10m粒子下降1cm大約一分鐘； 1 m粒子下降1cm則需要2小時(shí)離心沉降法： 知道沉

22、降所需時(shí)間t，就可從下面公式求出粒徑d： t = 18 L Ln(Rt/ R0)/ d2 ( l) 2 ：角速度； R0和Rt分別為粒子離心前后的徑向位置； 特點(diǎn)：與重力沉降法相比，離心沉降時(shí)間減小。 可測(cè)小粒徑粒子，粒子尺寸下限一般為0.1 m兩種沉降法都只能測(cè)相同密度的粒子；重復(fù)性好。沉降天平法：連續(xù)稱量降落到稱盤上粉體的量，可以計(jì)算出不同粒徑的不同重量分布n光度沉降裝置n1光源n2聚光系統(tǒng)n3沉降管n4透鏡n5光電管n6光電指示計(jì)（C）激光散射法（用激光粒度測(cè)定儀）原理：依據(jù)米氏（Mie)光散射理論 光散射現(xiàn)象： 光行進(jìn)中遇到顆粒（障礙物）時(shí)， 將有部分偏離原來的傳播方向：散射偏離的角度

23、（散射角）與顆粒大小有關(guān)，粒子大散射角小，粒子小散射角反而大。 激光粒度儀原理結(jié)構(gòu)(圖)從激光器發(fā)出的激光束經(jīng)顯微鏡聚焦，針孔濾波和準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后,變成直徑約10 mm的平行光束。該光束照射到待測(cè)的顆粒上，一部分光被散射，散射光經(jīng)付里葉透鏡后，照射到光電探測(cè)器陣列上，由于光電探測(cè)器處在付里葉透鏡的焦平面上，因此探測(cè)器上的任一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)于某一確定的散射角，換句話說，即對(duì)應(yīng)于某一尺寸大小的粒子。探測(cè)器將投射到其上面的散射光能線性的轉(zhuǎn)換成電壓，然后送給數(shù)據(jù)采集卡，卡將信號(hào)放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，即可列表或畫圖得到粉體的粒徑的頻率分布和積累分布。 注意：探測(cè)器能接收的最大散射角小于14時(shí)，儀器只

24、能測(cè)量1 m 以上的顆粒。通常光正入射（如上圖）的情況下，由于散射光在測(cè)量窗口玻璃表面的掠射和全反射的影響，能被接收的前向散射光（空氣中）的最大散射角約為65 ，對(duì)應(yīng)于0.2 m 的測(cè)量下限。實(shí)際上，付里葉鏡頭要接收如此大的散射角是非常困難的。 儀器制造商發(fā)展各種光學(xué)結(jié)構(gòu)來擴(kuò)展測(cè)量下限，如：球面接收技術(shù)等。(D) X射線衍射法: 用半峰寬以公式： d=0.89 /Bcos() 求算平均粒徑d 特點(diǎn): 相對(duì)估計(jì)，不精確 水力分級(jí)器原理n1原液n2溢液（細(xì)粉）n3沉降區(qū)n4水n5分級(jí)區(qū)n6沉流（粗粉）6 粉體的淘洗法分粉體的淘洗法分級(jí)級(jí)水力旋流器工作原理n1、7細(xì)粉n2、4粗粉n3閥門n5出口n6

25、進(jìn)口旋流器串聯(lián)方式nb溢流串聯(lián)na沉流串聯(lián)7粉體的比表面及其測(cè)定粉體的比表面及其測(cè)定 比表面屬于粉體的一種比表面屬于粉體的一種綜合綜合性質(zhì)，是由性質(zhì)，是由單顆粒性質(zhì)和單顆粒性質(zhì)和粉體性質(zhì)粉體性質(zhì)共同決定的。共同決定的。 粉體的比表面是粉末的平均粒度、顆粒形狀和顆粒密粉體的比表面是粉末的平均粒度、顆粒形狀和顆粒密度的函數(shù)度的函數(shù),能給人以直觀、明確的概念能給人以直觀、明確的概念 比表面與粉體的許多物理、化學(xué)性質(zhì)，比表面與粉體的許多物理、化學(xué)性質(zhì)， 如吸附、溶解速度、燒結(jié)活性等直接相關(guān)如吸附、溶解速度、燒結(jié)活性等直接相關(guān)質(zhì)量比表面積質(zhì)量比表面積Sw：1g質(zhì)量的粉體所具有的總表面積，質(zhì)量的粉體所具有

26、的總表面積， 用用m2/g 或或 cm2/g表示表示體積比表面積體積比表面積Sv：即顆?？偙砻娣e即顆?？偙砻娣e/顆?？傮w積，顆?？傮w積， 單位是單位是m2/cm3 比表面是代表粉體粒度的一個(gè)單質(zhì)參數(shù)，同平均粒度一樣，所以用比表面法測(cè)定粉末的平均粒度稱為單值法，以與分布法相區(qū)別。1969年國際會(huì)議推薦的比表面積測(cè)定方法共有：氣體氣體容量吸附法、氣體質(zhì)量吸附法、氣體或液體透過法、容量吸附法、氣體質(zhì)量吸附法、氣體或液體透過法、液體或液相吸附法、潤濕熱法及尺寸效應(yīng)法等。通液體或液相吸附法、潤濕熱法及尺寸效應(yīng)法等。通常采用的是吸附法和透過法常采用的是吸附法和透過法。尺寸效應(yīng)法是根據(jù)粉體粒度組成和形狀因子

27、計(jì)算比表面的一種方法。假如將粉體按粒徑間隔x和平均粒徑x1、x2分成若干級(jí)別， 各粒級(jí)顆粒數(shù)為N1，N2。，則總表面積為fx2dN, 總質(zhì)量為eKx3dN此處，f為表面形狀因子；K是體積形狀因子；e為顆粒有效密度，則計(jì)算的比表面積Scalc等于： Scalcu = (f/eK) x2dN / x3dN即即 Scalcu = (f/eK) 104 / dvs （211）式中式中 dvs 為體面積平均徑為體面積平均徑 (m)按式211由均勻球形顆粒比表面積計(jì)算的統(tǒng)計(jì)粒徑即為體表面平均徑。 如果采用透過法或氮?dú)馕椒y(cè)定比表面積，再按式211計(jì)算平均粒徑dvs ，則由于透過法和氮?dú)馕椒y(cè)得的更接近

28、全比表面（即包括內(nèi)比表面），所以，兩者均比Scalcu 大。或者說，透過法平均粒徑和吸附法平均粒徑比計(jì)算平均粒徑都要小，特別是吸附法平均粒徑更小。由吸附法或透過法比表面積計(jì)算的平均粒徑并不反映由吸附法或透過法比表面積計(jì)算的平均粒徑并不反映顆粒的實(shí)際大小，因?yàn)?，?jì)算中將顆粒假定為均勻顆粒的實(shí)際大小，因?yàn)?，?jì)算中將顆粒假定為均勻球形，有相同的平均直徑。由球形，有相同的平均直徑。由211式和式和f / K=6可可以直接得到下面兩個(gè)計(jì)算式：以直接得到下面兩個(gè)計(jì)算式：透過比表面平均徑透過比表面平均徑 d透透 （6/e）104 / S透透吸附比表面平均徑吸附比表面平均徑 d吸吸 （6/e）104 / S吸

29、吸 1氣體吸附法: 利用氣體在固體表面的物理吸附測(cè)定物質(zhì)比表面積測(cè)量吸附在固體表面上氣體單分子層的質(zhì)量或體積，再由氣體分子橫截面積計(jì)算1g物質(zhì)的總表面積，即得質(zhì)量比表面積。 由Lamgmuir吸附等溫式計(jì)算Lamgmuir吸附等溫式 V = Vmbp / (1+bp) 可以寫成如下形式： p / V = 1 / Vp / V = 1 / Vm mb + p / Vb + p / Vm m （212）式中，V當(dāng)壓力為p時(shí)被吸附氣體的容積； Vm全部表面被單分子層覆蓋時(shí)的氣體容積，稱飽和吸附量； b常數(shù)由BET公式計(jì)算一般情況下，氣體不是單分子層吸附，而是多分子層吸附。不能采用Lamgmuir吸附

30、等溫式，應(yīng)該用多分子層吸附BET公式： 或改寫為BET二常數(shù)式：0011ppCppCpVVm00) 1(1ppCVCCVppVpmm式中 p吸附平衡時(shí)的氣體壓力； p0吸附氣體的飽和蒸汽壓； V被吸附氣體的體積； Vm固體表面被單分子層氣體覆蓋所需氣體的體積； C常數(shù)考慮到低溫吸附是在氣體液化溫度下進(jìn)行的，被吸附的氣體分子類似于液體分子，以球形最密集方式排列，因此，以一個(gè)氣體分子的橫截面積Am去乘Vm NA / 22400W則得：粉體的質(zhì)量比表面積S為：S = AmVm NA / 22400W （214）由直線的斜率和截距還可以求得時(shí)213中的常數(shù)C, C = (斜率 / 截距) +1其物理意

31、義為： C = exp (E1 EL / RT)式中 E1 為第一層分子的摩爾吸附熱； EL 為第一層分子的吸附熱，等于氣體的液化熱氣體吸附法測(cè)定比表面積的測(cè)試方法氣體吸附法測(cè)定比表面積的靈敏度和精確度最高，它分為靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩大類。靜態(tài)法又包括容量法、質(zhì)量法、單點(diǎn)吸附法 BET裝置原理n1、2、3玻璃閥n4水銀壓力計(jì)n5試樣管n6低溫瓶（液氮）n7溫度計(jì)n8恒溫水套n9量氣球n10汞瓶 化學(xué)法合成化學(xué)法合成YSZ晶粒尺寸晶粒尺寸灼燒溫度灼燒溫度（0C）晶粒尺晶粒尺 寸寸 L/nm比 表 面 積比 表 面 積S(m2/g)計(jì)算粒徑計(jì)算粒徑D/nm5003.4163.26.176005.590.711.190012.226.737.8 sampleCalcined temperature(C)Surface area(m2/g)Particle size (nm)a v e r a g e agglomerat e d s i z e (nm)a v e r a g e crystallite size (nm)( c caculated by surface area)NiO SDCA60051.417.023217.94 18.14B70031.627.433827.74 25.46C80023.037.636233.83