科普 | 粉末及粉末性能

1、粉末体和粉末颗粒

粉末是制取各种粉末冶金材料和制品的原料，粉末的各种性能对材料及制品的成形、烧结等工艺过程和产品最终性能产生直接的影响。

自然界的物质按其存在形态，分为固态、液态、气态。

粉末冶金的原材料是粉末，粉末与粉末冶金制品或材料同属于固态物质，而且化学成分和基本的物理特性（熔点，密度和显微硬度）基本保持不变。但就分散性和内部颗粒的联接性而言，通常可以把固态物质按分散程度不同分为致密体，粉末体和胶体三类。

颗粒按照构成可以分成四大类型：原级颗粒型，聚集体颗粒型，凝聚体颗粒型，絮凝体颗粒型。

固态物质按照尺寸的大小：
大小在1mm以上的称为致密体或者固体
大小在0.1μm以下的称为胶体微粒
介于致密体和胶体之间的称为粉末体

粉末体按照尺寸大小又可以分为：
微米级粉末（1000μm～1μm）;
亚微米级粉末（1μm～0.1μm);
纳米级粉末（100nm即0.1μm以内）

粉末体：简称粉末，是由大量颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。致密体则是一种晶粒集合体。致密体内没有宏观的孔隙，靠原子间的键力联接，粉末体内颗粒之间有许多小孔隙而且联接面很少，面上的原子间不能形成强的键力。所以，粉末体不像致密体那样具有固定形状，而表现出与液体相似的流动性，然而由于粉末体在移动时，颗粒之间有相互的摩擦，故粉末的流动性是有限的。

单颗粒：粉末中能将其分开并可独立存在的最小实体称为单颗粒。单颗粒如果以某种方式聚集就构成所谓的二次颗粒，其中的原始颗粒就称为一次颗粒。一次颗粒之间形成一定的粘结面，在二次颗粒内存在一些微细的孔隙。一次颗粒或单颗粒可能是单晶颗粒，普遍情况下是多晶颗粒，但晶粒间不存在空隙。

二次颗粒：是由单颗粒以某种方式聚积而成，通常由化合物的单晶体或多晶体经分解，焙烧，还原，置换或化合等物理化学反应并通过相变或晶型转变而形成；也可以由极细的单颗粒通过高温处理（如煅烧，退火）烧结而成。二次颗粒又称为聚合体或凝集颗粒。

颗粒还可以团粒和絮凝体聚集。

团粒：所谓团粒是由单颗粒或二次颗粒靠范德华引力粘结而成的，其结合强度不大，用研磨、擦碎等方法或在液体介质中就容易被分散成更细的团粒或单颗粒。

絮凝体：则是在粉末悬浊液中，由单颗粒或二次颗粒结合成更松散的聚合颗粒。

2.粉末颗粒结晶构造和表面状态

由于粉末生产过程不能提供使晶体充分生长的条件，造成颗粒外形和晶型不一致。制粉工艺对粉末颗粒的结晶构造起着主要作用。一般粉末颗粒具有多晶结构，而晶粒大小取决于工艺特点和条件，对于极细粉末可能出现单晶颗粒。粉末颗粒实际构造的复杂性还表现为晶格的严重不完整性，即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等。所以粉末总是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性。

粉末颗粒的表面状态是十分复杂的，一般粉末颗粒越细，外表面越发达。同时粉末颗粒的缺陷多，内表面也就相当大。外表面是可以看到的明显表面，内表面则包括裂纹、微缝以及与颗粒外表面联通的空腔、空隙等，但不包括封闭在颗粒内的潜孔。一般多孔性颗粒的内表面要比外表面大几个数量级。

3.粉末性能

常规粉末体的性能包括了单颗粒的性能和团粒的性能。

金属粉末的性能通常包括物理性能、化学性能和工艺性能。决定这些性能的有两个方面：一是自然界物质品种本身所特有的；二是由得到粉末体的各种生产工艺及其工艺参数所决定的。由物质品种不同所决定的性能包括：①晶体结构，如BCC、FCC或HCP晶体结构；②理论密度；③熔点；④塑性、弹性、电磁性等。

由粉末生产方法及工艺参数所决定的，包括粉末颗粒大小、粒度组成、颗粒形状，粉末体密度（如松装密度、摇实密度），孔隙度，比表面和表面状态，显微结构，点阵缺陷，颗粒内气体含量，吸附气体量，表面氧化膜厚度，粉末活性等。

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