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顆粒形狀表征方法和粒度測(cè)量方法,,顆粒的形狀對(duì)粉體的物理性能、化學(xué)性能、輸運(yùn)性能和工藝性能有很大的影響。例如，球形顆粒粉體的流動(dòng)性、填形性好，粉末結(jié)合后材料的均勻性高。涂料中所用的粉末則希望是片狀顆粒，這樣粉末的覆蓋性就會(huì)較其他形狀的好?？茖W(xué)地描述顆粒的形狀對(duì)粉體的應(yīng)用會(huì)有很大的幫助。同顆粒大小相比，描述顆粒形狀更加困難些。為方便和歸一化起見(jiàn)，人們規(guī)定了某種方法，使形狀的描述量化，并且是無(wú)量綱的量。這些形狀表征量可統(tǒng)稱為形狀因子，主要有以下幾種：,顆粒大小和形狀表征,顆粒的形狀,若以Q表示顆粒的幾何特征，如面積、體積，則Q與顆粒粒徑d的關(guān)系可表示為：,式中，k即為形狀系數(shù)。對(duì)于顆粒的面積和體積描述，k有兩種主要形式，分別為：,顆粒大小和形狀表征,形狀系數(shù),顆粒形狀,表面形狀因子,(j表示征對(duì)于該種粒徑的規(guī)定),,與π的差別表示顆粒形狀對(duì)于球形的偏離,顆粒大小和形狀表征,形狀系數(shù),顆粒形狀,與的差別表示顆粒形狀對(duì)于球形的偏離,顆粒大小和形狀表征,體積形狀因子,形狀系數(shù),顆粒形狀,表面形狀因子與體積形狀因子的比值,顆粒大小和形狀表征,比表面積形狀系數(shù),形狀系數(shù),顆粒形狀,一些規(guī)則幾何體的形狀因子,顆粒大小和形狀表征,顆粒形狀,與顆粒等體積的球的表面積與顆粒的表面積之比,顆粒大小和形狀表征,球形度,可以看出：1.；2.顆粒為球形時(shí)，達(dá)最大值。,顆粒形狀,一些規(guī)則形狀體的球形度：,顆粒大小和形狀表征,顆粒形狀,一個(gè)任意形狀的顆粒，測(cè)得該顆粒的長(zhǎng)、寬、高為l、b、h，定義方法與前面討論顆粒大小的三軸徑規(guī)定相同，則：,扁平度,延伸度,顆粒大小和形狀表征,扁平度m與延伸度n,顆粒形狀,1．篩分析法（>40μm）,顆粒粒度測(cè)量方法,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)篩制：Tyler(泰勒)標(biāo)準(zhǔn)單位：目目數(shù)為篩網(wǎng)上1英（25.4mm）寸長(zhǎng)度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù),(a，d單位mm),25.4,,,,,,,,,,,,,,,a,d,得到比200目粗的篩孔尺寸,得到比200目細(xì)的篩孔尺寸,主模系列:,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則:以200目的篩孔尺寸0.074mm為基準(zhǔn)，乘或除模（或），則得到,副模系列：,標(biāo)準(zhǔn)篩系列：324248606580100115150170200270325400其中最細(xì)的是400目，孔徑是38μm。,篩分的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)量大,代表性強(qiáng)便宜重量分布,缺點(diǎn)下限38微米人為因素影響大重復(fù)性差非規(guī)則形狀粒子誤差速度慢,2.顯微鏡采用定向徑方法測(cè)量,,光學(xué)顯微鏡0.25——250μm電子顯微鏡0.001——5μm,顯微鏡測(cè)定粒度要求統(tǒng)計(jì)顆粒的總數(shù)：粒度范圍寬的粉末———10000以上粒度范圍窄的粉末———1000左右,顯微鏡方法的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)可直接觀察粒子形狀可直接觀察粒子團(tuán)聚光學(xué)顯微鏡便宜,缺點(diǎn)代表性差重復(fù)性差測(cè)量投影面積直徑速度慢,原理圖,3.光衍射法粒度測(cè)試,從He-Ne激光器發(fā)出的激光束經(jīng)擴(kuò)束鏡后會(huì)聚在針孔，針孔將濾掉所有的高階散射光，只讓空間低頻的激光通過(guò)。然后，激光束成為發(fā)散的光束，該光束遇到傅立葉透鏡后被聚焦。當(dāng)光入射到顆粒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生衍射，小顆粒衍射角大，而大顆粒衍射角小，某一衍射角的光強(qiáng)度與相應(yīng)粒度的顆粒多少有關(guān)。,當(dāng)樣品池內(nèi)沒(méi)有顆粒時(shí)，光束將被聚焦在環(huán)形光電探測(cè)器的中心；當(dāng)樣品池內(nèi)有顆粒樣品時(shí)，會(huì)聚的光束會(huì)有一部分被顆粒散射到環(huán)形探測(cè)器的各探測(cè)單元以及大角探測(cè)器上，形成“靶芯”狀的衍射光環(huán)，此光環(huán)的半徑與顆粒的大小有關(guān)，衍射光環(huán)的強(qiáng)度與相關(guān)粒徑顆粒的多少有關(guān)，通過(guò)環(huán)形光電接受器陣列就可以接受到這些光能信號(hào)，光能信號(hào)通過(guò)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換成了相應(yīng)的電流信號(hào)，送給數(shù)據(jù)采集卡，該卡將電信號(hào)放大，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)用Mie散射理論對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，即得樣品的粒度分布。,測(cè)量原理示意圖,激光衍射0.05—500μmX光小角衍射0.002—0.1μm,測(cè)量方法,目前的激光法粒度儀基本上都同時(shí)應(yīng)用了夫瑯霍夫(Fraunhofer)衍射理論和米氏(Mie)衍射理論，前者適用于顆粒直徑遠(yuǎn)大于入射波長(zhǎng)的情況，即用于幾個(gè)微米至幾百微米的測(cè)量；后者用于幾個(gè)微米以下的測(cè)量。,激光衍射,性能特點(diǎn),測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍大，動(dòng)態(tài)范圍越大越方便，目前先進(jìn)的激光粒度可以超過(guò)1：1000；測(cè)量速度快，從進(jìn)樣至輸出測(cè)試報(bào)告，只需1min，是目前最快的儀器之一；重復(fù)性好，由于取樣量多，對(duì)同一次取樣進(jìn)行超過(guò)100次的光電采樣，故測(cè)量的重復(fù)精度很高，達(dá)1%以內(nèi)；操作方便，不受環(huán)境溫度影響（相對(duì)于沉降儀），不存在堵孔問(wèn)題（相對(duì)庫(kù)爾特計(jì)數(shù)器）分辨率較低，不宜測(cè)粒度分布過(guò)窄又需要定量測(cè)量其寬度的樣品如磨料微粉。,電阻法顆粒計(jì)數(shù)器,電阻法(庫(kù)爾特)顆粒計(jì)數(shù)工作原理：采用小孔電阻原理，即庫(kù)爾特法測(cè)量顆粒的大小。如圖，小孔管浸泡在電解液中。小孔管內(nèi)外各有一個(gè)電極，電流可以通過(guò)孔管壁上的小圓孔從陽(yáng)極流到陰極。小孔管內(nèi)部處于負(fù)壓狀態(tài)，因此管外的液體將流動(dòng)到管內(nèi)。測(cè)量時(shí)將顆粒分散到液體中，顆粒就跟著液體一起流動(dòng)。當(dāng)其經(jīng)過(guò)小孔時(shí)，小孔的橫截面積變小，兩電極之間的電阻增大，電壓升高，產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖。當(dāng)電源是恒流源時(shí)，可以證明在一定的范圍內(nèi)脈沖的峰值正比于顆粒體積。儀器只要準(zhǔn)確測(cè)出每一個(gè)脈沖的峰值，即可得出各顆粒的大小，統(tǒng)計(jì)出粒度的分布。,庫(kù)爾物顆粒計(jì)數(shù)器是基于小孔電阻原理，即電阻增量是正比于顆粒體積,性能特點(diǎn),分辨率高，是現(xiàn)有各種粒度儀中最高的；測(cè)量速度快，一個(gè)樣品只需15s左右；重復(fù)性好，一次測(cè)1萬(wàn)個(gè)左右顆粒，代表性好，測(cè)量重復(fù)性較高；操作簡(jiǎn)便，整個(gè)過(guò)程自動(dòng)完成；動(dòng)態(tài)范圍較小，對(duì)同一小孔管約為20：1；易發(fā)生堵孔故障；測(cè)量下限不夠小，愈小愈易堵孔，下限為1微米,沉降法法粒度測(cè)試,測(cè)量原理,在具有一定粘度的粉末懸濁液內(nèi)，大小不等的顆粒自由沉降時(shí)，其速度是不同的，顆粒越大沉降速度越快。如果大小不同的顆粒從同一起點(diǎn)高度同時(shí)沉降，經(jīng)過(guò)一定距離(時(shí)間)后，就能將粉末按粒度差別分開(kāi)。,重力沉降10—300μm離心沉降0.01—10μm,測(cè)量方法,自然重力狀態(tài)下的d～t的函數(shù)（Stokes）,離心力狀態(tài)下的d～t函數(shù),顆粒在液體中的沉降狀態(tài)示意圖,優(yōu)點(diǎn)測(cè)量重量分布代表性強(qiáng)經(jīng)典理論,不同廠家儀器結(jié)果對(duì)比性好價(jià)格比激光衍射法便宜,缺點(diǎn)對(duì)于小粒子測(cè)試速度慢,重復(fù)性差非球型粒子誤差大不適應(yīng)于混合物料動(dòng)態(tài)范圍比激光衍射法窄,沉降法方法的優(yōu)缺點(diǎn),目前市售沉降粒度儀的特點(diǎn),目前市場(chǎng)上的沉降儀都可在電腦控制下具有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果打印等功能；測(cè)試時(shí)間大多在十幾分鐘左右，重復(fù)性誤差小于4%；沉降儀為目前粒度測(cè)試的主要手段之一。特別是在金屬粉末、磨料、造紙涂料、河流泥沙以及科研教學(xué)領(lǐng)域中一直是主要粒度測(cè)試手段之一。,常見(jiàn)粒度分析方法,統(tǒng)計(jì)方法代表性強(qiáng),動(dòng)態(tài)范圍寬分辨率低篩分方法38微米--沉降方法0.01-300微米光學(xué)方法0.001-3500微米,非統(tǒng)計(jì)方法分辨率高代表性差,動(dòng)態(tài)范圍窄重復(fù)性差顯微鏡方法光學(xué)1微米--電子0.001微米--電域敏感法0.5-1200微米,顆粒大小和形狀表征,常見(jiàn)粒度分析方法,粒度測(cè)定方法的選定主要依據(jù)以下一些方面：1.顆粒物質(zhì)的粒度范圍；2.方法本身的精度；3.用于常規(guī)檢驗(yàn)還是進(jìn)行課題研究。用于常規(guī)檢驗(yàn)應(yīng)要求方法快速、可靠、設(shè)備經(jīng)濟(jì)、操作方便和對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有一定的指導(dǎo)意義；4.取樣問(wèn)題。如樣品數(shù)量、取樣方法、樣品分散的難易程度，樣品是否有代表性等；5.要求測(cè)量粒度分布還是僅僅測(cè)量平均粒度；6.顆粒物質(zhì)本身的性質(zhì)以及顆粒物質(zhì)的應(yīng)用場(chǎng)合。,粒度測(cè)定方法的選定,