《粒度测量方法》PPT课件.ppt

颗粒形状表征方法和粒度测量方法 颗粒的形状对粉体的物理性能 化学性能 输运性能和工艺性能有很大的影响 例如 球形颗粒粉体的流动性 填形性好 粉末结合后材料的均匀性高 涂料中所用的粉末则希望是片状颗粒 这样粉末的覆盖性就会较其他形状的好 科学地描述颗粒的形状对粉体的应用会有很大的帮助 同颗粒大小相比 描述颗粒形状更加困难些 为方便和归一化起见 人们规定了某种方法 使形状的描述量化 并且是无量纲的量 这些形状表征量可统称为形状因子 主要有以下几种 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 k即为形状系数 对于颗粒的面积和体积描述 k有两种主要形式 分别为 颗粒大小和形状表征 形状系数 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 形状系数 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 体积形状因子 形状系数 颗粒形状 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 比表面积形状系数 形状系数 颗粒形状 一些规则几何体的形状因子 颗粒大小和形状表征 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 球形度 可以看出 1 2 颗粒为球形时 达最大值 颗粒形状 一些规则形状体的球形度 颗粒大小和形状表征 颗粒形状 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 扁平度m与延伸度n 颗粒形状 1 筛分析法 40 m 颗粒粒度测量方法 国际标准筛制 Tyler 泰勒 标准单位 目目数为筛网上1英 25 4mm 寸长度内的网孔数 a d单位mm 25 4 a d 得到比200目粗的筛孔尺寸 得到比200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 标准筛系列 324248606580100115150170200270325400其中最细的是400目 孔径是38 m 筛分的优缺点 优点统计量大 代表性强便宜重量分布 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 显微镜采用定向径方法测量 光学显微镜0 25 250 m电子显微镜0 001 5 m 显微镜测定粒度要求统计颗粒的总数 粒度范围宽的粉末 10000以上粒度范围窄的粉末 1000左右 显微镜方法的优缺点 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 缺点代表性差重复性差测量投影面积直径速度慢 原理图 3 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 激光衍射0 05 500 mX光小角衍射0 002 0 1 m 测量方法 目前的激光法粒度仪基本上都同时应用了夫琅霍夫 Fraunhofer 衍射理论和米氏 Mie 衍射理论 前者适用于颗粒直径远大于入射波长的情况 即用于几个微米至几百微米的测量 后者用于几个微米以下的测量 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 库尔特 颗粒计数工作原理 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 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 重力沉降10 300 m离心沉降0 01 10 m 测量方法 自然重力状态下的d t的函数 Stokes 离心力状态下的d t函数 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 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 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