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中国粉体技术

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2026年05期

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流态化 | 铝熔体在多孔预制体渗流行为的数值模拟

流态化 | 铝熔体在多孔预制体渗流行为的数值模拟

摘要:【目的】揭示燃料颗粒多孔预制体内铝熔体的渗透演化规律,实现压力浸渗制备铝基弥散燃料元件的工艺调控。【方法】构建燃料颗粒多孔介质模型,采用相场法,对铝熔体在多孔预制体中的浸渗过程进行孔隙尺度模拟,系统分析浸渗压力、熔体黏度、接触角等参数对铝熔体浸渗行为的影响规律。【结果】入口浸渗压力越低,熔体流动优势通道现象越显著,浸渗饱和度越低;低黏度熔体能在极短时间内完成对多孔介质孔隙的填充,且浸渗饱和度较高,但也会因缺少黏性剪切的稳定流动作用而使孔隙空间内更多气体被困于孔道内部难以排出;毛细驱动力与入口浸渗压力呈现协同效应。【结论】熔体浸渗过程中的钉扎效应与弯液面几何形貌演化是导致孔隙内形成孤立气泡的主要因素。
流态化 | 初始位置对圆管泊肃叶流中颗粒惯性迁移的影响

流态化 | 初始位置对圆管泊肃叶流中颗粒惯性迁移的影响

摘要：【目的】探究初始位置对圆管泊肃叶流中单个中性浮力球形颗粒运动的影响，以准确预测颗粒全过程动力学行为。【方法】采用计算流体力学与离散元方法，建立数学模型，描述流体和颗粒的运动方程以及流体和颗粒的相互作用方程，在管道进口施加充分发展的泊肃叶流速度边界条件，设置出口为零压力边界，管道壁面无滑移；开展网格无关性验证与模型验证，验证网格的高精度和模型的可靠性，从4种升力作用分析典型雷诺数下颗粒的惯性迁移行为及其机制。
粉体加工 | 光固化3D打印多孔氧化铝陶瓷的制备及性能

粉体加工 | 光固化3D打印多孔氧化铝陶瓷的制备及性能

摘要：【目的】制备结构可控的多孔氧化铝陶瓷，探究结构与性能的关系。【方法】以合成的衣康酸基丙烯酸酯（itaconic acid-glycidyl methacrylate, IA-GMA）为预混液基体，聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate, PMMA）为造孔剂，加入光引发剂和分散剂，采用数字光处理（digital light processing, DLP）3D打印技术制备结构可控的多孔氧化铝陶瓷；研究浆料配比中氧化铝、分散剂和引发剂质量分数对流变与固化性能的影响，优化烧结工艺，通过微观结构表征和力学性能测试，探讨各工艺参数与陶瓷结构之间的构效关系。【结果】制备高性能、高稳定性的浆料最佳配比是氧化铝质量分数为80%，分散剂质量分数为2%，引发剂质量分数为0.15%，最佳烧结温度为1600℃；通过调节PMMA造孔剂含量（质量分数为5%~20%），陶瓷的开孔率从38.62%提升至61.27%，弯曲强度在5.47~14.9MPa内可调节。【结论】制备的多孔氧化铝陶瓷孔隙与力学性能之间具有协同可调性。
粉体加工 | 球壳形复合相变材料熔化特性的数值模拟

粉体加工 | 球壳形复合相变材料熔化特性的数值模拟

摘要：【目的】探究高导热球壳材料厚度、物性参数及颗粒堆积结构对于球壳形复合相变材料熔化过程的影响，实现对颗粒堆积床储热系统的结构优化。【方法】采用格子玻尔兹曼方法，建立传热流体-导热球壳-相变材料的多组分传热数学和物理模型，采用第一类边界条件，分别探究无量纲球壳厚度、导热系数、比热容和颗粒堆积密度对于相变材料熔化速率的影响。【结果】相变材料熔化时间随着球壳厚度增大而线性缩短；球壳相对厚度相同时，相变材料体积越大，熔化越慢；增大球壳材料的导热系数，并减小其比热容能够加快相变材料的熔化；颗粒床的熔化时间随着堆积密度的增大而呈指数缩短。【结论】添加高导热球壳能够有效缩短相变材料的熔化时间，球壳的导热系数应至少为相变材料导热系数的10倍以上，采用随机堆积形成的颗粒床结构能够有效提升熔化性能，进一步增大堆积密度获得的收益较为有限。
工程技术 | 低水胶比水泥胶砂的配合比优化与性能调控

工程技术 | 低水胶比水泥胶砂的配合比优化与性能调控

摘要：【目的】分析水泥胶砂的工作性能、力学性能及耐久性能的影响因素，制备综合性能优异的低水胶比水泥胶砂。【方法】采用三因素三水平正交试验法，确定胶砂比（胶凝材料和标准砂的质量比）、水胶比（水和胶凝材料的质量比）、SAC掺量（硫铝酸盐水泥(sulphoaluminate，SAC)替代基准水泥的质量分数）的最佳配合比；研究硅灰(silica fume，SF)、矿粉(slag，SL)、纳米二氧化硅(nano-SiO?，NS)、镁铝尖晶石粉(magnesium aluminum spinel powder，MAS)的掺量对水泥胶砂的工作性能、力学性能以及耐久性能的影响。【结果】在基准水泥、SAC、SF、SL与标准砂的总质量为2 kg、聚羧酸减水剂的质量分数为1%、养护龄期为28 d的条件下，当胶砂比为1.0、水胶比为0.18、SAC的质量分数为5%时，水泥胶砂的抗折强度为18.2 MPa，抗压强度为96.6 MPa，初始流动度为322 mm；掺入的SF、SL质量分数分别为5%、15%时，水泥胶砂试样的初凝时间、终凝时间分别为75.2、108.9 min，初始流动度、经时流动度分别为312、298 mm，抗压强度、抗折强度分别为101.5、22.1 MPa；掺入的NS的质量分数为0.3%时，水泥胶砂试样的流动度为295、272 mm，初凝时间、终凝时间分别为62、99 min，养护龄期分别为1、3、28 d时试样的抗折强度分别为13.7、19.7、23.5 MPa，抗压强度分别为62.6、85.8、108.1 MPa，电通量为384 C，综合性能最佳。【结论】水胶比对流动度和抗折强度影响最显著，胶砂比对抗压强度影响最大；适量掺入SF、SL可以提高水泥胶砂的力学性能，适量掺入NS可以改善水泥胶砂的耐久性能。
工程技术 | 时间依赖性对水泥基材料可打印性影响的数值研究

工程技术 | 时间依赖性对水泥基材料可打印性影响的数值研究

摘要：【目的】研究时间依赖性对于3D打印水泥基材料可打印性的影响。【方法】采用离散元法(discrete element method, DEM)研究有、无时间依赖性下的水泥基材料3D打印过程；使用JKR接触模型(Hertz-Mindlin with Johnson-Kendall-Roberts contact model)描述颗粒间的相互作用，通过调节JKR表面能参数来表征流变性能的时间依赖性；通过静置不同时间下的水泥基材料坍落度试验标定JKR接触模型参数。【结果】对于3D打印水泥基材料，考虑时间依赖性会降低挤出速度并缩短开放时间，3D打印水泥基材料的抗变形能力与湿坯强度显著提高。【结论】3D打印水泥基材料的流动性越好，可挤出性越强，较快的凝结硬化速率有助于改善挤出后性能。
颗粒性能 | 超纯水中有机碳及痕量尿素去除技术进展

颗粒性能 | 超纯水中有机碳及痕量尿素去除技术进展

摘要：【目的】探讨不同技术对超纯水中有机碳及痕量尿素的去除效果与影响机制，剖析不同工艺的优势、局限性与适配场景，实现高效深度去除有机碳。【研究现状】综述目前超纯水生产过程中的传统有机碳去除工艺，包括反渗透、离子交换和紫外辐照等多级协同工艺；针对超纯水生产过程中尿素的去除，探究生物降解法、物理吸附法、高级氧化法等一系列方法。【结论与展望】在超纯水生产过程中，以反渗透、离子交换、紫外光辐照为代表的传统工艺能有效去除大部分有机碳，但对尿素这类电中性、小分子、化学性质稳定的杂质去除效率甚微；高级氧化法展现出对痕量尿素的高效降解潜力，已成为当前研究的前沿与重点；集成化、低能耗的绿色技术是未来发展方向，但膜污染、能耗高及中性小分子去除效率低等问题仍须解决。
颗粒性能 | 碳基单原子催化剂催化降解水中有机小分子污染物的研究进展

颗粒性能 | 碳基单原子催化剂催化降解水中有机小分子污染物的研究进展

摘要：【目的】综述近年来碳基单原子催化剂(single-atom catalysts, SACs)在高级氧化体系中降解水中有机小分子污染物的研究进展,分析催化活性中心与反应机制,旨在为高效水处理催化材料的设计与制备提供依据。【研究现状】综述各类高级氧化技术,包括光化学氧化法、催化湿式氧化法、超声化学氧化法、臭氧氧化法、电化学氧化法、均相芬顿反应、非均相类芬顿氧化法、光芬顿和电芬顿氧化法;因为碳基SACs具有高原子利用率、明确的活性位点及可调控的电子结构,因而在高级氧化技术中展现出优异性能,能有效提升对氧化剂的活化效率,实现对水体有机小分子污染物的高效降解。
颗粒性能 | 核桃壳粉改性废弃风机叶片粉末填充聚丙烯复合材料的性能

颗粒性能 | 核桃壳粉改性废弃风机叶片粉末填充聚丙烯复合材料的性能

摘要：【目的】研究核桃壳改性废弃风机叶片(wind turbine blades, WTB)粉末填充聚丙烯(polypropylene, PP)复合材料的性能，分析多相体系界面相容性与韧性改善机制，实现废弃风电叶片的高值化物理回收与多源固废协同利用。【方法】采用力学性能测试、热重分析、氧指数测试及扫描电子显微镜等方法，分别探讨WTB添加量、核桃壳粉(walnut shell powder, WSP)用量以及PP-g-MAH(马来酸酐接枝聚丙烯)-硅烷偶联剂KH-550协同界面改性对复合材料结构与性能的影响。【结果】WTB的添加量为20~30 phr(每100份的树脂要配合添加的质量)时对PP呈现增强增脆效应，所有填料最佳比的最终试件的拉伸与弯曲强度提升但冲击韧性下降；当WSP添加量为20~25 phr时，复合材料拉伸强度、弯曲强度与冲击强度分别为30.8 MPa、36.1 MPa和34.8 J/m，较未添加体系的分别提升6.9%、12.2%和15.1%；经PP-g-MAH与KH-550协同改性后，界面结合显著改善，断裂形貌呈现韧性断裂特征；复合材料氧指数为25.6%，属可燃材料，热稳定性受WSP影响起始分解温度降低但成炭率提高。【结论】通过构建WTB-PP-WSP多元共混体系并实施双重界面改性，成功制备兼具良好力学性能与加工性能的高性能再生复合材料。
颗粒性能 | 以菱镁矿为原料制备大比表面积多孔羟基硅酸镁及其吸附性能

颗粒性能 | 以菱镁矿为原料制备大比表面积多孔羟基硅酸镁及其吸附性能

摘要：【目的】以菱镁矿为原料，制备具有良好吸附性能的大比表面积多孔羟基硅酸镁，推动菱镁矿资源高值化利用。【方法】通过煅烧-水化-碳化法将菱镁矿制成重镁水 (Mg(HCO₃)₂) 作为镁源，以正硅酸乙酯为硅源，采用水热法-煅烧法制备大比表面积多孔羟基硅酸镁；探究硅镁物质的量比、水热时间、水热温度及煅烧时间对产物显微结构、比表面积及孔径分布等的影响；并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、全自动比表面积分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪和电感耦合等离子体光谱仪对产物微观结构及吸附性能进行表征。【结果】当硅与镁的物质的量比为2:1、水热时间为8 h、水热温度为130 ℃，比表面积为630.36 m2/g，经过400 ℃、4 h煅烧后比表面积提高10.7%，为706.28 m2/g，说明煅烧对比表面积提高有较大影响。多孔羟基硅酸镁的形成过程包括3个阶段：正硅酸乙酯水解生成富含硅羟基的环状多聚硅烷醇中间体；重镁水中镁离子与该中间体通过Si—O—Mg键交联组装为层状骨架；羟基占据层间与表面位点，稳定结构的同时并促进孔形成，煅烧活化使羟基硅酸镁内部脱水形成新的孔道。通过络合反应对重金属离子产生吸附作用，对 Cu²⁺ 、 Cr³⁺ 和 Ni²⁺ 的最大吸附量分别为275、245、258 mg/g。【结论】以菱镁矿为原料制备多孔羟基硅酸镁，具有大的比表面积和良好的吸附性能，可应用于重金属离子吸附。
颗粒性能 | 氮掺杂与氧空位协同调控钒酸铟光催化性能及机制

颗粒性能 | 氮掺杂与氧空位协同调控钒酸铟光催化性能及机制

摘要：【目的】研究烷基氢氧化铵调控对钒酸铟 (InVO₄) 粉体光催化性能的影响机制，分析氮掺杂与氧空位协同作用对载流子行为的调控规律，实现材料光催化性能的提升。【方法】采用水热法制备 InVO₄ 、四乙基氢氧化铵调控 InVO₄(E-InVO₄) 以及四丁基氢氧化铵调控 InVO₄(B-InVO₄) 光催化剂，通过表征手段对其结构与电子特性进行表征；以双酚A(bisphenol A, BPA)为目标污染物，开展光催化降解与矿化性能测试。【结果】 E-InVO₄ 光催化剂带隙为2.48 eV，显著小于 InVO₄ 的2.60 eV；60 min内BPA去除率接近100%，总有机碳(total organic carbon, TOC)的去除率约为45%，表观反应速率分别是 B-InVO₄ 和 InVO₄ 的9.9倍和38.3倍；氧空位浓度最高，载流子复合最弱，明显优于对比样品。【结论】烷基氢氧化铵诱导的氮掺杂与氧空位协同作用通过带隙调控与电子捕获机制显著提升载流子分离效率，从而实现 InVO₄ 光催化性能的有效提高。
颗粒测试与表征 | 宽分布粒度标准物质的研制及在激光粒度仪性能评估中的应用

颗粒测试与表征 | 宽分布粒度标准物质的研制及在激光粒度仪性能评估中的应用

摘要：【目的】研制单峰宽分布粒度标准物质，并用于评价激光粒度仪的测量性能。【方法】采用喷雾成型-筛分法，制备11种粒径分别为20、25、30、40、50、60μm窄分布粒度标准物质，通过将窄分布标准物质按质量比例定量混合，获得呈拟正态分布和拟均匀分布的宽分布粒度标准物质（QBW12030和QBW12031）；窄分布标准物质的定值采用光学显微镜法；2种宽分布粒度标准物质的粒径量值由构成它们的窄分布标准物质的定值结果及混合比例计算得到；利用标准物质，对我国市售多种型号的激光粒度仪进行检验。【结果】激光粒度仪均能较准确地测量窄分布标准物质的 D_V(50) 值，绝大部分仪器测量误差在小于2%；对宽分布标准物质的测量误差明显大于窄分布标准物质，尤其是 D_V(1) 、 D_V(2.5) 、 D_V(97.5) 和 D_V(99) 的误差较大；测量均匀分布粒度标准物质的误差又大于测量正态分布标物的误差， D_V(1) 和 D_V(2.5) 的测量值总体上比标准值偏小，而 D_V(97.5) 和 D_V(99) 的测量值总体上比标准值偏大，即仪器测得的粒径分布峰较实际峰有所展宽；不同品牌的激光粒度仪之间测量宽分布标准物质的误差差异较大。【结论】所研制的标准物质稳定性良好，定值结果准确可靠；对激光粒度仪而言，准确测量宽分布样品（尤其是非正态分布样品）的 D_V(1) 、 D_V(2.5) 、 D_V(97.5) 和 D_V(99) 值，在未来仍然是一项挑战。
颗粒测试与表征 | 多形态散料离散元参数的协同标定方法与验证

颗粒测试与表征 | 多形态散料离散元参数的协同标定方法与验证

摘要：【目的】建立一套适应多种类和形态的物料的离散元参数协同标定方法，构建高保真散料参数数据库。【方法】通过物理实验测量各种类和形态的物料的粒径分布、休止角和堆积密度；根据物理实验实测参数和待标定参数范围，采用颗粒缩放模型确定离散元仿真试验所需的仿真参数值；通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken试验以及回归方程进一步确定最优参数组合；根据最优参数组合进行仿真试验，确定仿真休止角和仿真堆积密度，确定与物理实验测定值之间的仿真误差，实现对离散元参数标定方法的验证。【结果】在建立颗粒状、粉尘状和混合状散料的离散元颗粒模型时，黄豆、玉米、小麦和水稻缩放因子为1，粉煤灰、石灰粉、硫酸铵及散煤样品缩放因子为5。散料与散料之间的滚动摩擦系数对不同种类散料的休止角的影响率为66.1%~99.7%，显著高于泊松比、切变模量、散料与散料之间的恢复系数、散料与钢之间的恢复系数、散料与钢之间的滚动摩擦系数、Johnson-Kendall-Roberts(JKR)表面能等参数的影响率，JKR表面能对粉尘状物料的影响率为12.9%~20.9%。各散料回归模型的决定系数 R² 均大于0.95，信噪比均大于4。仿真休止角与实验值的相对误差均小于3%，仿真堆积密度与实验值的相对误差均小于7%。【结论】休止角回归模型拟合度良好，各散料的仿真堆积轮廓与实验堆积形态高度吻合，所标定的参数能够准确复现真实散料的宏观流动行为。
颗粒测试与表征 | 激光调控氧掺杂二硫化钼用于降钙素原的拉曼散射检测

颗粒测试与表征 | 激光调控氧掺杂二硫化钼用于降钙素原的拉曼散射检测

摘要：【目的】研究激光热效应调控氧掺杂二硫化钼(oxygen-doped molybdenum disulfide, O-MoS?)，用于降钙素原(procalcitonin, PCT)的特异性表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)检测方法。【方法】采用激光粗化钼片在表面形成三氧化钼(molybdenum trioxide, MoO?)，经高温气相硫化转化为二硫化钼(molybdenum disulfide, MoS?)，通过改变激光的欠焦距离，利用激光的热效应对MoS?进行O掺杂的方法制备O-MoS?；调控激光参数实现基底微观形貌、晶格结构调控从而实现SERS增强，以罗丹明6G(rhodamine 6G, R6G)为探针分子评价O-MoS?的SERS性能并对PCT进行检测。【结果】O-MoS?基底用于PCT的SERS检测具有稳定性和特异性，对PCT的检测限为0.45 μg·mL?1。【结论】激光热效应法可实现O原子在MoS?中的均匀掺杂，O掺杂能显著增强MoS?的SERS性能，O-MoS?基底检测具有较好的稳定性与特异性，为非贵金属SERS基底制备提供新路径，可用于细菌感染相关生物标志物检测。
颗粒制备 | 微米级碳化硅颗粒形貌分选实验及有效粒径阈值分析

颗粒制备 | 微米级碳化硅颗粒形貌分选实验及有效粒径阈值分析

摘要：【目的】为了解决碳化硅微细颗粒形貌分选的工艺瓶颈，明确微细尺度下有效形貌分选的临界失效界限为核心目标，阐明微观界面力对宏观分选行为的干扰规律，从而为突破更小尺度颗粒的分选瓶颈提供的理论支撑。【方法】采取理论解析、数值仿真与实验验证相结合的研究手段。首先，从理论层面解析微观界面力对微细颗粒动力学行为的干扰规律；其次，采用离散元方法结合约翰逊-肯德尔-罗伯茨微观接触力学模型与摩擦起电模型，构建逼近真实工况的仿真体系，重点探讨粒径分别为100、80、60、40 μm时不同形貌碳化硅颗粒的受力机制演变，精确捕捉不规则颗粒在板面跳动过程中的随机侧向游走特性；随后，依托多自由度可调振动平台开展系统对照分选实验，验证仿真边界的可靠性；最后，基于仿真计算结果，深入剖析现行简谐振动板形貌分选方法的工艺局限性与失效边界。【结果】实验与仿真结果高度吻合，表明平板振动这种选型方式的有效分选临界失效粒径阈值均为60 μm，当颗粒尺度小于该临界值时，由微观比表面积激增带来的范德华力，以及高频碰撞积累的库仑静电力急剧跃升，此时这2种微观黏附力的合力在量级上远超由设备激振加速度提供的宏观惯性力，导致颗粒与筛板间的法向和切向阻力呈指数级放大，颗粒间团聚现象显著增加。【结论】底层受力机制由宏观惯性力主导向微观黏附力主导的根本性逆转，是导致细微碳化硅颗粒彻底丧失三维空间翻转与高频弹跳自由度的根本原因；现有的常规纯机械振动设备无法有效实现粒径小于60 μm的超细粉体的形貌分选；研究揭示了平板振动分选机制及其物理局限性。
颗粒制备 | 基于无损检测的沙漠砂砂浆抗压强度

颗粒制备 | 基于无损检测的沙漠砂砂浆抗压强度

摘要：【目的】研究水胶比(水与胶凝材料质量比)及沙漠砂微集料效应对砂浆力学性能和水泥水化过程的影响机制。【方法】采用回弹法和超声波法对不同水胶比条件下沙漠砂砂浆与普通砂浆进行无损检测,建立抗压强度D与回弹值m、超声波波速n的双幂函数模型 D=5.503m^0.681n^-0.561 ，并通过游程检验检验模型在显著性水平 α=0.05 下的适用性，同时结合水化热与扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)测试，分析沙漠砂微粒的微集料效应。【结果】随着水胶比由0.33增大至0.67，沙漠砂砂浆28d抗压强度由52.84MPa降至22.74MPa，降幅约57.0%。在相同水胶比条件下，沙漠砂砂浆抗压强度大于普通砂浆，抗压强度分别提高约25.2%、26.9%、39.8%和11.0%。此外，抗压强度与回弹值和超声波波速的双幂函数关系在显著性水平 α=0.05 下显著，可较准确地预测与评估沙漠砂砂浆的抗压强度；沙漠砂微粒细小且级配良好，可有效改善浆体致密性，促进水泥早期水化。【结论】沙漠砂微粒兼具“滚珠式”微集料填充效应与晶核效应，可降低水化晶体成核势垒，促进早期水化，从而提高沙漠砂砂浆的抗压强度。
颗粒制备 | 氟化锂-氟化钙对氮化硅相变及形貌影响

颗粒制备 | 氟化锂-氟化钙对氮化硅相变及形貌影响

摘要：【目的】基于氟化物添加剂辅助热处理制备晶粒尺寸可调控的高性能 β-Si₃N₄ 粉末，为制备大尺寸、高长径比的 β-Si₃N₄ 提供量化调控方法。【方法】向 α-Si₃N₄ 原料中加入氟化物添加剂，通过温度1700℃条件下热处理得到 β-Si₃N₄ 粉末，分别探究氟化物添加剂类型、质量分数及造粒处理对 Si₃N₄ 物相组成与形貌的影响。【结果】LiF的引入可显著促进相转变，添加质量分数为15%时相变效率最高，达72.15%；添加复合助剂 (LiF-CaF₂) 可进一步提高相变率，添加质量分数为15%时，温度为1700℃时可实现 α-β 完全相变，并促使晶粒生长。经造粒处理后，晶粒平均长度和长径比显著大于未造粒体系，且复合添加剂配比对 β-Si₃N₄ 晶粒尺寸有明显调控作用。【结论】通过调控氟化物添加剂类型、含量及造粒工艺，实现 β-Si₃N₄ 相变效率、晶粒尺寸和长径比的显著优化，最终制备出 β 相质量分数为100%、长径比为9.31、平均晶粒尺寸为8.64 μ m的 Si₃N₄ 粉末。
颗粒制备 | [期刊简介]

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