1、球磨效率随球磨时间的延长而降低，物料的细度也趋于缓慢减小。长时间球磨不但不会是物料继续显著变细，还会引入其他较多的杂质。所以，球磨时间应在满足适当细度的基础上尽量缩短。为避免在球磨过程中杂质的引入，一般球磨时间不可过长，球磨罐的镶衬里可用相应材料制成的瓷件、橡皮或耐磨塑料等，磨球可用氧化铝瓷球，玛瑙球、与原料组成相同的瓷球等。三，实验仪器及药品球磨机，天平，氧化锆球，氢氧化钡，钛酸丁酯，酒精四、实验步骤1.称量氧化锆球300g，装入球磨罐2.称量31.6g氢氧化钡装入球磨罐，倒入50ml的酒精作为助磨剂3.将球磨罐放入球磨机球磨4小时后取出4.配置钛酸丁酯的酒精溶液。将34g钛酸丁酯溶于100
2、ml的酒精中，备用。5，待氢氧化钡球磨4小时后取出，向球磨罐中加入钛酸四丁酯的酒精溶液，球磨12小时后。取出烘干或自然风干。6.将干燥后的钛酸钡进行研磨后准备进行下一步的粒度分析与成型试验。实验项目二： 无机陶瓷粉体粒度的测定1.了解粉体粒度的相关概念。2.了解粉体颗粒度的物理意义及其在科研与生产中的作用、对钛酸钡陶瓷生产的影响3.了解激光粒度仪的测试原理。4.掌握用激光粒度分析仪测定粉状物粒度的方法及相关分析方法。粒度测试是通过特定的仪器和方法对粉体粒度特性进行表征的一项实验工作。在所有反映粉体特性的指标中，粒度分布是所有应用领域中最受关注的一项指标，所以客观真实地反映粉体的粒度分布是一项非
3、常重要的工作。近年来,随着电子工业的发展,对陶瓷元件提出了高精度,高可靠性,小型化的要求. 为了制造高质量的陶瓷元件,关键之一就是要实现粉末原料的超细,高纯和粒径分布均匀. 研究可以制备粒径可控, 粒径分布窄及分散性好的钛酸钡粉体材料的方法且能够大量生产成为了一个研究热点.（一）粒度测试的基本概念 1.颗粒：颗粒是在一定尺寸范围内具有特定形状的几何体，如图1所示。颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、油珠等液体颗粒。由大量不同尺寸的颗粒组成的颗粒群称为粉体。图1 颗粒一般形状2.等效粒径：由于颗粒的形状多为不规则体，因此用一个数值很难描述一个三维几何体的大小。只有球型颗粒可以用一个数值来描述它的大小，
4、因此引入等效粒径的概念。等效粒径是指当一个颗粒的某一物理特性与同质的球形颗粒相同或相近时，我们就用该球形颗粒的直径来代表这个实际颗粒的直径。那么这个球形颗粒的粒径就是该实际颗粒的等效粒径。一个高100m，直径20m的圆柱的等效球体直径为39m。我们再看比它大一倍的圆柱体（即一个高200m，直径20m的圆柱）效球体直径为49.3m。可见，等效颗粒的直径与实际颗粒的某个方向的尺寸并不成比例增加或减少，这也是粒度测试数据有时与一般直观方法（或直观感觉）不一致的原因之一。但无论如何，等效粒径将随颗粒的体积变化而变化，我们可以而且只能根据等效球体判断实际颗粒是变大了还是变小了，这是目前几乎所有粒度测试仪
5、器和方法的基本原理。3.粒度分布：用特定的仪器和方法反映出的不同粒径颗粒占粉体总量的百分数。有区间分布和累计分布两种形式。区间分布又称为微分分布或频率分布，它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。累计分布也叫积分分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。（二）粒度测试中的典型数据：1.体积平均径D4,3：这是一个通过体积分布计算出来的表示平均粒度的数据。是激光粒度测试中的一个重要的测试结果。2.中值：也叫中位径或D50，这也是一个表示平均粒度大小的典型值，该值准确地将总体划分为二等份，也就是说有50%的颗粒大于此50%的颗粒小于此值。现在，中值被广泛地用于评价样品平均粒度的一个量。3.最频值：
6、最频值就是频率曲线的最高点所对应的粒径值。如果粒度分布呈高斯分布形态。则平均值，中值和最频值将恰好处在同一位置；如果这种分布是双峰分布或其它不规则的分布，则平均直径、中值径和最频径则各不相同，如图5。由此可见，平均值、中值和最频值有时是相同的，有时是不同的，这取决于样品的粒度分布的形态。4.D97：D97一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%。这是一个被广泛应用的表示粉体粗端粒度指标的数据。图2 不同粒度分布的典型值（三）激光法的粒度测试原理激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和极强的方向性
7、，所以一束平行的激光在没有阻碍的无限空间中将会照射到无限远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。如图3所示。图3 激光束在无阻碍状态下的传播示意图当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象，如图4。散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角。散射理论和实验结果都告诉我们，散射角的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的角就越小；颗粒越小，产生的散射光的角就越大。在图4中，散射光I1是由较大颗粒引起的；散射光I2是由较小颗粒引起的。进一步研究表明，散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样，在不同的角度上测量散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。图4 不同粒径的颗粒产生不同角度
8、的衍射角为了有效地测量不同角度上的散射光的光强，需要运用光学手段对散射光进行处理。我们在图4所示的光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜，在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器，这样不同角度的散射光通过富氏透镜就会照射到多元光电探测器上，将这些包含粒度分布信息的光信号转换成电信号并传输到电脑中，通过专用软件用Mie散射理论对这些信号进行处理，就会准确地得到所测试样品的粒度分布了，如图5所示图5 激光粒度仪原理示意图（四）各种粒度测试方法优缺点1.激光法优点：测试范围宽（最好的激光粒度仪的测量范围是0.04-2000um，一般的也能达到0.1-300um）， 测试速度快（1-3分钟/次），
9、自动化程度高，操作简便，重复性和真实性好，可以测试干粉样品，可以测量混合粉、乳浊液和雾滴等。缺点：不宜测量粒度分布很窄的样品，分辨率相对较低。2.沉降法沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同测量粒度分布的一种方法。它的基本过程是把样品放到某种液体中制成一定浓度的悬浮液，悬浮液中的颗粒在重力或离心力作用下将发生沉降。大颗粒的沉降速度较快，小颗粒的沉降速度较慢，根据Stokes定律可知，沉降速度与颗粒直径的平方成正比。因此，只要测量出颗粒的沉降速度，就可以准确地得到颗粒的直径了。原理直观，分辨率较高，价格及运行成本低。测量速度慢，不能处理不同密度的混合物。结果受环境因素（比如温度）和人为
10、因素影响较大。3.筛分法成本低，使用容易。对小于400目的干粉很难测量。测量时间越长，得到的结果就越小，这是因为 颗粒不断调整它们自己来通过筛孔，所以要得到一致的结果，必须使测量次数及操作方法标准 化。不能测量射流或乳浊液；在测量针状样品时这会得到一些奇怪的结果，比如加工前和加工后 的筛余量差不多。4.显微镜检测法可以直接观察颗粒的形貌，可以准确地得到球型度、长径比等特殊数据。代表性差，操作复杂，速度慢，不宜分析粒度范围宽的样品。三、实验设备及样品制备（一）仪器：BT-2003激光粒度分析仪。见图6图6 BT-2003 粒度仪的原理图1.测试范围：0.04-600m；2.2.误差：1%（标样D
11、50偏差）（二）测试对象：1.各种纳米，亚微米超细材料：包括纳米碳酸钙、超细钛白粉、超细石墨微粉、超细二氧化硅以及其它超细研究和生产领域。 2.各种非金属粉：如重钙、轻钙、滑石粉、高岭土、石墨、硅灰石、水镁石、重晶石、云母粉、膨润土、硅藻土、黏土等。3.各种金属粉：如铝粉、锌粉、钼粉、钨粉、镁粉、铜粉以及稀土金属粉、合金粉等。4.其它粉体：如催化剂、水泥、磨料、医药、农药、食品、涂料、染料、荧光粉、河流泥沙、陶瓷原料、各种乳浊液等。（三）试样要求：1.在介质中呈悬浮液状态。2.试样无磁性。3.粉体粒度尽可能均匀，大小在仪器指标范围内。4.粉体和溶剂必须不互溶。（四）介质要求：1.不使样品发生溶
12、解、膨胀、絮凝、团聚等物理变化。2.不与样品发生化学反应。3.对样品的表面应具有良好的润湿作用。4.透明纯净无杂质。1依次打开“激光粒度仪”“循环进样系统”计算机桌面“百特激光粒度分布仪分析系统Ver 6.0” 2打开电脑软件，查看“设置-光学参数”，填好所测试物质的中文名称及介质名称，若软件数据库中没有所测物质或介质，界面右上角单击“添加物质”，添加所测物质名称及折射率，返回上一个界面，最后点击“确认”, 系统自动进行“Mie”计算。3查看“设置-测试参数”：浓度范围10-60（经验值：20-40），样品比重2.7，循环次数为10，连续次数为6，其它均为0；分析模式：自由分布2；光学模式：M
13、ie；分级模式：百分点，粒径点；打印格式：系88级中文；粒径列显示与排序：区间显示，升序。4. 点击“测试”“文档”填写相关测试信息 。5.点击“文件”“数据库设置” 设置数据存档位置。6. 向已经清洗干净的BT-801循环泵加入大约800ml的水（水位刚好没过传感器），打开循环泵、超声波， 5s后关闭循环泵， 5s后再打开，重复多次，直到消除介质中气泡。7. 打开“测量-常规测试”观察背景值，范围在2-6之间的某一个数值左右变化，同时20-80通道之间不能有信号。此状态为正常，系统提示最佳状态。然后点“确认”减掉背景，等待进程指示条结束。8. 屏幕出现浓度过低请加入样品，加入样品（原则，少量
14、多次），加到合适浓度后，停止加入样品，等待分散（可以点击“实时”观察粒度变化，直到浓度稳定），然后点击“连续”开始测试。9.等待软件分析结束后出来连续的几个结果，双击“平均值”一行，点击Excel，输入样品名称，再把结果保存到数据库里面即可。测试一个样品至少要保存两组结果，保证测试的重现性。之后可对测试结果进行查询、打印、比较、合并等。10. 测试完毕，将样品排掉，加入纯净水反复冲洗干净，最后向循环泵中注满纯净水，关机（关机顺序与开机相反）。11.数据处理查询：点击“查询”“数据库选取”选中所要查询的样品，右下角点击“查询”，即可查看“数据”、“图形”、“典型结果”等，且测试结果可打印输出或转
15、换为Excel格式。比较/合并：点击“样品” “比较/合并”选中所要操作的数据“添加”到比较/合并对话框中，点击“确定”，即可自动比较/合并多个样品的测试图像和典型结果（最多6个）。3）导出：点击“样品” “导出”选中所要操作的数据“导出”，即可整体或分项转存为Excel格式。五、实验内容及要求1教师现场讲解激光法测粒度的基本原理，要求学生分组练习实验操作。2给出一种粉体，测试其粒度分布，并对测试结果作出解释。六、注意事项：1.在循环泵内没有水或者排水的情况下，禁止打开超声波。2连续使用仪器12个小时以上，至少要休息2个小时。3要保证实验室内的环境，干净无灰尘。4每个操作人员每次要保证浓度的统
16、一，超声时间的统一，取样品时要搅拌均匀。5.不得向循环池中加入直径大于1mm的样品或其他杂物，这样将对离心叶片造成损坏。6.循环时保证液面应高于伸到循环池中的两个出水口，否则容易使气泡带入水中。实验项目三： 无机陶瓷粉体胚体的制备（1）掌握陶瓷材料的成型及烧结办法；（2）掌握烧结温度对陶瓷性能的意义；（3）掌握压片及烧结炉的使用。1、成型现代陶瓷材料生产中，常用成型方法包括挤压成型、干压成型、热压铸成型、注浆成型、轧膜成型、等静压成型和流延成型等。本实验采取的是干压成型采用干压成型时，造粒是重要的工艺之一。造粒工艺是将已经磨得很细的粉料，经过干燥，加黏合剂，做成流动性好的约0.1mm左右的颗粒
17、。2、烧结使成型的坯体在高温作用下致密化，完成预期的物理化学反应，使陶瓷件具有需要的组成结构和物理化学性能过程。陶瓷坯体在烧结过程中要发生一系列复杂的物理化学变化，如原料的脱水、氧化分解、易熔物的熔融、液相的形成、旧晶相的消失、新晶相的生成以及新生化合物量的不断变化，液相的组成、数量和粘度的不断变化。与此同时，坯体的孔隙率逐渐降低，坯体的密度不断增大，最后达到坯体气孔率最小，密度最大时的状态称为烧结。烧结时的温度称为烧结温度。若继续升温，升到一定温度时，坯体开始过烧，这可通过试样过烧膨胀出现气泡、角棱局部熔融等现象来确定。烧结温度和开始过烧温度之间的温度范围称为烧结温度范围。坯料的烧成温度范围
18、，与其配方组成、化学组成及颗粒组成密切相关。根据烧成温度范围的定义，可以利用收缩率、密度等指标来确定烧结温度。烧结过程通常分为从室温至最高烧成温度时的升温阶段、高温时的保温阶段和从最高温度降至室温的冷却阶段，有时还包括烧成后的处理阶段。2.1 升温阶段在升温阶段BaTiO3由斜方转变为六方结构，之后又由内六方转变为四方结构的相变温度。此阶段升温速度不宜过快。2.2 保温阶段各组分充分进行物理和化学变化，以获得要求的致密、结构和性能。2.3 冷却阶段伴随液相凝固、析晶、相变等BaTiO3陶瓷一般使用硅碳棒箱式炉、双管窑等炉具进行烧成的，具体的烧成制度应根据瓷料的组成，类型及要求的材料结构性能和不
19、同的窑炉类型制定，BaTiO3基铁电陶瓷烧成时应保持氧化性气氛，防止由于还原气氛使部分Ti4+转变成Ti4+，产生氧空位，从而导致BaTiO3陶瓷介质的损耗显著增大，电性能恶化。BaTiO3基铁电陶瓷在烧成时，必须合理选用不与之发生反应且具有一定耐温的垫板和垫料，常用的垫料或隔黏料有ZrO2或与瓷料组成相同的BaTiO3烧结粉料。烧成时还要注意应避免胚料中高温时挥发性组分挥发以及对同窑烧成的其他胚料的污染，如胚料中含有Bi2O3时，在烧成时易挥发的Bi2O3挥发可能对其他胚料造成污染或使陶瓷件的组成偏离原设计。通常烧成时，采用将配件放入专用匣钵中，再加盖密封的方法。三、实验仪器高温箱式电炉，压
20、力成型机，成型模具（若干套）原料：钛酸钡粉体（实验项目一所制备）；聚乙二醇（400）。1、配料，利用天平称取一定量的BaTiO3，并避免在称量过程中引入其他杂质。2、研磨，将称量好的BaTiO3用研钵研细。3、造粒，将研细的BaTiO3中加入增塑剂，加工成2040目的较粗团粒，使之具有较好的流动性及黏结性。4、成型，装料前将模具内侧涂上机油；装料后，将模具放在压力成型机工作台上加压，至预定压力后停止加压，保压一段时间后缓慢卸压；取出下压头，加压脱模。5、坯体干燥，将压制成型后的试件编号，然后放入干燥箱中烘干。6、烧成。为防止试件在高温时与垫板粘结，在Al2O3垫板上均匀撒一层Al2O3粉末，将
21、试件放于垫板上送入炉膛内，关闭炉门；设定升温曲线，加热。7、待箱式炉冷却后，取出试件，待下一环节测试实验项目四： 钛酸钡陶瓷比表面积的测试1、掌握材料比表面积的工作原理及测试方法；2、了解影响气孔率对钛酸钡介电常数及瓷体硬度的影响因素钛酸钡粉体经烧结抽形成钛酸钡陶瓷，钛酸钡陶瓷并不是完全致密的块体材料，里面会含有不同数量的气孔。不同条件的粉料、不同烧结条件形成的陶瓷气孔率也不同，气孔对于材料的机械强度、硬度和介电性能等有着极大的影响。对于钛酸钡陶瓷，气孔是不希望的。因此，测试陶瓷的气孔率对于分析钛酸钡的介电性能、指导钛酸钡分体的制备以及陶瓷的烧结条件有着重要意义1、比表面积的测试方法 比表面积
22、分析测试方法有多种,其中气体吸附法因其测试原理的科学性，测试过程的可靠性，测试结果的一致性，在国内外各行各业中被广泛采用，并逐渐取代了其它比表面积测试方法，成为公认的最权威测试方法。氮气因其易获得性和良好的可逆吸附特性，成为最常用的吸附质。氮吸附法根据吸附过程和吸附质确定方式的不同又分为连续流动法和静态法。静态法根据确定吸附吸附量方法的不同分为重量法和容量法；重量法是根据吸附前后样品重量变化来确定被测样品对吸附质分子（N2）的吸附量，由于分辨率低、准确度差、对设备要求很高等缺陷已很少使用；容量法测定样品吸附气体量多少是利用气态方程来计算。在预抽真空的密闭系统中导入一定量的吸附气体，通过测定出样
23、品吸脱附导致的密闭系统中气体压力变化，利用气态方程P*V/T=nR换算出被吸附气体摩尔数变化。根据计算比表面积理论方法不同可分为：直接对比法分析测定、Langmuir法比表面积分析测定和BET法比表面积分析测定等。直接对比法仅适用于与标准样品吸附特性相接近的样品测量，BET理论在比表面计算方面在大多数情况下与实际值吻合较好，被比较广泛的应用于比表面测试，通过BET理论计算得到的比表面又叫BET比表面。2、比表面测试原理图1气体吸附法测定比表面积原理，是依据气体在固体表面的吸附特性，在一定的压力下，被测样品颗粒（吸附剂）表面在超低温下对气体分子（吸附质）具有可逆物理吸附作用，并对应一定压力存在确
24、定的平衡吸附量。通过测定出该平衡吸附量，利用理论模型来等效求出被测样品的比表面积。由于实际颗粒外表面的不规则性，严格来讲，该方法测定的是吸附质分子所能到达的颗粒外表面和内部通孔总表面积之和，如图1所示意位置。本实验测试采用低温（避免化学吸附）静态容量法，计算采用BET理论通过这种方法测定的比表面积我们称之为“等效”比表面积，所谓“等效”的概念是指：样品的比表面积是通过其表面密排包覆（吸附）的氮气分子数量和分子最大横截面积来表征。实际测定出氮气分子在样品表面平衡饱和吸附量（V）， 通过不同理论模型计算出单层饱和吸附量（Vm），进而得出分子个数，采用表面密排六方模型计算出氮气分子等效最大横截面积（
25、Am），即可求出被测样品的比表面积。计算公式如下： （1）Sg: 被测样品比表面积 （m2/g） Vm: 标准状态下氮气分子单层饱和吸附量（ml） Am: 氮分子等效最大横截面积（密排六方理论值Am = 0.162 nm2）W:被测样品质量（g） N:阿佛加德罗常数 （6.02x1023） 代入上述数据，得到氮吸附法计算比表面积的基本公式： （2）由上式可看出，准确测定样品表面单层饱和吸附量Vm是比表面积测定的关键。BET理论计算是建立在Brunauer、Emmett和Teller三人从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式基础上，即著名的BET方程： （3）P: 吸附质分压 P0: 吸附剂饱和
26、蒸汽压V: 样品实际吸附量 Vm: 单层饱和吸附量C：与样品吸附能力相关的常数由上式可以看出，BET方程建立了单层饱和吸附量Vm与多层吸附量V之间的数量关系，为比表面积测定提供了很好的理论基础。图2BET方程是建立在多层吸附的理论基础之上，与许多物质的实际吸附过程更接近，因此测试结果可靠性更高。实际测试过程中，通常实测35组被测样品在不同气体分压下多层吸附量V，以P/P0为X轴，为Y轴，由BET方程做图进行线性拟合，得到直线的斜率和截距，从而求得Vm值计算出被测样品比表面积，见图2。 图2SSA-4300型孔隙比表面仪，见图3。1.比表面分析范围为：最小0.1m2/g，无上限，2.孔径的分析范
27、围为：0.35400nm。3.样品管材料：石英玻璃。（二）样品取样量比表面积（m2/g）11-33-1010-3030-100100-800800装样量（g）55-33-22-11-0.30.3-0.150.15图3 SSA-4300型空隙比表面仪 图4 六站式前处理器（一）样品前处理（本实验需将试样称量后放入前处理器中烘干24h，再进行测试分析。见图4）1.将样品管称重并记录（注意加塞子总重）。2.用长颈漏斗将一定量的样品倒入称量好的样品管内（注意样品管与塞子对应；长颈漏斗不可离开样品管，平行取出，样品管内壁不可沾有样品）。3.将样品管固定在前处理器上：先将螺母套入样品管（小径口朝上，注意不要打碎样品管），再套入硅胶圈，使得螺母的上表面与样品管平齐或略低于样品管。然后将螺母连接到前处理器样品接口上，并拧紧螺母。（注意整个过程样品管竖直，防止样品挂壁，无法参与N2吸附，造成测试偏差）。4.将连好的样品管放入加热包内，并在加热包口上盖上玻璃棉。5.接上前处理器的电源，同时将真空泵的电源线接头插入热处理器背侧的接口上，将透明齐鲁管接到真空泵的抽气口上，拧紧。将面板上黑色开关打到“低速”，热处理器右侧黑色开关打到“抽气”，打开热处理器开关，设置样品处理温度（最高温度保证样品的物理化学性能不变），一般为300以下。6.10min后，将面板上黑色开关打到“高速”，等
