粉體學基礎知識——粒徑和粒度分布

2021-01-17 材料科學與工程

粉體學(micromeritics)是研究無數個固體粒子集合體的基本性質及其應用的科學。通常<100μm的粒子叫「粉」，容易產生粒子間的相互作用而流動性較差；> 100μm的粒子叫「粒」，較難產生粒子間的相互作用而流動性較好。單體粒子叫一級粒子（primary particles)；團聚粒子叫二級粒子（second particle)。


粉體的物態特徵：


①具有與液體相類似的流動性；

②具有與氣體相類似的壓縮性；

③具有固體的抗變形能力。

粉體粒子的物理性質主要有：粒子與粒度分布、粒子形態、比表面積等。

粒子徑與粒度分布

粉體的粒子大小也稱粒度，含有粒子大小和粒子分布雙重含義，是粉體的基礎性質。

對於一個不規則粒子，其粒子徑的測定方法不同，其物理意義不同，測定值也不同。

粒徑的表示方法有以下兩種：


1、幾何學粒子徑：根據幾何學尺寸定義的粒子徑，一般用圖像法測定。


三軸徑：在粒子的平面投影圖上測定長徑l與短徑b，在投影平面的垂直方向測定粒子的厚度h。反映粒子的實際尺寸。


定向徑（投影徑）：Feret徑(或Green徑) ：定方向接線徑，即一定方向的平行線將粒子的投影面外接時平行線間的距離。


Krummbein徑：定方向最大徑，即在一定方向上分割粒子投影面的最大長度。

Martin徑：定方向等分徑，即一定方向的線將粒子投影面積等份分割時的長度。


2、等效粒徑


等效粒徑的定義：當一個不規則體粒子的某種物理行為或者物理參量與材質相同的某球體相同或者近似時，我們把該球體的直徑稱為為此不規則粒子的某種等效粒徑。當參考的物理行為或者物理參量不同時，測量同一個不規則體粒子可能會得到多個等效粒徑值。


常見的等效方法有以下幾種：


光散射等效：光波在傳導過程中遇到障礙物顆粒會發生偏轉，光波偏轉的角度跟顆粒的粒徑成反比關係。當某顆粒引起的光波偏轉量等於某同質球體的偏轉量時，我們認為該球直徑即為該顆粒的光散射等效粒徑。

Heywood徑：投影面積圓相當徑，即與粒子的投影面積相同圓的直徑，常用DH表示。

體積等價徑（equivalent volume diameter)：與粒子的體積相同的球體直徑，也叫球相當徑。用庫爾特計數器測得。


沉降速度等效粒徑： 粒徑相當於在液相中具有相同沉降速度的球形顆粒的直徑。該粒經根據Stocks方程計算所得，因此有叫Stocks 徑，記作 DStk.

比表面積等價徑（equivalent specific surface diameter）：與欲測粒子具有等比表面積的球的直徑，記作DSV。採用透過法、吸附法測得比表面積後計算求得。這種方法求得的粒徑為平均徑，不能求粒度分布。


粒度分布


粒度分布（particles size distribution)表示不同粒徑的粒子群在粉體中所分布的情況，反映粒子大小的均勻程度。簡單的說，粒度分布就是不同大小的顆粒在總體中所佔比例的數值集合。

粉體的粒度分布表訴方法有列表法、圖示法和函數法等。


粒度分布的圖示法又分為頻率分布（微分分布）與累積分布。頻率分布（frequncy size distribution）表示與各個粒徑相對應得粒子在全粒子群中所佔的百分數（微分型）。累積分布（cumulative size distribution)表示小於（pass）或大於（on）某粒徑的粒子在全粒子群中所佔的百分數（積分型）。百分數的基準可用個數基準（count basis）、質量基準（mass basis）、面積基準（surface basis）、體積基準（volumn basis）、長度基準（length basis）等表示。

表示粒度分布時必須註明測定基準，不同的測定基準，所獲得的粒度分布曲線也不一樣。

不同基準的粒度分布理論上可以互相換算。實際應用較多的是質量和個數基準分布。


粒度分布測試


當前主流的粒度分布測試儀有以下幾種：雷射粒度儀（光散射等效原理），庫爾特顆粒計數器（小孔電阻等效原理），圖像粒度分析儀（投影面積等效原理），沉降儀（沉降速度Stocks原理）。


雷射粒度儀量程範圍一般可達0.1-1000微米。且其測量動態範圍大，是應用最普及的粒度儀。


庫爾特顆粒計數器檢測精度高，量程範圍一般為1-250微米，由於其測量動態範圍小，測量上限和下限也不足。主要應用在樣品為窄分布的粉體行業。


圖像粒度分析儀，量程跟配置的顯微鏡性能直接相關。其同樣存在動態範圍小，不適合測試寬分布樣品的不足之處。但是它可以進行顆粒形貌分析，這一特性是其獨有的。


沉降儀的性能特點與雷射粒度儀近似，但是它在測量速度和量程大小上落後於雷射粒度儀，目前在大多數行業都被雷射粒度儀所取代了。


文章來源：網絡

今日編輯：溪谷


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