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顆粒形狀表征方法和粒度測量方法,,顆粒的形狀對粉體的物理性能、化學性能、輸運性能和工藝性能有很大的影響。例如，球形顆粒粉體的流動性、填形性好，粉末結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較其他形狀的好?？茖W地描述顆粒的形狀對粉體的應用會有很大的幫助。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，人們規(guī)定了某種方法，使形狀的描述量化，并且是無量綱的量。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的關系可表示為：,式中，k即為形狀系數(shù)。對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表示征對于該種粒徑的規(guī)定),,與π的差別表示顆粒形狀對于球形的偏離,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，達最大值。,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,一個任意形狀的顆粒，測得該顆粒的長、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）,顆粒粒度測量方法,國際標準篩制：Tyler(泰勒)標準單位：目目數(shù)為篩網上1英（25.4mm）寸長度內的網孔數(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目細的篩孔尺寸,主模系列:,標準規(guī)則:以200目的篩孔尺寸0.074mm為基準，乘或除模（或），則得到,副模系列：,標準篩系列：324248606580100115150170200270325400其中最細的是400目，孔徑是38μm。,篩分的優(yōu)缺點,優(yōu)點統(tǒng)計量大,代表性強便宜重量分布,缺點下限38微米人為因素影響大重復性差非規(guī)則形狀粒子誤差速度慢,2.顯微鏡采用定向徑方法測量,,光學顯微鏡0.25——250μm電子顯微鏡0.001——5μm,顯微鏡測定粒度要求統(tǒng)計顆粒的總數(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,優(yōu)點可直接觀察粒子形狀可直接觀察粒子團聚光學顯微鏡便宜,缺點代表性差重復性差測量投影面積直徑速度慢,原理圖,3.光衍射法粒度測試,從He-Ne激光器發(fā)出的激光束經擴束鏡后會聚在針孔，針孔將濾掉所有的高階散射光，只讓空間低頻的激光通過。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。當光入射到顆粒時，會產生衍射，小顆粒衍射角大，而大顆粒衍射角小，某一衍射角的光強度與相應粒度的顆粒多少有關。,當樣品池內沒有顆粒時，光束將被聚焦在環(huán)形光電探測器的中心；當樣品池內有顆粒樣品時，會聚的光束會有一部分被顆粒散射到環(huán)形探測器的各探測單元以及大角探測器上，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，衍射光環(huán)的強度與相關粒徑顆粒的多少有關，通過環(huán)形光電接受器陣列就可以接受到這些光能信號，光能信號通過光電探測器轉換成了相應的電流信號，送給數(shù)據采集卡，該卡將電信號放大，再進行A/D轉換后送入計算機，計算機用Mie散射理論對這些信號進行處理，即得樣品的粒度分布。,測量原理示意圖,激光衍射0.05—500μmX光小角衍射0.002—0.1μm,測量方法,目前的激光法粒度儀基本上都同時應用了夫瑯霍夫(Fraunhofer)衍射理論和米氏(Mie)衍射理論，前者適用于顆粒直徑遠大于入射波長的情況，即用于幾個微米至幾百微米的測量；后者用于幾個微米以下的測量。,激光衍射,性能特點,測量的動態(tài)范圍大，動態(tài)范圍越大越方便，目前先進的激光粒度可以超過1：1000；測量速度快，從進樣至輸出測試報告，只需1min，是目前最快的儀器之一；重復性好，由于取樣量多，對同一次取樣進行超過100次的光電采樣，故測量的重復精度很高，達1%以內；操作方便，不受環(huán)境溫度影響（相對于沉降儀），不存在堵孔問題（相對庫爾特計數(shù)器）分辨率較低，不宜測粒度分布過窄又需要定量測量其寬度的樣品如磨料微粉。,電阻法顆粒計數(shù)器,電阻法(庫爾特)顆粒計數(shù)工作原理：采用小孔電阻原理，即庫爾特法測量顆粒的大小。如圖，小孔管浸泡在電解液中。小孔管內外各有一個電極，電流可以通過孔管壁上的小圓孔從陽極流到陰極。小孔管內部處于負壓狀態(tài)，因此管外的液體將流動到管內。測量時將顆粒分散到液體中，顆粒就跟著液體一起流動。當其經過小孔時，小孔的橫截面積變小，兩電極之間的電阻增大，電壓升高，產生一個電壓脈沖。當電源是恒流源時，可以證明在一定的范圍內脈沖的峰值正比于顆粒體積。儀器只要準確測出每一個脈沖的峰值，即可得出各顆粒的大小，統(tǒng)計出粒度的分布。,庫爾物顆粒計數(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,分辨率高，是現(xiàn)有各種粒度儀中最高的；測量速度快，一個樣品只需15s左右；重復性好，一次測1萬個左右顆粒，代表性好，測量重復性較高；操作簡便，整個過程自動完成；動態(tài)范圍較小，對同一小孔管約為20：1；易發(fā)生堵孔故障；測量下限不夠小，愈小愈易堵孔，下限為1微米,沉降法法粒度測試,測量原理,在具有一定粘度的粉末懸濁液內，大小不等的顆粒自由沉降時，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高度同時沉降，經過一定距離(時間)后，就能將粉末按粒度差別分開。,重力沉降10—300μm離心沉降0.01—10μm,測量方法,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)點測量重量分布代表性強經典理論,不同廠家儀器結果對比性好價格比激光衍射法便宜,缺點對于小粒子測試速度慢,重復性差非球型粒子誤差大不適應于混合物料動態(tài)范圍比激光衍射法窄,沉降法方法的優(yōu)缺點,目前市售沉降粒度儀的特點,目前市場上的沉降儀都可在電腦控制下具有自動數(shù)據采集、數(shù)據處理、結果打印等功能；測試時間大多在十幾分鐘左右，重復性誤差小于4%；沉降儀為目前粒度測試的主要手段之一。特別是在金屬粉末、磨料、造紙涂料、河流泥沙以及科研教學領域中一直是主要粒度測試手段之一。,常見粒度分析方法,統(tǒng)計方法代表性強,動態(tài)范圍寬分辨率低篩分方法38微米--沉降方法0.01-300微米光學方法0.001-3500微米,非統(tǒng)計方法分辨率高代表性差,動態(tài)范圍窄重復性差顯微鏡方法光學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,常見粒度分析方法,粒度測定方法的選定主要依據以下一些方面：1.顆粒物質的粒度范圍；2.方法本身的精度；3.用于常規(guī)檢驗還是進行課題研究。用于常規(guī)檢驗應要求方法快速、可靠、設備經濟、操作方便和對生產過程有一定的指導意義；4.取樣問題。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.要求測量粒度分布還是僅僅測量平均粒度；6.顆粒物質本身的性質以及顆粒物質的應用場合。,粒度測定方法的選定,