颗粒形状表征方法和粒度测量方法 颗颗粒粒的的形形状状对对粉粉体体的的物物理理性性能能、化化学学性性能能、输输运运性性能能和和工工艺艺性性能能有有很很大大的的影影响响。例例如如，球球形形颗颗粒粒粉粉体体的的流流动动性性、填填形形性性好好，粉粉末末结结合合后后材材料料的的均均匀匀性性高高。涂涂料料中中所所用用的的粉粉末末则则希希望望是是片片状状颗颗粒粒，这这样样粉粉末末的的覆覆盖盖性性就就会会较较其其他他形形状状的的好好。科科学学地地描描述述颗颗粒粒的的形形状状对对粉粉体体的的应应用用会会有有很很大大的的帮帮助助。同同颗颗粒粒大大小小相相比比，描描述述颗颗粒粒形形状状更更加加困困难难些些。为为方方便便和和归归一一化化起起见见，人人们们规规定定了了某某种种方方法法，使使形形状状的的描描述述量量化化，并并且且是是无无量量纲纲的的量量。这这些些形形状状表表征征量量可可统统称称为为形形状状因子，主要有以下几种：因子，主要有以下几种： 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征颗粒的形状若以Q表示颗粒的几何特征，如面积、体积，则Q与颗粒粒径d的关系可表示为：式中，式中，k即为形状系数。对于颗粒的面积和体积描即为形状系数。对于颗粒的面积和体积描述，述，k有两种主要形式，分别为：有两种主要形式，分别为： 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征形状系数形状系数 颗粒形状颗粒形状表面形状因子(j表示征对于该种粒径的规定)与的差别表示颗粒形状对于球形的偏离 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征形状系数形状系数 颗粒形状颗粒形状与 的差别表示颗粒形状对于球形的偏离 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征体积形状因子形状系数形状系数 颗粒形状颗粒形状表面形状因子与体积形状因子的比值表面形状因子与体积形状因子的比值 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征比表面积形状系数形状系数形状系数 颗粒形状颗粒形状一些规则几何体的形状因子一些规则几何体的形状因子 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征 颗粒形状颗粒形状与颗粒等体积的球的表面积与颗粒的表面积之比 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征球形度球形度可以看出： 1. ； 2. 颗粒为球形时， 达最大值。 颗粒形状颗粒形状一些规则形状体的球形度一些规则形状体的球形度： 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征 颗粒形状颗粒形状一个任意形状的颗粒，测得该颗粒的长、宽、高为一个任意形状的颗粒，测得该颗粒的长、宽、高为l、b、h，定义方法与前面讨，定义方法与前面讨论颗粒大小的三轴径规定相同，则：论颗粒大小的三轴径规定相同，则：扁平度延伸度 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征扁平度扁平度m与延伸度与延伸度n 颗粒形状颗粒形状 1筛分析法筛分析法 （40mm）颗粒粒度测量方法颗粒粒度测量方法国际标准筛制：国际标准筛制：Tyler(Tyler(泰勒泰勒) )标准标准 单位：目单位：目目数为筛网上目数为筛网上1 1英（英（25.4mm25.4mm）寸长度内的网孔数）寸长度内的网孔数 (a，d单位mm)25.4ad得到比得到比200目粗的筛孔尺寸目粗的筛孔尺寸得到比得到比200目细的筛孔尺寸目细的筛孔尺寸主模系列:标准规则: 以200目的筛孔尺寸0.074mm为基准，乘或除模 （或） ，则得到副模系列：得到比得到比200目粗的筛孔尺寸目粗的筛孔尺寸得到比得到比200目细的筛孔尺寸目细的筛孔尺寸标准筛系列：32 42 48 60 65 80 100 115 150 170 200 270 325 400其中最细的是其中最细的是400目，孔径是目，孔径是38m。筛分的优缺点筛分的优缺点优点优点统计量大, 代表性强便宜重量分布缺点缺点下限38微米人为因素影响大重复性差非规则形状粒子误差速度慢2.显微镜显微镜 采用定向径方法测量光学显微镜 0.25250m电子显微镜 0.0015m显微镜测定粒度要求统计颗粒的总数：粒度范围宽的粉末粒度范围宽的粉末1000010000以上以上粒度范围窄的粉末粒度范围窄的粉末1000 1000 左右左右显微镜方法的优缺点显微镜方法的优缺点优点优点可直接观察粒子形状可直接观察粒子团聚光学显微镜便宜缺点缺点代表性差重复性差测量投影面积直径速度慢原理图原理图原理图原理图激光器激光束透镜样品池透镜衍射光束未衍射光束光传感器列阵中心传感器粉末3.光衍射法粒度测试光衍射法粒度测试从He-Ne激光器发出的激光束经扩束镜后会聚在针孔，针孔将滤掉所有的高阶散射光，只让空间低频的激光通过。然后，激光束成为发散的光束，该光束遇到傅立叶透镜后被聚焦。 当光入射到颗粒时，会产生衍射，小颗粒衍射角大，而大颗粒衍射角小，某一当光入射到颗粒时，会产生衍射，小颗粒衍射角大，而大颗粒衍射角小，某一衍射角的光强度与相应粒度的颗粒多少有关。衍射角的光强度与相应粒度的颗粒多少有关。 当样品池内没有颗粒时，光束将被聚焦在环形光电探测器的中心；当样品池内有颗粒样品时，会聚的光束会有一部分被颗粒散射到环形探测器的各探测单元以及大角探测器上，形成“靶芯”状的衍射光环，此光环的半径与颗粒的大小有关，衍射光环的强度与相关粒径颗粒的多少有关，通过环形光电接受器阵列就可以接受到这些光能信号，光能信号通过光电探测器转换成了相应的电流信号，送给数据采集卡，该卡将电信号放大，再进行A/D转换后送入计算机，计算机用Mie散射理论对这些信号进行处理，即得样品的粒度分布。测量原理示意图4 激光衍射 0.05500m0.05500m4 X光小角衍射 0.0020.1m 0.0020.1m测量方法 目目前前的的激激光光法法粒粒度度仪仪基基本本上上都都同同时时应应用用了了夫夫琅琅霍霍夫夫(Fraunhofer)(Fraunhofer)衍衍射射理理论论和和米米氏氏(Mie)(Mie)衍衍射射理理论论，前前者者适适用用于于颗颗粒粒直直径径远远大大于于入入射射波波长长的的情情况况，即即用用于于几几个个微微米米至至几几百百微微米米的的测测量量；后后者者用用于于几几个个微米以下的测量。微米以下的测量。4激光衍射性能特点测量的动态范围大，动态范围越大越方便，目前先进的激光粒度可以超过1：1000；测量速度快，从进样至输出测试报告，只需1min，是目前最快的仪器之一；重复性好，由于取样量多，对同一次取样进行超过100次的光电采样，故测量的重复精度很高，达1%以内；操作方便，不受环境温度影响（相对于沉降仪），不存在堵孔问题（相对库尔特计数器）分辨率较低，不宜测粒度分布过窄又需要定量测量其宽度的样品如磨料微粉。电阻法颗粒计数器电阻法电阻法(库尔特库尔特)颗粒计数工作原颗粒计数工作原理：理：采用小孔电阻原理，即库尔特法测量颗粒的大小。如图，小孔管浸泡在电解液中。小孔管内外各有一个电极，电流可以通过孔管壁上的小圆孔从阳极流到阴极。小孔管内部处于负压状态，因此管外的液体将流动到管内。测量时将颗粒分散到液体中，颗粒就跟着液体一起流动。当其经过小孔时，小孔的横截面积变小，两电极之间的电阻增大，电压升高，产生一个电压脉冲。当电源是恒流源时，可以证明在一定的范围内脉冲的峰值正比于颗粒体积。仪器只要准确测出每一个脉冲的峰值，即可得出各颗粒的大小，统计出粒度的分布。库尔物颗粒计数器是基于小孔电阻原理，即电阻增量是正比于颗粒体积性能特点分辨率高，是现有各种粒度仪中最高的；测量速度快，一个样品只需15s左右；重复性好，一次测1万个左右颗粒，代表性好，测量重复性较高；操作简便，整个过程自动完成；动态范围较小，对同一小孔管约为20：1；易发生堵孔故障；测量下限不够小，愈小愈易堵孔，下限为1微米沉降法法粒度测试沉降法法粒度测试测量原理 在具有一定粘度的粉末悬浊液内，大小不等的颗粒自由沉降时，其速度是不同的，颗粒越大沉降速度越快。如果大小不同的颗粒从同一起点高度同时沉降，经过一定距离(时间)后，就能将粉末按粒度差别分开。4重力沉降 10300m4离心沉降 0.0110m测量方法 自然重力状态下的自然重力状态下的d dt t的函数（的函数（StokesStokes） 离心力状态下的离心力状态下的d dt t函数函数颗粒在液体中的沉降状态示意图颗粒在液体中的沉降状态示意图优点测量重量分布代表性强经典理论, 不 同 厂 家仪器结果对比性好价格比激光衍射法便宜缺点对于小粒子测试速度慢, 重复性差非球型粒子误差大不适应于混合物料动态范围比激光衍射法窄沉降法方法的优缺点沉降法方法的优缺点目前市售沉降粒度仪的特点目前市场上的沉降仪都可在电脑控制下具有自动数据采集、数据处理、结果打印等功能；测试时间大多在十几分钟左右，重复性误差小于4%；沉降仪为目前粒度测试的主要手段之一。特别是在金属粉末、磨料、造纸涂料、河流泥沙以及科研教学领域中一直是主要粒度测试手段之一。 常见粒度分析方法统计方法代表性强, 动态范围宽分辨率低筛分方法 38微米- 沉降方法0.01-300微米光学方法0.001-3500微米非统计方法分辨率高代表性差, 动态范围窄重复性差显微镜方法光学 1微米-电子0.001微米-电域敏感法0.5-1200微米 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征 常见粒度分析方法常见粒度分析方法粒度测定方法的选定主要依据以下一些方面：1.颗粒物质的粒度范围；2.方法本身的精度；3.用于常规检验还是进行课题研究。用于常规检验应要求方法快速、可靠、设备经济、操作方便和对生产过程有一定的指导意义；4.取样问题。如样品数量、取样方法、样品分散的难易程度，样品是否有代表性等；5.要求测量粒度分布还是仅仅测量平均粒度；6.颗粒物质本身的性质以及颗粒物质的应用场合。粒度测定方法的选定粒度测定方法的选定