粉体工程（吴玉胜）

粉体材料科学与工程属于新兴的综合性学科，涉及材料、化工、电子、机械、冶金、医药等学科的知识。随着科学技术的快速发展，在粉体材料制备、粉体材料改性、粉体材料分析检测等方面的新技术和高端设备的不断更新和发展下，粉体工程学的内涵不断拓展，对粉体材料的制备、表征及应用也有了更高的要求。作为新时代的科技人员，从事粉体材料科学与工程相关领域的研究，需要了解掌握微米及纳米尺度粉体材料的制备方法、改性技术和表征手段等知识。 
本书结合国家新工科专业的创新性改革发展对材料科学与工程学科的教学要求和粉体材料高纯化、纳米化的发展趋势，在粉体工程、超微粉体加工技术、纳米材料制备技术、粉体材料表面改性、粉体测试与分析等现有相关著作论述的基础上编写而成。本书不仅涉及对微米级粉体的制备与表征内容的论述，也涉及对纳米粉体材料的制备与表征内容的论述，实现了全尺寸粒径粉体材料的相关知识论述，能更好地满足广大读者的需要。 
本书由吴玉胜、李明春、王昱征、李来时四位老师共同编写完成，其中吴玉胜老师负责第7、8、9章的编写和全书的统稿工作，李明春老师负责第4、5、6章的编写工作，王昱征老师负责第2、12、13章的编写工作，李来时老师负责第1、3、10、11章的编写工作。在本书的编写过程中也得到了沈阳工业大学功能材料教研室其他同仁的大力支持，在此表示感谢。 
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏之处，希望读者批评指正。 

编者 
2022.3

《粉体工程》以粉体为研究对象，以相关理论为基础，系统论述了粉体粒度分析及测量、粉体填充与堆积特性、粉体的润湿及粉体层静力学、超微粉体特性、粉体制备技术与方法、粉体的分散与表面改性、粉体材料的输送与贮存、混合与造粒、粉尘的危害与防护等内容。详细介绍了固相法、液相法和气相法制备粉体材料的方法。本书可作为粉体材料科学与工程或无机非金属材料工程专业及相关专业本科生或研究生的教材，也可作为在相关工程领域从事研究和技术工作人员的参考用书。

吴玉胜，沈阳工业大学，教授、博士生导师；获批辽宁省特聘教授、辽宁省百千万人才百人层次、辽宁省优秀人才第 一层次、沈阳市优秀教师；中国材料研究学会青年工作委员会理事。2006年进入沈阳工业大学无机非金属材料工程专业从事教学与科研工作，2011-2014年于沈阳黎明航空发动机集团有限公司从事博士后工作，2013年在日本立命馆大学进行短期学习。主要研究方向为先进粉体材料制备与表征、氧化铝生产新技术、固体废弃物绿色资源化。作为项目负责人先后主持国家自然科学基金、国家科技重大专项、辽宁省自然科学基金等纵向课题10项，承担企业委托课题14项。共发表论文50余篇，被SCI、EI收录40余篇。以第 一发明人身份申请国家发明专利10项，授权7项。先后获省部级科技奖励3项，其中辽宁省科学技术奖二等奖1项、三等奖2项。

第1章　绪论 001 
1.1　粉体的基本定义 001 
1.2　粉体工程研究的内容 001 
1.3　粉体颗粒的种类 003 
1.3.1　原级颗粒 003 
1.3.2　聚集体颗粒 003 
1.3.3　凝聚体颗粒 004 
1.3.4　絮凝体颗粒 004 
1.4　粉体的分类及特点 005 
1.5　与粉体有关的产业 005 
1.5.1　以粉体为主体的相关产业 005 
1.5.2　在生产工艺的重要部分与粉体相关的产业 005 
1.6　粉体工程的学习任务 006 

第2章　粉体粒度分析及测量 007 
2.1　单颗粒的粒度 007 
2.1.1　三轴径 007 
2.1.2　定向径 008 
2.1.3　当量直径 009 
2.2　颗粒形状因数 010 
2.2.1　扁平度m与延伸度n 010 
2.2.2　形状系数 010 
2.2.3　球形度 011 
2.3　粒度分布 012 
2.3.1　频率分布 012 
2.3.2　累积分布 014 
2.3.3　频率分布和累积分布的关系 015 
2.3.4　表征粒度分布的特征参数 015 
2.4　颗粒粒度的测量 018 
2.4.1　粒度测量方法 018 
2.4.2　粒度测量方法的选择 023 
2.4.3　粉体试样的取样方法 024 

第3章　粉体填充与堆积特性 028 
3.1　粉体的填充评价指标 028 
3.1.1　堆积密度B 028 
3.1.2　填充率 028 
3.1.3　空隙率 028 
3.1.4　配位数k(n) 028 
3.2　粉体颗粒的填充与堆积 029 
3.2.1　等径球体颗粒的填充 029 
3.2.2　不同尺寸球形颗粒的填充 031 
3.2.3　实际颗粒的堆积 033 

第4章　粉体的润湿 035 
4.1　粉体颗粒的作用力 035 
4.1.1　范德瓦耳斯力 035 
4.1.2　静电引力 036 
4.1.3　毛细力 036 
4.1.4　磁性力 036 
4.1.5　机械咬合力 036 
4.2　粉体层中的液体 036 
4.3　粉体表面的润湿性 037 
4.4　液桥 038 
4.5　液体在粉体层毛细管中的上升高度 041 
4.5.1　抽吸压力（抽吸势） 041 
4.5.2　液体在粉体层毛细管中的上升高度 042 
4.6　粉体润湿的应用 043 

第5章　粉体层静力学 045 
5.1　粉体的摩擦特性 045 
5.1.1　内摩擦角 045 
5.1.2　安息角 051 
5.1.3　壁摩擦角及滑动摩擦角 052 
5.1.4　运动摩擦角 052 
5.2　粉体压力计算 053 
5.2.1　詹森（Janssen）公式 053 
5.2.2　料斗的压力分布（锥体） 055 

第6章　超微粉体特性 057 
6.1　表面效应 057 
6.2　小尺寸效应 059 
6.3　量子效应 060 
6.4　磁学性质 062 
6.4.1　磁学性能 062 
6.4.2　磁电阻性能 063 
6.5　电学性质 065 
6.6　催化性质 065 
6.6.1　催化剂的定义 065 
6.6.2　催化反应基本特征 065 
6.6.3　催化剂组成 067 
6.6.4　催化剂主要分类 068 
6.6.5　非均相催化的催化反应速率与颗粒尺寸的关系 068 

第7章　固相法制备粉体 070 
7.1　机械粉碎法制备粉体原理及技术 070 
7.1.1　粉碎的基本概念 070 
7.1.2　被粉碎物料的基本物性 073 
7.1.3　材料的粉碎机理 077 
7.1.4　粉碎工艺 087 
7.1.5　粉碎机械力化学 093 
7.2　热分解法 099 
7.2.1　草酸盐的分类 100 
7.2.2　草酸盐的热分解 100 
7.2.3　氧化锌超细粉体的制备 102 
7.3　固相反应法 104 

第8章　气相合成超微粉体材料 105 
8.1　气相合成原理 105 
8.1.1　气相合成超微粉体生成条件 106 
8.1.2　气相合成中的粒子成核 107 
8.1.3　气相合成中的粒子生长及粒径控制 109 
8.1.4　气相合成中的粒子凝聚 110 
8.1.5　气相合成中的粒子形貌控制和表面修饰 111 
8.2　物理气相合成 111 
8.2.1　蒸发-冷凝法中的几个基本问题 112 
8.2.2　真空蒸发-冷凝法 113 
8.2.3　惰性气体蒸发-冷凝法 114 
8.2.4　蒸发-冷凝法中的加热方式 115 
8.3　化学气相合成 117 
8.3.1　金属超微粉 117 
8.3.2　氧化物超微粉体 117 
8.3.3　氮化物超微粉体 118 
8.3.4　碳化物超微粉体 119 
8.3.5　化学气相合成进展 119 
8.3.6　化学气相合成中的加热方式 120 

第9章　液相合成超微粉体材料 123 
9.1　液相化学合成技术的特征与类型 123 
9.2　沉淀法合成超微粉体材料 123 
9.2.1　直接沉淀法 123 
9.2.2　共沉淀法 124 
9.2.3　均匀沉淀法 125 
9.3　溶剂蒸发法合成超微粉体材料 126 
9.3.1　喷雾干燥法 127 
9.3.2　喷雾热解法 127 
9.3.3　冷冻干燥法 131 
9.4　醇盐水解法合成超微粉体材料 134 
9.5　水热合成超微粉体材料 135 
9.5.1　高温高压下溶液的水解 135 
9.5.2　盐溶液的水热反应 135 
9.5.3　包含相变的水热反应过程 136 
9.5.4　金属水热反应制备氧化物超微粉体 137 
9.6　溶胶-凝胶法合成超微粉体材料 138 
9.6.1　胶体的性质 138 
9.6.2　正离子水解制备溶胶 139 
9.6.3　溶胶-凝胶法制备超微粉体材料 141 
9.7　液相合成超微粉体材料过程的工程特征 141 

第10章　粉体的分散与表面改性 143 
10.1　粉体的分散 143 
10.1.1　粉末颗粒在空气中的分散 143 
10.1.2　固体颗粒在液体中的分散 144 
10.2　粉体表面改性 151 
10.2.1　概述 151 
10.2.2　表面改性剂及作用 153 
10.2.3　粉末颗粒的表面改性方法 157 
10.2.4　表面改性工艺 161 
10.2.5　表面改性设备 162 
10.2.6　改性效果评价 167 

第11章　粉体材料的输送与贮存 168 
11.1　粉体材料的输送 168 
11.1.1　胶带输送 168 
11.1.2　螺旋输送 171 
11.1.3　气力输送 175 
11.2　粉体材料的贮存 181 
11.2.1　粉体贮存的作用 181 
11.2.2　粉体贮存的分类 181 
11.2.3　粉体流动的流型 182 
11.2.4　粉体贮仓初步设计 191 
11.2.5　颗粒贮存和流动时的偏析 192 
11.2.6　结拱效应 194 

第12章　混合与造粒 197 
12.1　混合 197 
12.1.1　混合机理 197 
12.1.2　混合过程 197 
12.1.3　影响混合的因素 198 
12.1.4　混合程度的评价 200 
12.1.5　混合机的类型 201 
12.2　造粒 203 
12.2.1　造粒定义 203 
12.2.2　造粒的目的 203 
12.2.3　造粒方法 204 

第13章　粉尘的危害与防护 207 
13.1　粉尘的定义 207 
13.2　粉尘的来源及分类 207 
13.2.1　生产过程与生产性粉尘的来源 207 
13.2.2　粉尘的分类 208 
13.3　粉尘的特性 208 
13.3.1　粉尘的润湿性 208 
13.3.2　粉尘的分散度 208 
13.3.3　粉尘的溶解度 209 
13.3.4　粉尘的荷电性 209 
13.3.5　粉尘的爆炸性 210 
13.4　粉尘对人体健康的影响 210 
13.4.1　粉尘在呼吸道的沉积 210 
13.4.2　粉尘从肺内的排出 210 
13.4.3　粉尘对人体的致病作用 210 
13.5　粉尘的爆炸性危害 211 
13.5.1　粉尘爆炸机理及特点 211 
13.5.2　影响粉尘爆炸的因素 212 
13.6　粉尘爆炸的预防与防护 213 
13.6.1　粉尘爆炸的预防 213 
13.6.2　粉尘爆炸的防护 214 

参考文献 216 

《粉体工程》以粉体为研究对象，以相关理论为基础，系统论述了粉体粒度分析及测量、粉体填充与堆积特性、粉体的润湿及粉体层静力学、超微粉体特性、粉体制备技术与方法、粉体的分散与表面改性、粉体材料的输送与贮存、混合与造粒、粉尘的危害与防护等内容。详细介绍了固相法、液相法和气相法制备粉体材料的方法。本书可作为粉体材料科学与工程或无机非金属材料工程专业及相关专业本科生或研究生的教材，也可作为在相关工程领域从事研究和技术工作人员的参考用书。

吴玉胜，沈阳工业大学，教授、博士生导师；获批辽宁省特聘教授、辽宁省百千万人才百人层次、辽宁省优秀人才第 一层次、沈阳市优秀教师；中国材料研究学会青年工作委员会理事。2006年进入沈阳工业大学无机非金属材料工程专业从事教学与科研工作，2011-2014年于沈阳黎明航空发动机集团有限公司从事博士后工作，2013年在日本立命馆大学进行短期学习。主要研究方向为先进粉体材料制备与表征、氧化铝生产新技术、固体废弃物绿色资源化。作为项目负责人先后主持国家自然科学基金、国家科技重大专项、辽宁省自然科学基金等纵向课题10项，承担企业委托课题14项。共发表论文50余篇，被SCI、EI收录40余篇。以第 一发明人身份申请国家发明专利10项，授权7项。先后获省部级科技奖励3项，其中辽宁省科学技术奖二等奖1项、三等奖2项。