粉体技术及设备

章节摘录

版权页：插图：自激光问世以来，激光技术迅速发展并被广泛地应用于各个领域，其中的一个重要领域是新材料合成。20世纪70年代以后，人们开始研究依靠激光激发引起气体、液体、固体表面的化学反应以合成纳米颗粒为目的的化学反应机制。目前，采用激光法已经制备出各种金属氧化物、碳化物、氮化物等纳米颗粒，其中有相当一部分研究成果已经开始走向工业化。激光诱导气相化学反应法是利用激光光子能量加热反应体系来制备纳米颗粒的一种方法，其基本原理是利用大功率激光器的激光束照射于反应气体，反应气体通过对入射激光光子的强吸收，气体分子或原子在瞬间得到加热、活化，在极短的时间内完成反应、成核、凝聚、生长等过程，从而制得相应物质的纳米颗粒。根据J.S.Haggerty的估算，激光加热到反应最高温度的时间小于10-4 s。被加热的反应气流将在反应区域内形成稳定分布的火焰，火焰中心处的温度一般远高于相应化学反应所需要的温度，因此反应在10-3 s内即可完成。激光法合成纳米颗粒的主要过程包括原料处理、原料蒸发、反应气配制、成核与生长、捕集等。生成的核粒子在载气流的吹送下迅速脱离反应区，经短暂的生长过程到达收集室。为了保证反应生成的核粒子快速冷凝.获得超细的颗粒，需要采用冷壁反应室。通常采用的技术是水冷式反应器壁和透明辐射式反应器壁。这样，有利于在反应室中构成大的温度梯度分布、加速生成核粒子的冷凝，抑制其过分生长。此外，为了防止颗粒碰撞，粘连团聚，甚至烧结，还需要在反应器内配备惰性保护气体，使生成的纳米颗粒的粒径得到保护。合成过程中首先要根据反应需要调节激光器的输出功率，调整激光束半径以及经过聚焦后的光斑尺寸，并预先调整好激光束光斑在反应区域中的最佳位置。其次，要做好反应室净化处理，即进行抽真空准备，同时充人高纯惰性保护气体，这样可以保证反应能在清洁的环境中进行。

书籍目录

1  颗粒物性  1.1  颗粒粒径和粒度分布    1.1.1  单个颗粒的粒径    1.1.2  颗粒群的平均粒径    1.1.3  粒度分布  1.2  颗粒形状    1.2.1  颗粒形状术语    1.2.2  形状系数和形状指数  1.3  颗粒的表面现象和表面能    1.3.1  固体表面现象    1.3.2  固体的表面能和表面应力  1.4  颗粒问的作用力    1.4.1  颗粒间的范德瓦尔斯力    1.4.2  颗粒间的静电力    1.4.3  颗粒间的毛细力  1.5  颗粒的团聚与分散    1.5.1  颗粒的团聚状态    1.5.2  颗粒在.空气中的团聚与分散    1.5.3  颗粒在液体中的团聚与分散  思考题2  粉体物性  2.1  粉体堆积参数    2.1.1  容积密度    2.1.2  空隙率    2.1.3  填充率    2.1.4  配位数  2.2  球形颗粒的堆积    2.2.1  等径球形颗粒群的规则堆积    2.2.2  等径球形颗粒群的实际堆积    2.2.3  不同粒径球形颗粒群的密实堆积    2.2.4  实际颗粒的堆积    2.2.5  影响颗粒堆积的因素  2.3  粉体的摩擦性    2.3.1  休止角    2.3.2  库仑定律    2.3.3  内摩擦角与有效内摩擦角    2.3.4  壁摩擦角和滑动摩擦角  2.4  粉体流动性    2.4.1  开放屈服强度    2.4.2  Jenke流动函数  思考题3  颗粒流体力学  3.1  颗粒在流体中的沉降现象    3.1.1  颗粒在静止流体内的沉降    3.1.2  阻力系数    3.1.3  沉降速度计算    3.1.4  非球形颗粒沉降速度    3.1.5  干扰沉降    3.1.6  等降颗粒    3.1.7  颗粒在旋转流体中的运动  3.2  透过流动现象    3.2.1  层流状态    3.2.2  湍流状态  3.3  流化床    3.3.1  流态化过程    3.3.2  流态化类型    3.3.3  流态化中的不正常现象  思考题4  粉体的机械力化学效应  4.1  概述    4.1.1  机械力化学的概念    4.1.2  物质受机械力作用  4.2  机械力化学原理    4.2.1  晶粒细化缺陷密度增加    4.2.2  局部高温、高压引起化学反应    4.2.3  等离子体理论    4.2.4  机械力化学动力学  4.3  机械力化学效应与结晶构造的变化    4.3.1  晶格畸变及颗粒非晶化    4.3.2  晶型转变    4.3.3  脱结晶水    4.3.4  层状结晶结构物质的变化    4.3.5  机械力化学反应  4.4  机械力化学效应与其他物理化学性质的变化    4.4.1  颗粒粒径和比表面积的变化    4.4.2  密度变化    4.4.3  溶解度和溶解速率    4.4.4  电性    4.4.5  吸附能力    4.4.6  离子交换和置换能力    4.4.7  表面自由能  4.5  机械力化学效应在材料科学中的应用    4.5.1  制备纳米合金    4.5.2  制备纳米复合材料    4.5.3  制备纳米陶瓷    4.5.4  矿物加工中的应用    4.5.5  机械力化学表面改性    4.5.6  机械力化学在高分子材料中的应用  4.6  机械力化学效应的检测和判断方法  思考题5  粉尘爆炸  5.1  燃烧和爆炸    5.1.1  燃烧和爆炸    5.1.2  燃点和相对可燃性    5.1.3  粉尘爆炸的特点    5.1.4  可燃粉尘的分类  5.2  粉尘爆炸要素分析    5.2.1  粉尘爆炸的必要条件    5.2.2  粉尘爆炸的特性  5.3  粉尘爆炸的预防和防护    5.3.1  粉尘爆炸的预防    5.3.2  粉尘爆炸的防护  思考题6  粉体的机械制备  6.1  基本概念    6.1.1  粉碎与粉碎比    6.1.2  粉碎级数和粉碎流程    6.1.3  强度    6.1.4  硬度    6.1.5  易碎性  6.2  粉碎功耗理论    6.2.1  经典粉碎功耗理论    6.2.2  新近粉碎功耗理论    6.2.3  粉碎极限  6.3  粉碎方法和粉碎设备分类    6.3.1  粉碎方法    6.3.2  粉碎设备分类    6.3.3  粉碎技术发展动态  6.4  破碎设备    6.4.1  颚式破碎机    6.4.2  锤式破碎机    6.4.3  反击式破碎机    6.4.4  其他类型破碎机械  6.5  粉磨设备    6.5.1  球磨机    6.5.2  辊磨机    6.5.3  辊压机    6.5.4  其他磨机  6.6  超细粉碎机械    6.6.1  高速机械冲击式粉碎机    6.6.2  气流磨    6.6.3  搅拌磨    6.6.4  胶体磨  思考题7  化学法制备粉体  7.1  概述  7.2  液相法    7.2.1  共沉淀法    7.2.2  化合物沉淀法    7.2.3  水解法  7.3  气相法    7.3.1  蒸发凝聚法    7.3.2  气相化学反应法  7.4  固相法    7.4.1  固相热分解法    7.4.2  化合或还原化合法    7.4.3  固相反应法    7.4.4  自蔓延高温合成法  7.5  喷雾法    7.5.1  喷雾干燥法    7.5.2  喷雾焙烧法  7.6  冻结干燥法  思考题8  分级  8.1  分级效率    8.1.1  分级效率的定义    8.1.2  分级粒径    8.1.3  分级精度  8.2  分级设备的切割粒径  8.3  分级流程及计算    8.3.1  分级流程    8.3.2  循环负荷    8.3.3  粉碎一分级流程的计算  8.4  筛分原理    8.4.1  筛分机理    8.4.2  影响筛分过程的因素  8.5  筛分机械    8.5.1  单轴惯性振动筛    8.5.2  双轴惯性振动筛    8.5.3  电振筛    8.5.4  概率筛简介  8.6  流体系统分级设备    8.6.1  通过式选粉机    8.6.2  离心式选粉机    8.6.3  旋风式选粉机    8.6.4  新型高效选粉机  思考题9  分离  9.1  基本概念    9.1.1  分离的意义    9.1.2  粉尘的排放标准    9.1.3  粉尘浓度测定    9.1.4  收尘器类型    9.1.5  分离效率  9.2  离心式分离器    9.2.1  工作原理    9.2.2  分类    9.2.3  几种常用的旋风收尘器    9.2.4  选型计算    9.2.5  影响旋风收尘器性能的主要因素  9.3  过滤式分离器    9.3.1  袋式收尘器的收尘机理及分类    9.3.2  常用的几种袋式收尘器的构造和工作原理    9.3.3  滤料和滤袋    9.3.4  选型计算  9.4  重力分离器  9.5  电收尘器    9.5.1  工作原理及性能    9.5.2  类型及结构    9.5.3  电极    9.5.4  电收尘器的主要参数    9.5.5  电收尘器的使用    9.5.6  新型电收尘器  9.6  气-固-液系统的分离    9.6.1  水浴收尘器    9.6.2  泡沫收尘器  思考题10  储存  10.1  物料储存的作用与分类  10.2  料仓内粉料流动    10.2.1  料仓内粉料的流动形式    10.2.2  料仓内粉料卸出的流动形式  10.3  料仓的压力    10.3.1  料仓的压力特性    10.3.2  料斗的压力分布  10.4  料仓及料斗的设计    10.4.1  整体流料仓的设计    10.4.2  料仓形式的确定    10.4.3  料仓容积设计    10.4.4  卸料装置的荷载    10.4.5  料仓的动压力  10.5  料仓的故障及防止措施    10.5.1  粉体的偏析及防止措施    1O.5.2.粉体静态拱及防止措施  思考题11  混合  11.1  概述    11.1.1  混合机理    11.1.2  混合的随机性  11.2  影响混合的因素    11.2.1  固体粒子性质    11.2.2  混合工艺    11.2.3  混合机性能和混合方式  11.3  混合质量评价    11.3.1  合格率    11.3.2  标准偏差    11.3.3  离散度和均匀度    11.3.4  均化效果  11.4  混合质量检验    11.4.1  取样方法    11.4.2  测定方法    11.4.3  全组成均匀度    11.5  机械均化设备    11.5.1  重力式均化设备  11.5.2  强制式均化设备  11.6  气力均化设备    11.6.1  流化式气力混合    11.6.2  重力式气力混合    11.6.3  脉冲旋流式气力混合  11.7  连续混合    11.7.1  连续混合的优缺点    11.7.2  出口均匀度与滞留时间    11.7.3  连续混合机  11.8预均化堆场（库）    11.8.1  预均化堆场（库）的作用和工作原理    11.8.2  预均化堆场的布置    11.8.3  预均化库的布置    11.8.4  堆料和取料方式    11.8.5  堆料和取料机械  思考题12  输送  12.1  概述  12.2  胶带输送机    12.2.1  构造    12.2.2  分类    12.2.3  主要构件    12.2.4  主要参数计算    12.2.5  特点及应用    12.2.6  封闭式带式输送机  12.3  螺旋输送机    12.3.1  结构    12.3.2  主要部件    12.3.3  选型计算    12.3.4  特点及应用  12.4  斗式提升机    12.4.1  构造    12.4.2  主要构件    12.4.3  特点及应用    12.4.4  装料和卸料方式    12.4.5  选型计算  12.5.其他机械化式输送机    12.5.1  板式输送机    12.5.2  刮板输送机    12.5.3  埋刮板输送机    12.5.4  Fu型链式输送机  12.6  气力输送    12.6.1  气力输送特点    12.6.2  气力输送的类型    12.6.3  气力输送系统的主要组成部分    12.6.4  空气输送槽  思考题13  供料与给料  13.1  基本概念    13.1.1  供料    13.1.2  给料  13.2  供料溜槽（管）    13.2.1  溜槽的作用及类型    13.2.2  溜槽的设计要求    13.2.3  常用的溜槽  13.3  供料闸门    13.3.1  闸门的作用及类型    13.3.2  常用的闸门  13.4  给料机    13.4.1  给料机的类型    13.4.2  选型依据    13.4.3  常用的给料机  13.5  给料的控制与计量    13.5.1  JE一3G型恒速式皮带秤    13.5.2  wXC一1微机控制皮带秤    13.5.3  调速式定量秤    13.5.4  其他计量设备  思考题14  造粒  14.1  概述    14.1.1  造粒及其意义    14.1.2  造粒方法及其特点    14.1.3  粒化机理  14.2  玻璃配合料粒化工艺    14.2.1  粒化流程    14.2.2  影响粒化的因素  14.3  陶瓷干压坯料的造粒    14.3.1  干压坯料造粒工艺    14.3.2  干压成型对团粒的质量要求    14.3.3  团粒的质量控制  14.4  医药片剂制造工艺    14.4.1  制颗粒片    14.4.2  粉末或结晶直接压片  14.5  微囊化    14.5.1  微囊的制备方法    14.5.2  影响微囊粒子大小的因素  思考题参考文献

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《粉体技术及设备》是材料科学与工程专业应用型本科系列教材之一。

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《粉体技术及设备》以粉体工程的基本知识为基础，分别介绍了颗粒的物性、粉体的物性、颗粒流体力学、粉体机械力化学效应和粉尘爆炸的特性及粉体的制备、分离、分级、储存、混合、造粒、输送与供料等相关的单元操作，并介绍了操作单元相应设备的工作原理、构造、性能及应用特点等。《粉体技术及设备》力求紧扣应用型人才培养的目标和工程实际，贯彻“少推导、重应用”的原则，在体现内容的完整性和系统性的基础上，重视理论与工程实际的结合，突出粉体在工程中实践性、应用性较强的内容，做到通俗易懂，利于工程应用；做到经典内容辅以新技术，反映当前的新工艺和新技术，适应技术发展的需要。因此，《粉体技术及设备》既可作为本科材料类专业教材，也可作为相关工程技术人员和研究人员的参考书。

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