第一篇：粉體技術在無機材料領域的應用

粉體技術在無機材料領域的應用

摘要：以玻璃、水泥、陶瓷為主的傳統(tǒng)無機材料已經滿足不了時代的需求，新興的粉體技術給無機材料的應用注入了新的活力。本文主要總結了粉體技術對傳統(tǒng)無機材料性能的改善以及在礦物加工方面的影響，特別是納米粉體拓寬了無機材料在能源、環(huán)保、催化方面的應用。

關鍵詞：礦物加工水泥粉體精細陶瓷納米粉體

Abstract：Mainly glass, cement, ceramic traditional inorganic material already can't satisfy the demand of The Times, the emerging technology of powder to the application of inorganic materials has injected new vitality.This paper mainly summarizes the to improve the performance of powder technology in the traditional inorganic materials and the influence of the mineral processing, especially nano widened the inorganic materials in energy, environmental protection, catalytic applications.Key words：Mineral processing cement powder fine ceramic nano powder

引言

粉體技術是隨著近代科技的發(fā)展而發(fā)展起來的一門新興科學技術，它是物理、化學、化工、機械、冶金、材料、生物、信息控制等學科的交叉學科。無機材料的應用歷史也很久遠，傳統(tǒng)的無機材料仍有用武之地，但生產過程中的污染及優(yōu)良性能的單一這些缺點顯而易見。對于任何一項技術或工業(yè)過程，其經濟性和實用性是決定其存在的根本因素。對于無機材料，將粉體的制備工藝、微觀結構、宏觀物性、工業(yè)化生產和應用技術等有機的結合起來，作為系統(tǒng)工程對粉體的制備過程機理進行深入的研究，增強對微粒的形狀、分布、粒度、性能等指標的控制技術，并不斷完善粉體的性能測試、表征手段，都從而促進粉體技術在無機材料領域的發(fā)展。

1.礦物加工

礦物經粉碎分級后直接用于農業(yè)、化工、造紙、塑料、橡膠、涂料等產品中。造紙涂布級高嶺土希望在超細粉碎的同時保持片狀礦物的特性，提高粉料的涂布遮蓋能力。在粉碎工藝上盡量選擇剝片原理的粉碎方式和設備，從粉碎機理上來說，強化外力能加強對高嶺土的強力剪切。同樣是造紙涂布級的超細膜重質碳酸鈣，其原始結晶多為立方多面體，為了達到超細粉碎的目的，則需要強化礦物顆粒的體積粉碎和表面的研磨。復合材料增強用的硅灰石在粉碎時應盡量保持它原始的針狀結晶狀態(tài)，是產品成為天然的短纖維增強材料。強力沖擊式粉碎機能夠在礦物顆粒內部短時間內形成較強的內應力，使顆粒內部沿著解理面形成裂紋，逐漸擴大直至最后分離形成細小的針狀顆粒。云母由于它的多層結構多被用作電介質材料和珠光顏料，粉碎加工過程中應盡可能保證所得顆粒的徑厚比一定。作為珠光顏料的云母粉體，其表面不能有太多的劃傷，否則會影響其光學效果。在粉體設備的選擇上應盡量選用高壓射流式粉碎機，利用顆粒內部層間的膨脹壓力而將將顆粒剝離，達到預期的粉碎效果。

重質碳酸鈣是由方解石或大理石經粉碎分級而成，它的硬度較低，加工過程中要求有較高的白度。眾多的粉碎設備中沒幾乎都可以用于重質碳酸鈣的生產。由于其單位重量售價低，因此比輕質碳酸鈣用量大，關鍵是如何無污染、低成本地達到加工目的是設備和工藝選擇的重要問題。目前常用的雷蒙磨和球磨機或振動磨與分級機結合的沖擊加超細研磨的方式。這種方式得到的粉體中細粉含量較高，常用于一些聚合物的填充從而得到優(yōu)異性能的復合材料。

鋯英砂的主要成分為硅酸鋯，原料中常含有鐵、鈦等雜質。它的性質穩(wěn)定，耐研磨，其微粉作為陶瓷行業(yè)釉料的乳濁劑，具有遮蓋力強，乳濁效果好等特點。然而，鋯英砂的超細粉碎過程是一個耗能大、設備磨碎嚴重、產品易污染的復雜過程。為實現(xiàn)低成本生產、必須綜合分析加工工藝，優(yōu)化設備組合，在能耗和其他消耗盡可能低的條件下產生高質量硅酸鋯粉體。為了高細度，盡可能采用攪拌研磨的方式。為了保證產品的純度，還需要配合酸洗等提純措施。

2.水泥粉體

水泥是常用的建筑材料，在生產過程中需要對原料和成品進行兩次研磨粉碎。隨著對混凝土制品強度要求的提高，水泥的細度也在逐漸增加。原料細度的提高有利于改善原料各組分的混合均勻度。降低游離氧化鈣的含量。水泥熟料的硬度較大，而細粉含量的高低在一定程度上決定了混凝土早期強度的高低。水泥的粒度分布對混凝土在不同齡期的強度有著決定性的影響。為了改善混凝土強度降低水化熱和減小收縮，近年來磨細礦渣、磨細粉煤灰等混凝土摻合料的用量逐年增加。這類產品的生產設備主要是大型的球磨機振動磨、高效分級機等。

有人利用SEM、XRD、TG-DTA、IR、激光粒度儀、微量熱儀、比表面積及孔隙度分析儀等現(xiàn)代分析測試手段研究了微納粉體對硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥物理力學性能的影響及機理。在此基礎上，進一步探討了超微細礦渣、超微細粉煤灰對水泥物理力學性能的影響，探討了利用礦渣、粉煤灰、石灰石制備綠色高性能復合超細礦粉的適宜配方和適宜的生產工藝。他們的研究結果表明：納米SiO2和硅灰對水泥的強度都有較大幅度的提高，在三天以后，摻納米SiO2的水泥試樣強度明顯高于摻硅的。這主要是由于納米SiO2的粒徑比硅灰的粒徑小，納米SiO2具有更大的表面能，納米SiO2中[SiO4]4-離子團聚合程度低，導致了納米SiO2的火山灰活性比硅灰的火山灰活性要高得多。摻有納米SiO2的水泥試樣中熟料礦物水化反應程度更高，CSH凝膠數(shù)量增長更快，結晶態(tài)Ca(OH)2含量更低。從而使摻有納米SiO2的水泥漿體內比表面積和總孔體積。

3.精細陶瓷

精細陶瓷的應用目前,國外精細陶瓷主要被發(fā)達國家所壟斷,特別是日本、美國和西歐等發(fā)達國家的精細陶瓷生產量和應用量是全世界最大的。日本和美國精細陶瓷產量約占全世界市場份額的80%以上。我國精細陶瓷的起步較晚，但改革開放以來，一些外資和中外合資精細陶瓷生產企業(yè)的逐漸發(fā)展壯大，促使我國的精細陶瓷產業(yè)已初具規(guī)模，但與日本和美國等發(fā)達國家相比，尚屬起步階段。目前，我國精細陶瓷的生產規(guī)模仍較小，由于缺乏行業(yè)的統(tǒng)計資料，還難于定量描述。但從其結構和功能來區(qū)分，我國精細陶瓷的發(fā)展趨勢仍與國外精細陶瓷的發(fā)展趨勢基本一致，主要是以電子陶瓷為主。精細陶瓷主要應用于電子、通信、化工、冶金、機械、汽車制造、能源、航空航天等空間技術裝備以及國民經濟各部門。陶瓷工業(yè)的原料制備過程中需要對物料進行粉磨和混合。為了后續(xù)的擠壓成型，多采用濕法的批次粉磨工藝。主要粉磨設備為批次球磨機。原料取決于漿料的粉磨效果好壞，直接影響著泥坯的流變性和成型燒結質量。研磨過程中要避免金屬物的污染。所使用的襯板多為燧石、橡膠或聚氨酯等非金屬材料。研磨介質采用球石或陶瓷磨球。

在精細陶瓷生產過程中、原料超細研磨更為需要。無論是功能陶瓷還是結構陶瓷。都是多種原料固相反應的產物。若原料粉碎得越細，多種原料的混合度就越高，固相反應也就越均勻徹底，產品性能也就越好。達到納米級的陶瓷微納米陶瓷，通過其小尺寸效應，希望克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。若能解決單相納米陶瓷的燒結過程中抑制晶粒長大的技術難題，則它將具有高硬度、高韌性、低溫超塑性、易加工等優(yōu)點。在制備納米粉體的工藝上，除了保證納米粉體的質量，做到尺寸和分布可控，無團聚，能控制顆粒的形狀，還要生產量大。

3.1結構陶瓷

高溫、高強、超硬、耐磨、抗腐等機械力學性能為其主要特征。例如，納米級ZrO2陶瓷，燒結溫度為1250℃，施加一不大的力有400％的形變，類似金屬的延展性。室溫下進行拉疲勞試驗，斷裂后表層晶粒間同樣表現(xiàn)為塑性形變。不僅離子型物質如此，共價型的SiCl4也有微小超塑性行為。美國一科學家用CaF2納米材料在室溫下可大幅度彎曲不斷裂。納米TiO2陶瓷度達95％，高硬度，耐高溫，若用于改善發(fā)動機系統(tǒng)，將大大改善其性能。降低燒結溫度制成小晶粒，用于電子陶瓷制備，例如廣東肇慶風華集團已采用納米鈦酸鋇顆粒燒結來提高片式電容器和片式電感器的各項指標性能。

3.2功能陶瓷

以電、磁、光、聲、熱、力等性能及相互轉換為主要特征。例絕緣陶瓷、介電陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導、導電、超導陶瓷。有的學者基于過渡液相燒結機制的高性能壓電陶瓷材料具有低燒結溫度、高壓電常數(shù)和低介質損耗等諸多優(yōu)點。低燒多層壓電變壓器(MPT)以其低驅動電壓、小體積、高升壓比、薄型片式化等優(yōu)點在液晶顯示背光電源等方面獲得應用。多層壓電變壓器及其背光電源具有高功率密度、高轉換效率、薄型化和低成本等特點?；谌毕莼瘜W原理和無晶粒長大的致密化燒結動力學，制備了亞微米/納米晶鈦酸鋇基陶瓷及其薄層化賤金屬內電極MLCC。研制了低燒鐵氧體材料及其片式電感器。

3.3仿生陶瓷

有些研究者應用化學沉淀法制備了粒徑約100nm的β-磷酸三鈣(β-TCP)超細粉體，并采用放電等離子燒結技術燒結β-TCP,在875℃的燒結溫度、150℃/min的升溫速率和40MPa的燒結壓力下，保溫2min，制備得到透明的β-TCP生物陶瓷。XRD、FESEM、密度和透光性能分析結果表明，制備得到的β-TCP生物陶瓷純度高、結構致密、晶粒平均尺寸約250nm具有良好的透光性能。細胞相容性研究的結果表明，透明β-TCP生物陶瓷對骨髓間質干細胞的增殖作用明顯高于常規(guī)的通用聚乙烯培養(yǎng)板。

4.納米粉體

納米粉體材料作為一種特殊的精細化工產品，越來越受到人們的關注。納米粉體的尺度處于原子簇和宏觀物體交界的過渡域，是介于宏觀物質與微觀原子或分子的過渡亞穩(wěn)態(tài)物質，它有著不同于傳統(tǒng)固體材料的顯著的表面與介面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應，并且表現(xiàn)出奇異的力學、電學、磁學、光學、熱學和化學等特性。

4.1能源方面的應用

用于鎳-堿性電池，制成納米Ni(OH)2；鋰離子在電池中的應用Cd-Ni,Zn-Ni 在電池中運用錳鋇礦、MnO2納米纖維、納米管、聚硅氧烷。在太陽能電池方面的應用，例如在市場上占有極大份額的晶硅電池板。第三代電池——染料敏化太陽能電池（DSSCs）的多孔納米晶TiO2薄膜電極。

4.2環(huán)保方面的應用

目前，國內外對層狀硅酸鹽礦物在廢水處理領域中的應用研究主要集中在對其有機改性后對廢水中有機污染物的吸附去除，而關于無機粉體改性土對無機污染物特別是有害重金屬離子的吸附去除研究較少。層狀硅酸鹽中的膨潤土進行改性，縮小粒徑，增大吸附能力，吸附含 Cr6＋重金屬離子廢水。

4.3催化方面的應用

銳鈦礦型的TiO2作為催化劑，可以與鹵代脂肪烴、鹵代芳烴、有機酸類、酚類、硝基芳烴、取代苯胺反應，還可除去空氣中的丙醇等有害污染物。類似粉體還有Fe2O3、CdS、ZnS、PbS、PbSe、ZnFe2O4。TiO2經過Cu＋、Ag＋表面修飾可以殺菌；經Pb化可以使丙炔與水蒸氣反應生成甲、乙、丙烷；經Pt化可以分解醋酸為甲烷和二氧化碳；催化甲醇水溶液制取氫氣。

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第二篇：粉體工業(yè)靜電防護技術

粉體工業(yè)靜電防護技術研究進展 引言

隨著全球工業(yè)化進程的加快，生產粉塵、粉末和顆粒狀物質的粉體工業(yè)迅猛發(fā)展。改革開放二十多年來，我國粉體工業(yè)生產規(guī)模迅速擴大，發(fā)展速度前所未有。以石油化工行業(yè)聚烯烴粉體生產為例，1982 年全國年產量不足100 萬噸，1989 年則突破了200 萬噸大關，1996 年年產量達到320 萬噸;近年來，我國合成樹脂和塑料年產量仍然保持20 %的增長速度。如煤炭、冶金、紡織、糧食等其他行業(yè)涉及粉體工業(yè)的生產規(guī)模亦以年產量增長速度超過15 %的態(tài)勢呈規(guī)模化發(fā)展趨勢。與此同時，粉體工業(yè)生產中引起的爆炸和燃燒事故也迅速增多。如哈爾濱亞麻廠粉塵爆炸事故，廣東新港糧食儲倉粉體爆炸事故均發(fā)生在20 世紀80 年代初期.據(jù)統(tǒng)計資料分析，隨著我國經濟發(fā)展速度的加快，粉體爆炸與燃燒事故越來越頻繁。以粉塵爆炸統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料為例，我國自1960 年至1989 年30 年間，發(fā)生粉塵爆炸次數(shù)按年代百分比的分布為: 1960年至1969 年占總數(shù)的9。37 %，1970 年至1979 年占總數(shù)的3。13 %，1980 年至1989 年占總數(shù)的87.50 %，此數(shù)據(jù)充分表明，粉體事故與國民經濟發(fā)展規(guī)模之間有著密切的聯(lián)系，同時說明了粉體防災技術研究的意義與作用。上述粉體災害事故和其發(fā)展態(tài)勢引起了人們的極大關注，對我國經濟發(fā)展和社會穩(wěn)定造成了較大的影響，我國政府和有關行業(yè)主管部門及相關的研究單位對此類災害事故高度重視[1，3 ]。這些因素對促進和加強我國粉體工業(yè)防災技術研究工作，對防粉體災害技術的應用推廣和進一步落實企業(yè)的專項整改與治理措施等方面都起到了積極的推動作用.統(tǒng)計資料顯示，粉體工業(yè)災害事故與粉體靜電密切相關[1 —4]。從一組引起粉體災害事故(粉塵爆炸)的點火源數(shù)據(jù)統(tǒng)計百分比分析可知: 由熱表面引爆的占38。71 %，由明火引爆的占32。26 %，靜電與電氣火花引爆的占16。13 %，其他因素引爆的占12。90 %。由可見，在粉體工業(yè)生產過程中，由于靜電與電氣火花引起粉塵爆炸事故的比例是比較大的，其中靜電的危害已到了必須引起人們高度重視的程度。事實上，在人類現(xiàn)代生產和生活活動中，靜電存在的范圍很廣。靜電在給我們帶來極大便利的同時(如靜電復印、靜電除塵、靜電噴涂、靜電成像、靜電生物效應和納米材料制備等)，也給人類社會帶來了各種各樣的麻煩甚至引發(fā)災難性事故。正因為靜電事故遍及礦業(yè)、冶金、石油化工、紡織、醫(yī)藥、糧食加工與儲運、交通運輸、航天航空、通訊與軍工等行業(yè)，所以對靜電災害與防護技術的研究一直是現(xiàn)代社會關注的熱點課題之一 在眾多的靜電研究課題中，由于粉體靜電災害問題涉及專業(yè)面廣，致災過程復雜，模擬實驗難度大，費用高等原因，所以相對于現(xiàn)代靜電研究的其他領域而言，粉體靜電災害的研究在其起電機理、致災條件和防范對策等方面相對滯后。雖粉體靜電防災領域需要研究解決的問題很多，但自20 世紀50 年代以來，這方面的研究進展一直不大，其研究水平遠遠落后于液體防靜電災害等技術研究，與實際要求存在較大的差距。然而從Maurer(1979 年)報道了粉體大料倉堆表面放電現(xiàn)象之后，以瑞士Ci2ba 公司和英國南開普敦大學為中心，在國際上迅速形成了一個以粉體工業(yè)生產實際尺度的粉體靜電放電問題為研究對象的研究熱點，并進一步提出了一些與生產過程密切相關的防靜電規(guī)范或建議。與此同時，德國、瑞士、挪威、波蘭及前蘇聯(lián)等歐洲防爆委員會成員國，以及我國、日本、美國等國的相關部門和研究單位，也相繼開展了超細粉塵和非標準條件下的燃燒與爆炸實驗，靜電場分析計算及體起電、放電等理論與實驗研究工作。這些研究工作極大地豐富了人們對粉體靜電 危險性的認識，特別是與工業(yè)控制和安全評價有關的粉體靜電研究結果，對粉體工業(yè)安全生產具有十分重要的意義和指導作用 2 粉體靜電災害概況 現(xiàn)代工業(yè)生產過程中的粉體是粉塵、粉末及顆粒狀物質的總稱。一般而言，我們將粒徑d > 0.5mm的物質稱作顆粒;將粒徑d 在100μm和0。5mm之間的物質稱作粉末;將粒徑d < 100μm的物質稱作粉塵，此類物質基本上具有正常狀態(tài)下在空氣中飄揚的特征。統(tǒng)計與實驗資料表明，可燃性粉塵大多數(shù)屬易燃易爆物質，其燃爆事故占粉體災害事故的60 %以上，粉塵本身的靜電放電火花即可成為其點火源?？扇夹苑勰┡c顆粒雖然能燃燒，但是一般難以形成爆炸性混合物，然而其靜電放電或熱表面等危險因素可能成為可燃氣、可燃粉塵及其雜混合物等易燃易爆物質的點火源。對于非可燃性粉體而言，其靜電危險性主要表現(xiàn)在這類物質的靜電放電火花可能成為生產過程中其他易燃易爆物質的點火源[2，4]。粉末與顆粒粉體粒徑較大，在生產過程中單個粒子的帶電量也大。在一定的條件下，聚合物粉體大料倉中可能發(fā)生堆表面放電和傳播型刷形放電，此類靜電放電的放電能量大，足可以點燃一般的可燃粉塵。大多數(shù)粉塵中固體物質的粒徑約為1 —100μm，含分子數(shù)為104 —106，因此小而輕且比表面積大。帶靜電的粉塵可漂浮于空氣中，也極易吸附在物體表面上。漂浮的帶電粉塵的災害可以產生閃電狀靜電放電，如火山噴發(fā)時可經?？吹降幕鹕交曳蹓m閃電;大氣中懸浮的塵埃使大氣能見度大為降低，容易引起各類交通事故。帶電粉塵的吸附性亦有較大的危害，粉塵吸附在植物的葉面和干上會影響其生長，給人類的農業(yè)、林果業(yè)生產等造成損失;金屬表面的粉塵可促使其加速腐蝕;粉塵的沉降或吸附使各種建筑物遭受污染、腐蝕加速，使許多傳感器中毒、失效，使諸如集成電路等高精細材料、器件無法制造和使用，可以導致機器停運、電路短路等事故。如此種種，關于粉體靜電的危害不勝枚舉，而其中最具破壞性和災難性的就是粉塵爆炸，它會造成突發(fā)的、一次性損失嚴重的人身傷亡和財產損失等事故.德國自1940 年起的50 年間，與靜電相關的重大粉體爆炸事故有斗式提升機滑槽中燕麥糠爆炸，碾碎機內的制粉半成品爆炸，斗式提升機滑槽中高粱(含粉塵多)爆炸，斗式提升機中高粱粒爆炸和粉體料倉中高分子聚合物爆炸。據(jù)日本勞動省產業(yè)安全技術研究所對1952 年至1975 年期間日本所發(fā)生的177 起損失較為嚴重的粉塵爆炸事故點火源的調查分析可知，最多的點火原因是機件或裝置中的金屬異物摩擦撞擊而引起的熱表面和撞擊火花(37起)，其次就是靜電引起的放電火花(29 起)。因此，引起粉體爆炸的原因與靜電放電有一定的聯(lián)系.料倉燃爆事故統(tǒng)計資料可知，這40 起粉體料倉燃爆事故的點火源，基本可以認定是粉體自身的靜電放電火花。事實上有關高分子聚合粉體的靜電危險性研究，尤其是粉體氣力輸送和粉體大料倉的防靜電危害問題是近二十年來國際范圍內靜電防災研究領域中的熱門課題之一。聚合物粉體絕緣程度很高，生產過程中粉體的起電量可達104 C/ kg，靜電泄漏緩慢，生產過程中的粉體往往會積聚很高的電荷。這種靜電的積聚會給粉體生產帶來兩類危害:一類是帶電粉體粒子之間，粒子與管壁、容器之間的靜電力作用，給生產帶來各種障礙與危害;另一類是電荷的積累能夠產生很強的靜電場，從而導致各種類型的靜電放電發(fā)生，或引起火災和爆炸事故，或引起人體電擊事故而導致二次事故發(fā)生.粉體靜電危險性評價方法研究發(fā)展

概況

通過對靜電放電火花實際點燃危險性量化分析研究，近年來已經取得了可用于對粉體實際生產過程中的靜電危險性進行定量評價的研究結果。建立在靜電點燃現(xiàn)實危險性基礎上的靜電放電火花點燃危險性的量化分析理論，相關的靜電參數(shù)測試方法，生產工藝過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)取樣和評價技術，促使粉體善，有關研究和管理部門已經將相關研究結果應用于具體的生產實際

3.1 粉體起電機理研究

粉體是特殊狀態(tài)下的固體物質，其靜電起電過程遵循固體的接觸起電規(guī)律。目前，人們對金屬-金屬、金屬-半導體的接觸起電機理研究結果已經達到實用化水平的要求。然而對于高分子聚合物材料的起電機理研究而言，由于聚合物內部結構的復雜性以及起電機理性實驗結果的重復性不好等原因，對其起電機理性的研究方法尚在不斷的完善之中[8]。然而，對于粉體工業(yè)生產中粉體氣力輸送的粉體靜電起電問題，人們結合兩相流動力學理論、電介質物理學、粒子介質之間的相互作用等理論研究，年來已經分析總結出了一些可用于實際分析的有關粉體起電的半經驗公式[9，10]。

3.2 粉體靜電參數(shù)測試技術

有關粉體狀物質的靜電參數(shù)(電阻率ρ、介電常數(shù)ε、電位U、電場強度E 及電荷密度q 等)的實驗室測量，從理論分析到測試方法都比較成熟，有些測試方法和具備防爆條件的測量儀表也已經直接應用于實際生產場所的粉體靜電參數(shù)的數(shù)據(jù)測試[11，12]。近年來，人們可以在工尺度的大型粉體模擬裝置上設置粉體靜電試驗，方便、高效地測試粉體靜電參數(shù)，便利開發(fā)、試用防粉體靜電災害的技術和產品，這為進一步深入研究與解決粉體靜電問題提供了實驗手段上的保證。相關科研單位研究開發(fā)的非接觸式管道粉體靜電電荷密度測量儀，在完善防爆設計后即可應用于粉體工業(yè)輸送與儲運系統(tǒng)的粉體靜電監(jiān)測[13]。粉體、聚合物電荷空間分布的測量方法研究也有了較好的研究結果。幾十年來，人們已經積累了大量的有關粉體方面的靜電參數(shù)，從相關的基本靜電參數(shù)到實際生產中不同性質的粉體起電參數(shù)都比較全面.3.3 粉體起電、放電特性(包括輻射場)研究

人們在小、中、大型粉體靜電模擬實驗裝置上，尤其是工業(yè)尺度的粉體模擬試驗裝置上成功地模擬了電暈放電、刷形放電、火花放電、堆表面放電及傳播型刷形放電等典型的粉體生產中存在的靜電放電現(xiàn)象，使有關粉體的靜電危險性研究水平上了一個大的臺階[14，15]。在這些極為有效的試驗設備上，人們成功地測定了粉體的起電量，研究了粉體的起電特性，綜合研究了粉體料倉的粉體電荷密度、荷質比、放電電荷轉移量、料倉內的電勢分布與電場強度的分布特點、粉體放電間隔特點、放電信號頻率等對于粉體靜電危險性評估有重要價值的相關物理量[7，16，17]。通過大量的靜電放電測試試驗，統(tǒng)計、研究、探討和總結了粉體工業(yè)生產中可能發(fā)生的不同類型靜電放電的輻射場特性，其試驗研究數(shù)據(jù)為粉體工業(yè)生產現(xiàn)場檢測與監(jiān)測儀表的電磁兼容性設計提供了有價值的數(shù)據(jù);同時結合氣體等介質的擊穿理論，建立了典型的靜電放電理論模型

3.4 可燃物質的燃爆特性研究

自20 世紀80 年代中、后期起，標準條件下(標準實驗樣品、標準測試條件)可燃粉體、可燃氣儀器，已經基本上達到了國際標準化。所以有關可燃物在標準狀態(tài)下的最小點火能、爆炸極限、最小點燃溫度、最大實驗安全間隙、自燃溫度、閃點、極限氧濃度等數(shù)據(jù)，基本上都可以從標準出版物上引用。近年來，有關非標準狀態(tài)和非標準條件下的可燃物質燃爆參數(shù)研究，人們從實驗和理論分析兩方面作了不少的工作[19，24，33]。非標準粒徑粉塵最小點火能與粉塵中位粒徑的關系，雜混合物最小點火能與可燃氣體濃度的關系，粉塵最小點火能與溫度的關系，負壓條件下可燃物爆炸極限的變化，高壓條件下可燃物自燃溫度的變化等對實際安全評價有重要意義的燃爆參數(shù)數(shù)據(jù)庫，也在積極完善之中.結合氣力兩相流動理論和燃燒反應動力學理論，借鑒比較完善的可燃氣體燃燒理論，初步建立了粉塵、雜混合物(粉塵，可燃氣)燃燒理論分析模型

3.5 粉體靜電放電點燃特性研究

粉體靜電放電火花的火花時間特性和空間分布特征、形成放電的初始條件和放電電荷轉移量等點火源因素，可燃物質的燃爆特性參數(shù)都對粉體靜電放電的實際點燃能力有影響。近年來，人們將研究重點放在粉體料倉內粉體靜電放電的點燃能力研究上，但由于研究手段上的原因，只能將料倉內的放電通過環(huán)形收集電極引出，在放電區(qū)以外的極隙內做點燃實驗。這樣由實驗所得到的放電相當能量Eeq，在一定程度上反映了粉體放電的點燃能力。實驗與實際靜電點燃事例統(tǒng)計表明，粉體生產過程中可能產生靜電災害的靜電放電形態(tài)和有效點燃能量Eef大致如下:(1)電暈放電的有效點燃能量不大于01025mJ;(2)普通的刷形放電單次放電的有效點燃能量可達3mJ;(3)料倉粉體堆表面放電單次放電的有效點燃能量可達10mJ;(4)人體放電單次電的有效點燃能量可達30mJ;(5)火花放電單次放電的有效點燃能量可達1J;(6)傳播型刷形放電單次放電的有效點燃能量可達10J。有關粉體靜電放

電實際點燃可燃物的過程研究，對于了解和研究放電火花的現(xiàn)實點燃能力是有重要意義的。結合介質擊穿過程的放電物理學和燃燒學理論，關于氣體、粉塵的靜電放電火花點火模型理論和氣體、粉塵的點燃過程研究近年來也取得了一些較好的研究結果

3.6 粉體靜電放電危險性評估與仿真模擬

有關粉體靜電放電危險性研究主要側重于引發(fā)火災、爆炸事故的危險性方面。對于規(guī)模一般都比較大的粉體生產而言，這種危險性主要反映在火災、爆炸事故的敏感性參數(shù)上，也就是可燃物被靜電放電火花引燃的特性上。這樣，由帶電粉體物質的基本靜電參數(shù)、粉體量大小及邊界條件所確定的帶電粉體空間可能產生的靜電放電類型、靜電放電火花的點燃能力，結合產生靜電放電場所的可燃物燃爆特性，即可以定量評價粉體靜電放電的實際危險性.通過研究典型靜電放電火花的實際點燃能力，對實際生產工藝過程中的靜電放電火花的點燃危險性進行定量評價。靜電放電火花的放電相當能量、放電火花空間分布范圍和放電火花持續(xù)時間，決定了靜電放電火花實際點燃可燃物的可能性大小，因此不同類型的靜電放電火花點燃可燃物的差異性很大.根據(jù)數(shù)據(jù)序列理論分析，引入靜電放電火花點火源序列和可燃物危險性序列之間存在的關聯(lián)性，反映了靜電放

電火花點燃可燃物的危險程度，可用于對靜電放電火花的實際點燃危險性進行量化評價。有關粉體的電荷弛豫理論和粉體靜電場分析模型研究以及電場仿真和計算分析，一直是靜電防災研究的前沿熱點課題。近年來由于粉體靜電檢測技術的發(fā)展，大力促進和支持了粉體靜電仿真技術的研究，使得粉體靜電仿真技術研究成果離實用階段越來越近[7，24，25]。同時，有關粉體靜電模擬仿真的研究結果也彌補了實際粉體靜電測量技術的不足和現(xiàn)場測量場所的限制(如引入測量儀器對原靜電場的影響等)，可以幫助人們更詳細地了解帶電粉體空間的電場變化等情況.粉體防靜電災害技術發(fā)展概況

粉體防靜電災害技術的要點在于經濟實用，根據(jù)危險性定量評估的結果選用相應的防護技術是防災減災工作的根本內容和努力方向。我們知道，粉體工業(yè)生產中可能產生靜電災害的典型靜電放電類型有6 種:(1)電暈放電;(2)普通刷形放電;(3)料倉堆表面放電;(4)人體放電;(5)火花放電;(6)傳播型刷形放電。理論分析與實驗結果表明，這些不同形態(tài)的放電形式點燃可燃物的能力大不相同。另一方面，可能存在于粉體工業(yè)實際生產中的可燃物大多為可燃粉體(顆粒、粉末、粉塵)、可燃氣以及它們的雜混合物，這些可燃物的被點燃性能差異也很大。所以，我們在研究開發(fā)防粉體靜電災害技術的具體工作中，應在粉體靜電危險性合理分級的基礎上，遵從既科學合理、又經濟實用的防災減災原則

4.1 粉體靜電危險性分級方法

有關粉體靜電危險性分級，有別于靜電危險場所的分級。粉體危險性分級的目的在于結合安全經濟學原理，為存在粉體靜電危險性場所選用既經濟實用又科學合理的防靜電災害措施提供科學依據(jù).這方面的工作可參照相關的靜電危險場所分級方法[24，26，41，44]，以粉體靜電實際危險性為基礎，結合粉體靜電可能造成的災害程度作為分級依據(jù)來進行

4.2 防粉體靜電災害技術

粉體靜電防災的應用技術研究，目前從相關物體的靜電泄漏技術、粉體靜電消電技術、泄爆技術、阻爆與隔爆技術，到可燃物質的惰化與抑爆技術等，基本上能夠滿足實際生產的需要。但有時候由于片面追求經濟效益等方面的原因，有些成熟的粉體靜電防災技術并不能被粉體生產廠家所接受;或由于維護方面的原因，有些已選用的粉體靜電防災設施，并未在實際生產中發(fā)揮其應有的作用;所以粉體靜電防災技術的研究與開發(fā)任重道遠，新技術的開發(fā)與已有技術的優(yōu)化，尚有很多工作要做。概括地說，有關粉體生產防靜電災害應用技術的研究開發(fā)，從控制危害源因素和防災減災作用的角度考慮，已經形成了以下兩大類以降低粉體靜電危險性為目的的工程應用技術[27 —33]：一類是以控制粉體靜電起電量(改變接觸起電介質的材料特性，采用粉體消電措施，采取防靜電涂層與合理接地加速靜電泄放等)、控制放電類型(如防止形成擊穿場強較大的絕緣層，避免產生能量大的傳播型刷形放電等)為目的所采用的技術;另一類是以控制可燃物點燃特性(如加強通風，可燃氣置換，控制切粒所形成的細微粉塵，注入惰性物質等)為目標而采取的技術措施。目前我國有關部門正在計劃制定有關的粉體防靜電災害操作規(guī)程[34 —37]。值得注意的是，在特定條件下，由于粉體生產過程的工藝條件或環(huán)境條件的限制，粉體靜電放電火花有可能點燃、引爆可燃物質，為了減緩災害的破壞性，防止災害的進一步擴大，應采取防災減災措施。主要的應用技術有阻爆、隔爆、泄爆和抑爆技術等，以及與之配套的可燃氣、可燃粉塵的溫度和壓力等監(jiān)測監(jiān)控技術。目前，靜電源監(jiān)測相結合的粉體靜電防爆減災控制體系正在完善之中結束語

綜上所述，有關粉體靜電危險性與防靜電災害技術方面的研究工作涉及面廣、任務繁雜，難度較大。本文僅就其中的有關方面，結合作者近年來所做的有關具體研究工作，進行了相關專題的調查研究與統(tǒng)計分析，介紹了粉體工業(yè)生產中的靜電危險性分析方法與防靜電災害技術的最新研究成果，有關研究結果近年來已經陸續(xù)應用于粉體工業(yè)的具體生產實際，解決了企業(yè)安全生產中的有關技術難題，取得了良好的社會效益與經濟效益。作者希望有關粉體靜電測試研究方法、粉體靜電起電與放電研究方法、粉體靜電危險性評價方法、粉體靜電危險性分級理論與粉體防靜電災害技術措施等重要研究結果，在今后的研究與具體應用實踐工作中得到進一步的完善、補充和檢驗。

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第三篇：實驗講義 無機粉體的水熱合成

實驗8 無機粉體的水熱合成

一、實驗目的

1．了解無機粉體水熱合成的原理； 2．掌握無機粉體水熱合成的方法。

二、基本原理

納米材料是納米粉料經過燒結或復合得到的塊體材料，可以是金屬、陶瓷或復合材料。納米材料具有傳統(tǒng)晶體材料和非晶體材料都不具備的優(yōu)良特性，例如納米金屬的高強度、高電導率和高彈性；納米陶瓷的超塑性、低溫燒結性等。自1984年德國科學家H.Gleiter教授及合作者制造出一-9種由納米(lnm=10m)量級的超細粉料壓制燒結而成的固體材料，到現(xiàn)在短短20多年里，包括納米材料在內的納米科技引起了世界科技先進國家的高度重視，并已成為連接多學科、迅速發(fā)展的研究熱點。

制備納米材料的先決條件是制出尺度在1一100nm的粉末。目前，制備納米粉末的方法可分3大類：物理方法、化學方法和物理化學綜合法?；瘜W方法主要包括水熱法、水解法、溶融法和溶膠一凝膠法等。其中，用水熱法制備納米粉體技術越來越引起人們的關注。

水熱法(Hydrothermal Process)，又名熱液法，是指在密封壓力容器中，以水(或其它溶劑)作為溶媒(也可以是固相成份之一)，在高溫(>100℃)、高壓(>9.81MPa)的條件下，研究、加工材料的方法。水熱法最早是在地質學領域開始應用的，之后應用于基礎研究，如物理化學(相平衡、溶解度測定、礦化劑作用、反應動力學、物理缺陷等)；地球化學、礦物學與巖石學(高溫高壓礦物相平衡、實驗巖石學、熱液活動、成巖成礦模擬、地熱利用等)；在應用研究，如材料制備(單晶生長、粉體制備、薄膜和纖維制備、材料合成、材料處理等)；材料加工(成型一燒結、刻蝕一拋光、陶瓷表面金屬化等)；材料評價(器皿水熱腐蝕與破壞)；廢物處理(垃圾再生、核廢料固定等)以及新型建筑材料等眾多方面得到廣泛的應用和發(fā)展。

1.水熱法原理和裝置（1）水熱法原理

水熱法制備納米粉體的化學反應過程是在流體參與的高壓容器中進行。高溫時，密封容器中一定填充度的溶媒膨脹，充滿整個容器，從而產生很高的壓力。外加壓式高壓釜則通過管道輸人高壓流體產生高壓。為使反應較快和較充分進行，通常還需在高壓釜中加人各種礦化劑。水熱法一般以氧化物或氫氧化物作為前驅體，它們在加熱過程中的溶解度隨溫度升高而增加，最終導致溶液過飽和并逐步形成更穩(wěn)定的氧化物新相。反應過程的驅動力是最后可溶的前驅物或中間產物與穩(wěn)定氧化物之間的溶解度差。嚴格說來，水熱技術中幾種重要的納米粉體制備方法或反應過程的原理并不完全相同，即并非都可用這種“溶解一沉淀”機理來解釋。反應過程中有關礦化劑的作用、中間產物和反應條件對產物的影響等問題尚不十分清楚。

水熱法最大的特點在于反應發(fā)生在高溫高壓流體中，因而溶媒的性質和高壓反應裝置的研究非常重要。水熱法借助高壓釜可以獲得通常條件下難以獲得的幾個納米到幾十納米的粉末。水熱法制得的粉體粒度分布窄，團聚程度低，成份純凈，而且制備過程污染小、成本低。

（2）高壓釜

水熱法的必備裝置是高壓反應器一高壓釜。高壓釜按壓力來源可分內加壓式和外加壓式。內加壓是靠釜內一定填充度的溶媒在高溫時膨脹產生壓力，而外加壓式則靠高壓泵將氣體或液體打人高壓釜產生壓力。高壓釜按操作方式可分間歇式和連續(xù)式。間歇式是在冷卻減壓后得到產物，而連續(xù)式可不必完全冷卻減壓，反應過程是連續(xù)循環(huán)的。間歇式和連續(xù)式水熱反應裝置分別示于圖1、2。

粉體制備常用間隙式高壓釜，高壓釜材料的選用情況對于溫度、壓力、耐腐蝕和水熱反應時間的限制起決定作用。高壓釜的壽命、可靠程度依賴于高壓釜設計、選用材料成份和性質、使用溫度和壓力以及使用頻率等。高壓釜常用的材料是低碳鋼、不銹鋼、合金鋼等。為了防止內封流體對釜腔的污染，一般高壓釜還針對不同的溶媒加相應的防腐內襯，如A1203襯、R襯，Teflon襯等。

2.水熱法制備納米陶瓷粉體方法

水熱過程制備納米陶瓷粉體有許多不同的途徑，它們主要有：水熱沉淀、水熱結晶、水熱合成、水熱分解、反應電極埋弧和水熱機械一化學反應。

水熱法制粉工藝具有能耗低、污染小、產量較高、投資較少等特點，而且制備出的粉體具有高純、超細、自由流動、粒徑分布窄、顆粒團聚程度輕、晶體發(fā)育完整并具有良好的燒結活性等許多優(yōu)異性能。

（1）水熱沉淀(Hydrothermal Precipitation)水熱沉淀是水熱法中最常用的方法。制粉過程通過在高壓釜中的可溶性鹽或化合物與加入的各種沉淀劑反應，形成不溶性氧化物和含氧鹽的沉淀。操作方式可以是間歇的，也可以是連續(xù)的。制粉過程可以在氧化、還原或惰性氣氛中進行。

（2）水熱結晶法（Hydrothermal Crystallization）

水熱結晶法是以非晶態(tài)氫氧化物、氧化物或水凝膠作為前驅物，在水熱條件下結晶成新的氧化物晶粒。這種方法，可以避免沉淀一鍛燒和溶膠一凝膠法制得的無定形納米粉體的團聚，而且也可作為用這兩種方法或其它方法制備的粉體解團聚的后續(xù)處理的重要步驟。

(3)水熱合成（Hydrothermal Synthesis）

水熱合成是將二種或二種以上成份的氧化物、氫氧化物、含氧鹽或其它化合物在水熱條件下處理，重新生成一種或多種氧化物、含氧鹽的方法。

(4)水熱分解（Hydrothermal Decomposition）

氫氧化物或含氧鹽在酸或堿溶液中，水熱條件下分解，形成氧化物粉體；或氧化物在酸或堿溶液中再分散為細粉的過程稱水熱分解。

（5）水熱機械一化學反應（Hydrothermal Mechanochemical Reaction）

水熱機械一化學反應是一種在水熱條件下，通過安裝在高壓釜上的攪拌棒攪動放置于高壓釜中的球體和溶媒，并同時實現(xiàn)化學反應生成微粉粒子的方法。借助機械攪拌可以防止生成的微晶過分長大。

水熱法是制備高質量納米陶瓷粉體極有應用前景的方法。業(yè)已通過水熱法，在不同溫度、壓力、溶媒和礦化劑條件下實現(xiàn)了多種不同成份納米級陶瓷粉體制備。但總體說來，水熱條件下納米粉體制備工藝，包括粉末粒徑及分布的有效控制、粉末的分散和表面處理，以及納米粉末形成過程與機理、水熱法納米材料合成等問題仍在探索和發(fā)展階段。在另一方面，受水熱過程物理化學變化的限制，目前制出的納米粉體多是氧化物、含氧鹽以及羥基化合物。研究廣泛用于現(xiàn)代陶瓷材料的氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等納米粉體的水熱法原理和工藝有重要意義。

三、實驗器材

1.高壓水熱反應器（水熱釜）1個 2.磁力攪拌器 1臺

3.燒杯 400ml 1只；200ml 1只 4.量筒 100ml 1只 5.移液管 20ml 1支

6.膠頭滴管、玻璃棒 各1支 7.洗瓶 1個

8.電熱鼓風干燥箱（最高溫度300℃）

9.抽濾裝置（抽濾漏斗、抽濾瓶、真空泵）1套

高壓水熱反應器（水熱釜）

四、實驗步驟

本實驗在吸取前人研究成果的基礎上，以廉價的鈦酸四丁酯(Ti(C4H9O)4)，氫氧化鋇(Ba(OH)2·8H2O)為原料，通過加入氫氧化鈉（NaOH）作為礦化劑，利用水熱反應方法來制備納米鈦酸鋇粉體。

如果條件允許，可進一步研究各種反應因素對產品的影響規(guī)律，以及通過透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）、熱重分析（TGA）等檢測手段對產品晶體進行分析。

1.水熱反應制備鈦酸鋇納米粉體流程圖 2.操作步驟

按照鈦鋇之摩爾比為1：1進行實驗，計算各原料的用量；NaOH濃度為2~10mol/L，本實驗可選用10mol/L。

（1）稱取一定量的八水合氫氧化鋇和氫氧化鈉；加到200ml燒杯中，加入50ml蒸餾水，攪拌使之盡可能溶解；

（2）量取40ml無水乙醇，加入到400ml燒杯中（潔凈干燥的燒杯，先放入1枚攪拌磁子）；（3）用移液管量取一定量的鈦酸四丁酯溶液，加到盛有40ml無水乙醇的燒杯中，置于磁力攪拌器上，開啟磁力攪拌器，調節(jié)適當?shù)霓D速，進行強力攪拌；

（4）在強力攪拌狀態(tài)下，將氫氧化鋇與氫氧化鈉混合溶液，逐次小量滴加到鈦酸四丁酯乙醇溶液中，控制滴加速度，控制沉淀物的產生；

（5）在將氫氧化鋇與氫氧化鈉混合溶液全部滴加完畢后，繼續(xù)強力攪拌，直至得到均勻的混合溶液；

（6）測試溶液的PH值，要求溶液PH值在12以上（必要時添加氫氧化鈉調節(jié)）；

（7）根據(jù)高壓水熱反應器（水熱釜）容量，將溶液倒入其內腔中，要求填充率在70%左右；不足時，可加入蒸餾水補充，但應注意保持溶液PH值在12以上；

（8）將反應釜內腔裝入反應釜金屬殼體中，按反應釜結構要求裝好、旋緊上蓋；

（9）將裝好溶液的反應釜平穩(wěn)地放到干燥箱中，調節(jié)溫度220℃，開始加熱，在220℃保溫2hr；然后關閉烘箱電源；

（10）反應完畢，取出水熱釜，冷卻到室溫后，打開上蓋，取出內膽；

（11）將水熱反應完畢的溶液倒入真空抽濾裝置（鋪好濾紙）的抽濾漏斗中，利用36%醋酸洗濾3—5遍，然后用蒸餾水清洗直中性；

（12）將洗濾得到的產物，小心移入小燒杯中，自然干燥或烘干即得到鈦酸鋇納米粉體。

必要時，可通過XRD、SEM、TEM以及粒度分析等手段，對水熱反應得到的鈦酸鋇納米粉體進行分析表征。

五、注意事項

1.實驗過程中要認真、仔細操作；

2.要嚴格按照高壓水熱反應器（水熱釜）的結構要求進行裝配； 3.注意反應釜內溶液的添加量一般不得超過其總有效容積的90%；

4.水熱反應為高壓反應，要注意反應溫度的控制及反應體系的選擇，確保整個反應系統(tǒng)的安全控制。

六、思考題

1.水熱法合成無機材料粉體的主要特點是什么？

2.為什么高壓水熱反應器（水熱釜）中溶液的添加量一般不得超過其有效容積的90%？ 3.本實驗中，水熱反應后的產物，為何要用36%醋酸進行洗濾？

第四篇：粉體總結

1、等面積球當量徑—與顆粒同表面積的球的直徑；有助于描述粉末的成型過程及燒結過程，較適用于無氣孔和輕微粗糙度表面的顆粒體系

2、由不同大小的顆粒組成的集合體由不同大小的顆粒組成的集合體——多分散系統(tǒng)

3、體是研究微小顆粒的集合體。當集合體顆粒大小相等或粉體是研究微小顆粒的集合體。當集合體顆粒大小相等或近似相等——單分散系統(tǒng)

4、目：系指在篩面的25.4mm（1英寸）長度上開有的孔數(shù)。20－120目（900－125um)[目數(shù)/2.5]2=孔數(shù)/cm2

5、TEM觀察粉體的特點：能給出不同等效原理（如等面積圓、等效短徑等）的粒度分布。能觀察顆粒形貌。能直接觀察顆粒分散狀況、分體樣品的大致粒度范圍、是否存在低含量的大顆?；蛐☆w粒情況等等。

6、頻率分布曲線上的最高點是頻率的極大值，表示最多數(shù)量的顆粒，其對應尺寸稱為最多數(shù)徑Dm（或眾數(shù)直徑，（或眾數(shù)直徑，modal diamater），其數(shù)量的多少可計算其面積。若曲線是關于Dm對稱，即符合正態(tài)分布(normal distribution),此時，Dm=平均粒徑 =Dmed（中位徑）median diameter

7、累積分布曲線與頻率分布曲線互為積分與微商的關系，若取同一橫坐標，則累積分布曲線上各點斜率實際上，累積分布曲線與頻率分布曲線互為積分與微商的關系，若取同一橫坐標，則累積分布曲線上各點斜率dR/dD，即為頻率分布曲線縱坐標上相應各點之值。，即為頻率分布曲線縱坐標相應各點之值。頻率分布曲線上任一點的縱坐標表示某粒徑頻率分布曲線上任一點的縱坐標表示某粒徑D為中心的顆粒在dD范圍內占物料百分數(shù)為范圍內占物料百分數(shù)為dR，在頻率分布曲線之下，粒徑為，在頻率分布曲線之下，粒徑為D以左所包含的面積占曲線以下所包含面積百分比即為累積百分數(shù)以左所包含的面積占曲線以下所包含面積百分比即為累積百分數(shù)R%。

8、累積分布——反映粒度變化不敏感，要求出斜率→粒度變化，斜率大，粒度變化大；但數(shù)量上反映較為明顯，從縱坐標可以看出，計算方便，工業(yè)生產常用。頻率分布——反映頻率變化，是動態(tài)變化，顆粒組成的變化，但不表示數(shù)量（各粒級數(shù)量的多少要計算面積）。研究工作中常用的方法。

9、D50：一個樣品的累計粒度分布百分數(shù)達到50%時所對應的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%，D50也叫中位徑或中值粒徑。D50常用來表示粉體的平均粒度。D97：一個樣品的累計粒度分布數(shù)達到97%時所對應的粒徑。它的物理意義是粒徑小于它的的顆粒占97%。D97常用來表示粉體粗端的粒度指標。中位徑Dmed

10、定量描述粒子幾何形狀的方法：形狀指數(shù)（shape index）、形狀系數(shù)（shape factor）和粗糙度系數(shù)（roughness factorfactor）。單顆粒外形的幾何量的各種無因次組合稱為形狀指數(shù);形狀系數(shù)——在表示顆粒群性質和現(xiàn)象的函數(shù)關系中，把與顆粒形狀有關的因數(shù)作為一個系數(shù)加以考慮；粗糙度系數(shù)反映顆粒表面微觀結構

11、用透射電鏡可觀察納米粒子平均直徑或粒徑的分布，可以直接觀察顆粒是否團聚，電鏡觀察法測量得到的是顆粒度而不是晶粒度．粗顆粒使用光學顯微鏡，SEM較TEM可觀察到更多關于顆粒形狀和表面結構信息，立體感強些。X射線是測定晶粒度的最好方法（當顆粒為單晶時，該法測得是顆粒度）對于混合多組分顆粒系統(tǒng)，由于組分密度不同，顆粒形狀不同，要測量顆粒的大小電鏡是較好的方法。

12、② 顆粒組成（顆粒分布）：?激光法, 光透射：重力沉降 > 1μm，離心沉降 > 0.01μm 13.TEM觀察法測量得到的是顆粒度而不是晶粒度。X射線衍射線寬法是測定晶粒度的最好方法。當顆粒為單晶時，該法測得的是顆粒方法。當顆粒為單晶時，該法測得的是顆粒度。當顆粒為多晶時，該法測得的是組成單個顆粒的單個晶粒的平均晶粒度這種測量個顆粒的單個晶粒的平均晶粒度。這種測量法只適用于晶態(tài)的超微粉晶粒度的評估。實驗表明晶粒度≤50時測量值與實際值驗表明，晶粒度≤50nm時，測量值與實際值相近，反之，測量值往往小于實際值。

13、透氣法—不受微觀結構變化的影響，由顆粒大小，聚集體狀態(tài)決定。只反映出外表面積不受微觀結構變化的影響，由顆粒大小，聚集體狀態(tài)決定。只反映出外表面積的大??；

14、BET法—顆粒的總表面積：除包括顆粒大小，聚集體狀態(tài)外還包括了顆粒的裂紋溝槽聚集體狀態(tài)外，還包括了顆粒的裂紋，溝槽的內表面，因此其數(shù)值較上法大的多

15、比表面積的測定范圍約為0.1-1000m2／g，以ZrO2粉料為例，顆粒尺寸測定范圍為lnm～l0μm．

16、UFP的制備方法：①長大法或者稱化學法或者造粒法，合成法——通過化學反應或物相變化，從物質的原子、離子或分子入手, 經過成核和成長、收集兩階段；使顆粒在控制之下長大到要求的大小，這是使顆粒尺寸由小到大的制備方法——納米粉體的制備方法

②碎細法或者稱粉碎法、機械法——這種方法是通過對粗顆粒的粉碎，使其微細化從而成UFP。這是使顆粒尺寸由大變小的方法。是制備微米級顆粒的傳統(tǒng)粉碎法的延伸。顆粒粒徑在10～0.1μm范圍，以兩個數(shù)量級范圍內的顆粒為對象——微米粉體制備 18單分散顆粒系統(tǒng)，其粒度分布呈正態(tài)分布

19振動磨制備的粉體粒度分布較窄、純度較高物料。振動磨除粉碎效率較高外，另一個優(yōu)點是物料在磨中翻動，從而使物料不易團聚

20氣流粉碎機亦稱(高壓)氣流磨或噴射磨或流能磨，是常用的超細粉碎設備之一。高速氣流(300—500m／s)或過熱蒸汽(300-400℃)的能量，使顆粒相互產生沖擊、碰撞、摩擦而實現(xiàn)超細粉碎的設備。降低入磨粒度，可得到平均粒徑1μm的產品。

21、隨著顆粒微細化，細小顆粒之間的吸附作用，例如范德華引力、靜電力、顆粒表面的水份附著力等；或者由于斷裂后在新表面上產生的剩余價鍵帶正或負電荷的結構單元或化學游離基的作用，使小顆粒聚結或附聚而成為大顆粒

22、根據(jù)生產工藝的要求，把粉碎產品按某種粒度大小或不同種類顆粒進行分選的操作過程稱為分級。方法：干法分級和濕法分級

23、顆粒分級可以避免團聚

24、流體是空氣時稱為干式分級，利用水或者液體時則稱為濕式分級。

25、凡是通過擠壓、剪切、摩擦、磨剝、拉伸等作用對固體、液體、氣體施加機械能，誘發(fā)一系列的物理化學性質的改變，稱之力化學，或機械力化學。

26、經粉磨后物料活性有所提高的原因經粉磨后，物料活性有所提高的原因是什么？

答：活性提高的主要因素——無定形化的作用；活性提高的次要因素——顆粒尺寸 變小比表面積增大

27、機械力誘發(fā)的一系列變化可用X射線衍射、差熱分析、紅外光譜、反氣相色譜法、溶解速度變化密度變化等進行研究

28、助磨劑一般為表面活性物質，具有降低比表面能和“楔入”粒子裂縫的作用。物料在細磨過程中，粒子逐步細化，比表面積增大，其表面因斷鍵而荷電，粒子相互吸附并出現(xiàn)團聚使粉碎效率下降，加入少量助磨劑可以防止粒子團聚，改善物料，流動性，從而提高 研磨效率，縮短研磨時間。

29、顆粒在比較弱的引力作用下結團——附聚體；顆粒在比較強的化學鍵作用下結合為整體——聚結體

30、助磨劑作用機理：a.削弱固體顆粒強度——軟化劑。裂紋的存在、擴展導致斷裂，助磨吸附在裂紋上平衡了裂紋表面的剩余價鍵及電荷，避免裂紋愈合，提高了物料的易碎性。b.防止顆粒并合聚結——分散劑。平衡了顆粒表面上的剩余價鍵，使顆粒之間的附聚力得到屏蔽，避免顆粒的聚結,抑制粉碎逆過程，故有利于粉碎過程進行。

第五篇：冷凍干燥技術在制藥領域的應用

摘要：隨著社會經濟的發(fā)展和人民物質生活水平的日益提高，人們對身體健康也提出了新要求。藥品作為保障人類身體健康的重要成分，如何保證藥效的穩(wěn)定性、藥物的高質性深受業(yè)內人士的重視。冷凍干燥技術作為目前藥品生產中最為關鍵的環(huán)節(jié)，其在藥物生產穩(wěn)定方面深受業(yè)內人士的關注。本文主要對冷凍干燥技術概念、原理、特點進行分析，著重探討了其未來發(fā)展和應用前景，旨在為同行工作提供參考。

關鍵詞：冷凍干燥技術；制藥工藝；應用情況

新世紀，物質生活不斷豐富、生活節(jié)奏的不斷加快使得人們對生活質量也提出了新要求，這也促使了人類對健康認識的全面。制藥工藝的改革力度的不斷深入，無論是生產技術還是生產理念，都出現(xiàn)了巨大的轉變。基于這種社會發(fā)展形勢，冷凍干燥技術在制藥領域引起了人們的高度重視，并形成了一個涉及范圍廣、工作效率高的工作方式。藥品冷凍技術在應用中是集制冷、真空技術為一體的綜合性技術，但在工作中，由于冷凍干燥技術的應用容易受到外界環(huán)境的干擾，為此必須要提前進行嚴格的改革和設計，促使這門技術在應用中朝著理想、可靠的方向發(fā)展。

一、冷凍干燥技術概述

冷凍干燥技術是一種在低溫條件下對產品進行干燥處理的一種工藝，其具備著常規(guī)干燥條件下不可比擬的工作優(yōu)勢。這種干燥技術最早出現(xiàn)于十九世紀世紀初期，是在食品加工領域應用較多的一種，直至上個世紀后期才在制藥領域得到使用。這種技術的出現(xiàn)對于制藥生產而言可謂是一個質的飛躍，對制藥行業(yè)的發(fā)展有著極大的推動和促進作用。

1、冷凍干燥技術概念

為了生存，人類每天都需要攝取食物中所含有的水分；為了生存，人類保存食物、藥物必須要除去水分，為了更好的生存，人類很多生活資料必須要徹底的去除水分。在這種時代背景下，我們便會發(fā)現(xiàn)干燥技術是一個多么重要的工作。干燥技術是保證物質不致腐敗和變質的主要方法之一，是目前社會生產領域中最為常見的工作。冷凍干燥技術作為一項干燥新技術，在近年來的社會發(fā)展中得到了廣泛的應用，尤其是在食品生產、藥品生產和農副業(yè)加工等領域中，更是成為產品保鮮、保質的主要手段。所謂的冷凍干燥技術也被人們廣泛的稱之為動感技術，是溫度在0℃以下進行水分去除的一種技術。

2、特點

在現(xiàn)階段的社會發(fā)展中，干燥技術的應用不斷深入，這也使得干燥技術的使用方法得到了極大的優(yōu)化和改進。冷凍干燥技術作為一種工作新技術，其主要的特點表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1、冷凍干燥法通常都是在低溫條件下進行的，其在應用的過程中熱敏性的物質在高溫干燥條件下容易產生性能變化，而采用冷凍干燥方法則有效的避免了這一問題的產生。

2.2、冷凍干制品藥液在凍結前進行分裝，劑量十分準確，同時在制藥生產中對于藥品的生產優(yōu)勢也較為明顯。

2.3、冷凍干燥過程中避免了化學、物理和霉菌等相關變化模式，其需要確保制品的物理性質不變。因此在應用之中采用冷凍干燥方法進行處理，這對于提升藥品穩(wěn)定性十分有效。

2.4、冷凍干燥方法的選用有助于藥品穩(wěn)定性。在藥品生產中，凍結條件下的藥性經濟危機穩(wěn)定，避免了藥物失衡而產生的藥效流失。這種方法的應用中，藥物在在干燥之后，雖然其體積一定程度上縮小、變化，但是其顏色和形狀以及成分基本不變，避免了濃縮現(xiàn)象的產生。

2.5、在冷凍干燥技術的應用中，干燥后的材料多呈現(xiàn)出疏松多孔的工作方式，一般都成海綿狀，這種狀態(tài)之下的復水性能好、溶解度較為迅速，物料在水中溶解的時候其冰晶的形態(tài)出現(xiàn)較多，即容易融入無機鹽等相關的物料之中，避免了一般干燥無機鹽隨著水分表面淺議而出現(xiàn)變化以及硬化模式。

二、冷凍干燥技術工作原理及發(fā)展現(xiàn)狀

在科學技術大力發(fā)展的新時代，健康越來越被人們重視。但是，要想達到良好的健康狀態(tài)，就必須要更加有效的進行疾病治療、疾病預防，減輕患者痛苦和藥物所產生的副作用，在這種時代背景下，我們必須要大力發(fā)展制藥新技術，這樣使得冷凍技術出現(xiàn)受到人們的重視。

1、工作原理

藥品的冷凍干燥技術的應用是一個從藥品的準備、預凍、升華乃至吸收干燥、密封為一體的工作環(huán)節(jié)，其在工作中主要的工作原理是在低溫作用下，將藥品中的溶液迅速凍結，進而在真空的條件下進行升華干燥，同時出去在這個時候所產生的冰晶問題，再通過分解作用來去除藥品中存在的水分，最終得到干燥的藥品。

2、冷凍干燥技術的發(fā)展現(xiàn)狀

在目前的制藥生產工作中，冷凍干燥技術的應用極為廣泛，尤其是在國內的西藥制取中，更是得到了深入的使用。但是就目前的應用現(xiàn)狀而言，由于受到各種因素的影響，使得其中還存在著諸多的問題，這些問題主要表現(xiàn)在以下方面：

2.1、藥品準備環(huán)節(jié)

藥品的成份都將會影響到冷凍干燥的效果。藥液的生物活性度、藥液共熔點以及藥液中的液體和固體的比例都是進行藥品凍干加工的重要參考指標。為保證新產品的凍干能順利進行，制藥企業(yè)應重視藥品凍干加工研究，通過熱分析法測定藥品共熔點，還可以通過凍干實驗記錄下不同成份的藥液對凍干過程中各項指標的不同要求，積極進行凍干效果對比，尋求最佳解決方案。

2.2、藥液預凍環(huán)節(jié)

預凍是冷凍干燥技術中重要環(huán)節(jié)，預凍的目的是要固化自由水和物化結合水，并保證產品的主要性能穩(wěn)定、物質結構合理。若藥液預凍沒有做好，產品凍結不實，會影響所產生的冰晶的形態(tài)和大小，并進一步影響藥品制作后期的干燥速率及質量。

三、冷凍干燥技術的應用優(yōu)勢 藥液在凍干前分裝，分裝方便！準確！可實現(xiàn)連續(xù)化； 處理條件溫和，在低溫低壓下干燥，有利于熱敏物質保持活性，可避免高溫高壓下的分解變性，以實現(xiàn)蛋白質不會變性； 含水量低，凍干產品含水量一般在1%～3%，同時在真空，甚至可在通n2保護情況下干燥和保存，產品不易被氧化，有利于長途運輸和長期保存； 產品外觀優(yōu)良，為多孔疏松結構且顏色基本不變，復水性好，凍干藥品能迅速吸水還原成凍干前狀態(tài)。

四、結語

通過冷凍干燥技術制備藥品，能最大限度地避免藥品產生變性或失去生物活力，已在醫(yī)藥領域得到廣泛地應用。但因藥品制備過程中的復雜性和冷凍干燥技術的綜合性，在藥品冷凍干燥過程會產生多種應力，容易使藥品發(fā)生不同程度的變性，而且凍干法本身也存在速率低、時間長、能耗高和設備投資大等缺點。因此，制藥企業(yè)應結合生產實踐，在確保質量的基礎上，就如何實現(xiàn)節(jié)能降耗、降低生產成本等問題進行深入研究，進一步優(yōu)化和改進冷凍干燥技術。