粉体的粉体
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发布时间：2022-04-22 06:42
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时间：2022-06-16 17:27
拆字思义，“粉”乃将米粉碎而成，“粒”乃米的存在，这两个字形象地表明了古人对粉体和颗粒的认识。一尺之棰，日取其半，万世不竭。这是《庄子·天下》中对物质微细化过程的直接描述，它形象简洁地阐明了颗粒无限可分的概念。《金刚经》也记录过释迦佛陀多次以恒河中沙尘颗粒个数来比喻宇宙之大：河中沙粒之多，再以一粒沙比喻成为一条河，又可以无穷无尽地放大到无垠的空间。
古代先贤早已对颗粒构成的大千世界有了清楚的认识，而且这种无限、不断可分与放大的“尽虚空，遍法界”的多尺度思想和宽广的意境对我们认识粉体、认识颗粒有着及其重要的启发作用。
人类对客观世界的认识是从微观、介观和宏观等不同层次上进行的，认知范围的扩大与内容的深入，不断增强着人类对掌控客观世界的能力。对于人们热心的粉体技术来说，从构成原子的微粒子到充满无数星球的天体群，都在不同尺度上反应了颗粒（个体）与粉体（群体）之间的密切关系。 固体颗粒的集合体定义为粉体。表示粉体的词汇有粒体（granule），粉体（powder），粉粒体（particulatematter），大颗粒的集合体习惯上称之为粒体，小颗粒的集合体称之为粉体。
粉体是指离散状态下固体颗粒集合体的形态。但是粉体又具有流体的属性：没有具体的形状，可以流动飞扬等。正是粉体在加工、处理、使用方面表现出独特的性质和不可思议的现象，尽管在物理学上没有明确界定，我们认为“粉体”是物质存在状态的第4种形态（流体和固体之间的过渡状态）。这是在认识论层面上从各个领域归纳抽象出粉体和加工过程共性问题的基础。
粉体是由大量颗粒及颗粒间的空隙所构成的集合体，粉体的构成应该满足以下3个条件，①微观的基本单元是小固体颗粒；②宏观上是大量的颗粒的集合体；③颗粒之间有相互作用。
颗粒是构成粉体的最小单元，工程研究的对象多为粉体，进一步深入研究的对象则是微观的颗粒。颗粒微观尺度和结构的量变，必将带来粉体宏观特性的质变。 粉体的特性包括颗粒物性和颗粒集合体的物性，这两方面是粉体材料引人注目的重要理由。
首先，分析一个颗粒微观尺度量变到宏观性能质变的例子。
表1表示出具有立方结晶格子的固体（假设原子间距为2×10-10m时）不断地被细化时，固体颗粒表面的原子数占固体颗粒整体原子数的比率。粒径在20μm颗粒表面的原子数占整体的比率几乎可以忽略；但是粒径小到2nm时，构成颗粒原子的半数在表面上，造成颗粒表面能的增加。这就是超微颗粒具有与通常固体不同物性的原因之一。反应性、吸附性等与表面相关的物理化学性质，随着粒径的变小而强化。
粒径细化将使材料表现出奇特的性质：通常金的熔点大约是1060℃，但当把金细化到3nm的程度时，在500℃左右就融化了；铁强磁性体具有无数个磁畴，但当铁颗粒细化到磁畴大小时则成为单磁畴构造，可以用作磁性记录材料。
固体颗粒细化时表现出的微颗粒物性，作为材料使用时具有多种优异性能。这种量变到质变的哲学思想，是粉体技术赖以立足的磐石。
表1固体被细化引起表面原子数比率变化 1边的原子数 表面的原子数 颗粒整体原子数 表面原子数占整体的比率,[%] 粒径及粉体实例 2
3
4
5
10
100
1,000
10,000
100,000 8
26
56
98
488
58,800
6×106
6×108
6×1010 8
27
125
1,000
1×106
1×109
1×1012
1×1015 100
97
87.5
78.5
48.8
5.9
0.6
0.06
0.006 2nm
20nm，胶体二氧化硅
200nm，二氧化钛
2μm，轻质碳酸钙
20μm，水泥 为了说明这一理论磐石的重要性，我们再来分析两个颗粒微观尺度量变到宏观性能质变的例子。
比表面积与活性：例如边长为25px的立方体颗粒，其比表面积是6×10-4m2，不断地将其细化，若细化成边长为1μm的立方体颗粒群时，总比表面积是6m2；若细化成边长为0.1μm的立方体颗粒群时，总比表面积是60m2；细化成边长为0.01μm的立方体颗粒群时，总比表面积是600m2。颗粒的细化导致比表面积急剧增大，将促进固体表面相关的反应。特别是当超微颗粒表面富于活性的情况下，效果会更明显。
粉体细化与流动：粉体在容器中呈静止状态，但受力后能像液体一样地流出。若施加强作用力使粉体分散，能像气体一样扩散。图1-1形象地描绘了这些特性，粉体表现出类似于固-液-气三态的行为，这一特性在材料加工和输送处理方面十分有利，雷同于自然界的“飞砂、沙丘与砂岩形成的过程”。
