粉體的特性表征粉體的平均粒徑

1、 第一部分第一部分 粉體成形原理粉體成形原理 1.1 顆粒和粉體的基本概念顆粒和粉體的基本概念 1.2 顆粒的物性及表征顆粒的物性及表征 1.3 粉體的物性粉體的物性 1.4 粉體成形原理粉體成形原理 1.1 顆粒和粉體的基本概念顆粒和粉體的基本概念 一一. .概念概念 粉體物料：常態(tài)下以較細的粉粒狀態(tài)存在的物料，簡稱粉體。粉體物料：常態(tài)下以較細的粉粒狀態(tài)存在的物料，簡稱粉體。 粉體物料是由無數(shù)顆粒組成的。從宏觀角度看，顆粒是粉體粉體物料是由無數(shù)顆粒組成的。從宏觀角度看，顆粒是粉體 物料的最小單元。物料的最小單元。 構成粉體顆粒的大小：幾納米數(shù)百微米幾十毫米構成粉體顆粒的大?。簬准{米數(shù)百微米幾

2、十毫米 （?。弘娮语@微鏡才能看清大：肉眼可分辨的毫米）（小：電子顯微鏡才能看清大：肉眼可分辨的毫米） 粉體性能的基礎：顆粒的大?。６龋?、分布（不同粒度顆粉體性能的基礎：顆粒的大小（粒度）、分布（不同粒度顆 粒所占比例）、結(jié)構形態(tài)和表面形態(tài)等。粒所占比例）、結(jié)構形態(tài)和表面形態(tài)等。 粉體是同種或多種顆粒的集合體粉體是同種或多種顆粒的集合體 二二. . 粉體的分類：粉體的分類： u按粒徑大小分：按粒徑大小分： 大顆粒粉體、超微粉體大顆粒粉體、超微粉體 u超微粉體（超細粉體）超微粉體（超細粉體）- - 粒徑小于粒徑小于100100微米。微米。 u 又分為：微米粉體（又分為：微米粉體（1 1100um

3、100um）；亞微米粉體（）；亞微米粉體（0.10.1 1um1um）；納米粉體（）；納米粉體（1 1100nm100nm，即，即0.0010.0010.1um0.1um） u按組成形式分：按組成形式分： u單分散粉體組成粉體的顆粒的大小、形狀都一樣。單分散粉體組成粉體的顆粒的大小、形狀都一樣。 （自然界少見，尤其是超微單分散粉體極為罕見，化學人工（自然界少見，尤其是超微單分散粉體極為罕見，化學人工 合成可得，物理機械方法難得）合成可得，物理機械方法難得） u多分散粉體多分散粉體參差不齊的不同大小的顆粒組成，形狀各異。參差不齊的不同大小的顆粒組成，形狀各異。 緒緒 論論 三三. . 顆粒的分類

4、顆粒的分類 u按顆粒的構成分：按顆粒的構成分： 原級顆粒、聚集體顆粒、凝聚體顆粒、絮凝體顆粒原級顆粒、聚集體顆粒、凝聚體顆粒、絮凝體顆粒 1 1） 原級顆粒：最先形成粉體物料的，第一次以固態(tài)原級顆粒：最先形成粉體物料的，第一次以固態(tài) 存在的顆粒。一次顆粒、基本顆粒存在的顆粒。一次顆粒、基本顆粒 是構成粉體的最小單元，形狀：立方體、針狀、球是構成粉體的最小單元，形狀：立方體、針狀、球 狀、不規(guī)則晶體狀狀、不規(guī)則晶體狀 原級顆粒的分散狀態(tài)，單獨存在的大小、形狀原級顆粒的分散狀態(tài)，單獨存在的大小、形狀最最 能反映粉體的固有性能能反映粉體的固有性能 緒緒 論論 2 2） 聚集體顆粒：原級顆?？磕撤N化學

5、力與其表面聚集體顆粒：原級顆?？磕撤N化學力與其表面 相連、堆積而成的。二次顆粒。（硬團聚）相連、堆積而成的。二次顆粒。（硬團聚） 是在加工、制造過程中因物理、化學作用形成的是在加工、制造過程中因物理、化學作用形成的 （高溫脫水、晶型轉(zhuǎn)換、晶體生長、熔融等），（高溫脫水、晶型轉(zhuǎn)換、晶體生長、熔融等）， 結(jié)合力強，很難分散。結(jié)合力強，很難分散。 聚集體顆粒的總表面積聚集體顆粒的總表面積 凝聚體顆粒凝聚體顆粒 聚集體顆粒聚集體顆粒 4 4） 絮凝體顆粒絮凝體顆粒在液固分散體系中，顆粒間的物理力松散在液固分散體系中，顆粒間的物理力松散 結(jié)合形成的粒子群。結(jié)合形成的粒子群。 易解絮，可通過微弱的剪切力、

6、表面活性劑（分散劑）來解易解絮，可通過微弱的剪切力、表面活性劑（分散劑）來解 絮。絮。 長期貯存的粉體材料，都可看成是大氣水分形成的液固分散長期貯存的粉體材料，都可看成是大氣水分形成的液固分散 體系體系故有絮凝體產(chǎn)生故有絮凝體產(chǎn)生松散的絮團料塊松散的絮團料塊 緒緒 論論 4 顆粒大小和形狀表征顆粒大小和形狀表征 4 粉體特性的表征粉體特性的表征 4 粉體的粒度與比表面測定粉體的粒度與比表面測定 1.2、顆粒和粉體的物性與表征、顆粒和粉體的物性與表征 1.2.1 1.2.1 顆粒大小和形狀表征顆粒大小和形狀表征 一、顆粒的大小一、顆粒的大小 顆粒的大小用顆粒在空間范圍所占據(jù)的線性尺寸顆粒的大小用

7、顆粒在空間范圍所占據(jù)的線性尺寸 表示。表示。 球形顆粒球形顆粒直徑就是粒徑（直徑就是粒徑（particle diameter）。）。 粉體系統(tǒng)的顆粒平均大小稱為粒度（粉體系統(tǒng)的顆粒平均大小稱為粒度（particle size），習慣上將粒徑和粒度兩詞通用。），習慣上將粒徑和粒度兩詞通用。 非球形顆粒非球形顆粒用球體、立方體或長方體的代表用球體、立方體或長方體的代表 尺寸表示。最普遍的用球體當量直徑或當量徑尺寸表示。最普遍的用球體當量直徑或當量徑 （equivalent diameter）。當量直徑與顆粒的各物）。當量直徑與顆粒的各物 理意義相對應。理意義相對應。 直徑直徑d直徑直徑d、高度、高

8、度h？ 顆粒的大小顆粒的大小 1.2.1 1.2.1 顆粒大小和形狀表征顆粒大小和形狀表征 人為規(guī)定了一些所謂尺寸的表征方法人為規(guī)定了一些所謂尺寸的表征方法 粒徑表示方法 當量徑 三維尺寸 ( 三軸徑 ) 統(tǒng)計平均徑 粒度的分布 頻率分布 累計分布 平均粒徑 尺寸分布寬度 1.2.1 1.2.1 顆粒大小和形狀表征顆粒大小和形狀表征 當量徑當量徑 粉體顆粒的尺寸 1）當量徑 粉體顆粒的尺寸 1）當量徑 國際標準篩制：國際標準篩制：tyler(tyler(泰勒泰勒) )標準標準 單位：目單位：目 目數(shù)為篩網(wǎng)上目數(shù)為篩網(wǎng)上1 1英寸（英寸（25.4mm25.4mm）長度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù)）長度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù)

9、da m 4 .25 (a，d單位單位mmmm) 25.4 a d 當量徑當量徑-篩分徑篩分徑 粉體顆粒的尺寸 1）當量徑 當量徑當量徑 篩分徑：當顆粒通過粗篩網(wǎng)并停留在細篩網(wǎng)上時，粗細篩孔的篩分徑：當顆粒通過粗篩網(wǎng)并停留在細篩網(wǎng)上時，粗細篩孔的 孔徑范圍稱為篩分徑?？讖椒秶Q為篩分徑。 例：粉末的粒徑為例：粉末的粒徑為45456060目表示該粉末可通過目表示該粉末可通過4545目粗篩網(wǎng)，而停目粗篩網(wǎng)，而停 留在留在6060目篩網(wǎng)上。目篩網(wǎng)上。 目數(shù)目數(shù)-表示標準篩的篩孔尺寸的大小。表示標準篩的篩孔尺寸的大小。 在泰勒標準篩中，所謂網(wǎng)目就是在泰勒標準篩中，所謂網(wǎng)目就是2.54cm2.54cm（

10、1 1英寸）長度中的篩孔英寸）長度中的篩孔 數(shù)目，并簡稱為目。數(shù)目，并簡稱為目。 例如，例如，200200目的篩子，是指這種篩子每目的篩子，是指這種篩子每2.54cm2.54cm長度的篩網(wǎng)長度的篩網(wǎng) 有有200200個篩孔，其篩孔尺寸為個篩孔，其篩孔尺寸為0.075mm0.075mm（網(wǎng)目越少，篩孔尺（網(wǎng)目越少，篩孔尺 寸越大）。細度為寸越大）。細度為200200目占目占70%70%，即表示小于，即表示小于0.0750.075毫米的毫米的 顆粒含量占顆粒含量占70%70%。 粒度與目的關系為：粒度與目的關系為： 目數(shù)目數(shù) 粒度（粒度（m)=0.0143m)=0.0143 如：超微細為如：超微細

11、為12501250目，其粒度為目，其粒度為.0143/1250=11.44m.0143/1250=11.44m 納米定義是小于納米定義是小于100nm100nm，則目數(shù)為：，則目數(shù)為：0.01430.0143（1001001010-9 -9） ） =1.43=1.4310105 5( (即即14.314.3萬目萬目) ) 由于存在開孔率的問題，也就是因為編織網(wǎng)時用的絲的粗細由于存在開孔率的問題，也就是因為編織網(wǎng)時用的絲的粗細 的不同，不同的國家的標準也不一樣，目前存在美國標準、的不同，不同的國家的標準也不一樣，目前存在美國標準、 英國標準和日本標準三種，我國使用的是美國標準，也就是英國標準和日

12、本標準三種，我國使用的是美國標準，也就是 可用上面給出的公式計算。可用上面給出的公式計算。 第一章第一章 顆粒物性顆粒物性 目 數(shù) 粒 徑 對 照 表 等體積當量徑的測量儀器等體積當量徑的測量儀器 庫爾特計數(shù)器庫爾特計數(shù)器 小孔管浸泡在電解液中。小孔管內(nèi)外各有一電極，電流可通過孔管壁上的小孔管浸泡在電解液中。小孔管內(nèi)外各有一電極，電流可通過孔管壁上的 小圓孔從陽極流到陰極。小孔管內(nèi)部處于低氣壓狀態(tài)，因此管外的液體將源小圓孔從陽極流到陰極。小孔管內(nèi)部處于低氣壓狀態(tài)，因此管外的液體將源 源不斷地流到管內(nèi)。測量時將顆粒分散在液體中，顆粒就跟著液體一起流動。源不斷地流到管內(nèi)。測量時將顆粒分散在液體中，

13、顆粒就跟著液體一起流動。 當其經(jīng)過小孔時，兩電極之間的電阻增大。當電源是恒流源時，兩極之間會當其經(jīng)過小孔時，兩電極之間的電阻增大。當電源是恒流源時，兩極之間會 產(chǎn)生一個電壓脈沖，其峰值正比于小孔電阻的增量，也正比于顆粒體積；在產(chǎn)生一個電壓脈沖，其峰值正比于小孔電阻的增量，也正比于顆粒體積；在 圓球假設下，可換算成粒徑。儀器只要準確測出每一個電壓脈沖的峰值，即圓球假設下，可換算成粒徑。儀器只要準確測出每一個電壓脈沖的峰值，即 可得出各顆粒的大小，統(tǒng)計出粒度分布?？傻贸龈黝w粒的大小，統(tǒng)計出粒度分布。 粉體顆粒的尺寸 2）三軸徑 三維尺寸，三軸徑（三維尺寸，三軸徑（diameter of the t

14、hree dimensions） 最穩(wěn)放置（重心最低）于每邊與其相切的長方體中，長最穩(wěn)放置（重心最低）于每邊與其相切的長方體中，長 方體的三邊（長方體的三邊（長l，寬，寬b，高，高h）稱為顆粒的三軸徑。）稱為顆粒的三軸徑。 三軸徑可用來表征不規(guī)則形狀的顆粒大小。三軸徑可用來表征不規(guī)則形狀的顆粒大小。 由三軸徑計算的各平均直徑（由三軸徑計算的各平均直徑（dm）及物理意義見下表）及物理意義見下表 h b l 粉體顆粒的尺寸 2）三軸徑 粉體顆粒的尺寸 3）投影徑 投影徑：利用顯微投影徑：利用顯微 鏡觀察顆粒的投影，鏡觀察顆粒的投影， 沿一定方向沿一定方向可測量可測量 顆粒的粒徑。顆粒的粒徑。 （統(tǒng)

15、計粒徑，是平（統(tǒng)計粒徑，是平 行于一定方向測得行于一定方向測得 的線度）的線度） （a） （c） （b） （d） s1 s2 定向最大徑定向最大徑dk martin徑徑 feret徑徑 對于一個顆粒，隨方向而異，定向徑可取其所有方向?qū)τ谝粋€顆粒，隨方向而異，定向徑可取其所有方向 的平均值；對取向隨機的顆粒群，可沿一個方向測定。的平均值；對取向隨機的顆粒群，可沿一個方向測定。 粉體顆粒的尺寸 表征粒徑說明 粉體顆粒的尺寸 表征粒徑說明 顆粒不規(guī)則，顆粒不規(guī)則，martin徑和徑和feret徑與徑與 顆粒取向有關，眾多顆粒統(tǒng)計平均，則顆粒取向有關，眾多顆粒統(tǒng)計平均，則 取向偏差可抵消，取向偏差可抵

16、消，反映真實大小。反映真實大小。 同一種顆粒，采用不同測量方法得到同一種顆粒，采用不同測量方法得到 的粒徑值不盡相同。選用的粒徑測定方的粒徑值不盡相同。選用的粒徑測定方 法取決于希望控制的工藝過程，例如：法取決于希望控制的工藝過程，例如： 顏料投影面積重要，選投影徑；顏料投影面積重要，選投影徑； 藥劑表面積重要，選表面積直徑藥劑表面積重要，選表面積直徑 粒徑之間的關系粒徑之間的關系 martin徑、徑、feret徑和投影面積相當徑和投影面積相當 徑徑dh的關系見的關系見 右圖，實驗測量了右圖，實驗測量了254個個 粒徑粒徑3877微米的顆粒。三者關系微米的顆粒。三者關系df dh dm 。若長

17、短徑比小，用。若長短徑比小，用dm代替代替dh 偏差不會太大，但細長顆粒則偏差較大。偏差不會太大，但細長顆粒則偏差較大。 二、顆粒的形狀二、顆粒的形狀 粉體顆粒的尺寸 表征粒徑說明 粉體顆粒的形狀 a) 角狀角狀sic顆粒顆粒 c) 球狀球狀al2o3顆粒顆粒 b) 卵石狀卵石狀al2o3顆粒顆粒 d) 片狀片狀al2o3顆粒顆粒 粉體顆粒的形狀 a）樹枝狀；）樹枝狀；c）纖維狀；）纖維狀；b）d）針狀）針狀 氧化鋅顆粒氧化鋅顆粒 納米金顆粒納米金顆粒 粉體顆粒的形狀 聚合物球狀顆粒聚合物球狀顆粒 粉體顆粒的形狀 粉體顆粒的形狀 舉例：金剛石分形機按形狀分選舉例：金剛石分形機按形狀分選 傾角、

18、振動頻率和振幅，金剛石傾角、振動頻率和振幅，金剛石 顆粒摩擦系數(shù)顆粒摩擦系數(shù) 摩擦系數(shù)大摩擦系數(shù)大 向上向上 （如片狀（如片狀,樹枝狀等不規(guī)則顆粒）樹枝狀等不規(guī)則顆粒） 摩擦系數(shù)小摩擦系數(shù)小 向下向下 （如球形或卵石狀顆粒）（如球形或卵石狀顆粒） 粉體顆粒的形狀 顆粒形狀的定量表示形狀系數(shù)顆粒形狀的定量表示形狀系數(shù) 顆粒的三軸徑、投影徑顆粒的三軸徑、投影徑 顆粒最穩(wěn)放置外接長方體的尺寸：長顆粒最穩(wěn)放置外接長方體的尺寸：長l，寬，寬b，高，高h （1）球形度）球形度 （2）扁平度）扁平度m與延伸度與延伸度n （3）表面積形狀系數(shù)）表面積形狀系數(shù) （4）體積形狀系數(shù)）體積形狀系數(shù) （4）比表面積形

19、狀系數(shù)）比表面積形狀系數(shù) （5）斯托克斯形狀系數(shù)）斯托克斯形狀系數(shù) 粉體顆粒的形狀 與顆粒等體積的球的表面積與顆粒的表面積之比與顆粒等體積的球的表面積與顆粒的表面積之比 可以看出：可以看出： 1) ； 2) 顆粒為球形時，顆粒為球形時， 達最大值。達最大值。 1 ( (1 1) )球形度球形度 粉體顆粒的形狀 2 2 2 s v s v d d d d 顆粒的表面積 等體積球的表面積 各種顆粒的球形度各種顆粒的球形度 粉體顆粒的形狀 一個任意形狀的顆粒，測得該顆粒的長、寬、高為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，定義方法與前面討論顆

20、粒大小的三軸徑規(guī)定 相同，則：相同，則： h b m 顆粒的高度 顆粒的寬度 b l n 顆粒的寬度 顆粒的長度 扁平度扁平度 延伸度延伸度 ( (2 2) )扁平度扁平度m m與延伸度與延伸度n n 粉體顆粒的形狀 若以若以q表示顆粒的幾何特征，如面積、體積，表示顆粒的幾何特征，如面積、體積， 則則q與顆粒粒徑與顆粒粒徑d的關系可表示為：的關系可表示為： p kdq 式中，式中，k即為形狀系數(shù)。即為形狀系數(shù)。 形狀系數(shù)形狀系數(shù) 粉體顆粒的形狀 2 j sj d s (j表示對于該種粒徑的規(guī)定表示對于該種粒徑的規(guī)定) 6 立方體 球 與與的差別表示顆粒形狀對于球形的偏離的差別表示顆粒形狀對于球

21、形的偏離 (3) 表面表面積積形狀形狀系數(shù)系數(shù) 粉體顆粒的形狀 (j表示對于該種粒徑的規(guī)定表示對于該種粒徑的規(guī)定) (4) 體積體積形狀形狀系數(shù)系數(shù) 粉體顆粒的形狀 3 j v d v j 1 6 立方體 球 j j v v 與與 的差別表示顆粒形狀對于球形的偏離的差別表示顆粒形狀對于球形的偏離 j v 6 粉體顆粒的形狀 sv 表面積形狀系數(shù)與體積形狀系數(shù)的比值表面積形狀系數(shù)與體積形狀系數(shù)的比值 vj sj svj (5) 比表面積形狀系數(shù)比表面積形狀系數(shù) 粉體顆粒的形狀 一些規(guī)則幾何體的形狀系數(shù)一些規(guī)則幾何體的形狀系數(shù) s v sv 粉體顆粒的形狀 (6) stokes形狀系數(shù)形狀系數(shù) 粉

22、體顆粒的形狀 2 , 18 vfp t v st t v gd u u u k t u st u , - 非球形顆粒的自由沉降速度，非球形顆粒的自由沉降速度， - 球形顆粒的自由沉降速度球形顆粒的自由沉降速度 83. 0 實驗研究結(jié)果實驗研究結(jié)果 顆粒形狀術語顆粒形狀術語 n球形球形 spherical n立方體立方體 cubical n片狀片狀 platy，disc n棱柱狀棱柱狀 prismoidal n鱗狀鱗狀 flaky n海綿狀海綿狀 sponge n塊狀塊狀 blocky n尖角狀尖角狀 sharp n圓角狀圓角狀 round n多孔多孔 porous 粒狀粒狀 granular

23、棒狀棒狀 rod-like 針狀針狀 needle-like，acicular 纖維狀纖維狀 fibrous 樹枝狀樹枝狀 dendritic 聚集狀，團簇狀聚集狀，團簇狀 glomerate aggregative 中空中空 hollow 毛絨的毛絨的 fluffy，nappy 粉體顆粒的形狀 1.2.2 粉體顆粒粒徑分布 粒徑分布（粒徑分布（particle diameter distribution） 又稱粒度分布，是指用簡單的表格、繪圖和函數(shù)形式表又稱粒度分布，是指用簡單的表格、繪圖和函數(shù)形式表 示粉體顆粒群粒徑的分布狀態(tài)。示粉體顆粒群粒徑的分布狀態(tài)。 單分散體系（單分散體系（mono

24、disperse）可用單一的粒徑表示。）可用單一的粒徑表示。 實際粉體的顆粒大小不等，是多分散體系（實際粉體的顆粒大小不等，是多分散體系（polydisperse），）， 顆粒粒徑大小服從統(tǒng)計學規(guī)律顆粒粒徑大小服從統(tǒng)計學規(guī)律將粒徑設為連續(xù)的隨機將粒徑設為連續(xù)的隨機 變量。變量。 粒徑分布 1）頻率分布 （1）表格表示法）表格表示法 （2）作圖表示法）作圖表示法 直方圖（組距直方圖（組距-頻率）頻率） 頻率分布曲線（回歸成光滑曲線）頻率分布曲線（回歸成光滑曲線） 分布函數(shù)式微分函數(shù)分布函數(shù)式微分函數(shù) 頻率分布：表示各個粒徑相對應的顆粒百分含量（微分型）頻率分布：表示各個粒徑相對應的顆粒百分含量（

25、微分型） 頻率與顆粒大小的關系頻率與顆粒大小的關系 百分含量的基準：顆粒個數(shù)，體積，質(zhì)量，長度，面積百分含量的基準：顆粒個數(shù)，體積，質(zhì)量，長度，面積 （1）表格表示法）表格表示法 粉體顆粒粒徑分布 頻率頻率 % % 粒度粒度 直方圖（組距直方圖（組距-頻率）頻率） （2）作圖表示法）作圖表示法 粉體顆粒粒徑分布 頻率分布曲線（回歸成光滑曲線）頻率分布曲線（回歸成光滑曲線） 頻度頻度% % 粒度粒度 正態(tài)分布：正態(tài)分布： 2 2 0 2 )( exp 2 1 )( dd df （ d d +） -中位徑，統(tǒng)計學中的數(shù)學期望值中位徑，統(tǒng)計學中的數(shù)學期望值 -標準偏差標準偏差 0 d 分布函數(shù)式微分

26、函數(shù)分布函數(shù)式微分函數(shù) 粒徑分布 2）累積分布 大于（或小于）某粒徑的顆粒占全部顆粒的百分含量大于（或小于）某粒徑的顆粒占全部顆粒的百分含量 與該粒徑的關系與該粒徑的關系-累積分布函數(shù)式累積分布函數(shù)式積分函數(shù)積分函數(shù) （1）篩下累積方式）篩下累積方式 （）(100%-0) r(dp) 顆粒的頻率分布和累積分布顆粒的頻率分布和累積分布 )( p df )( )( )( )( p p p p dd ddr dd ddd 粉體顆粒粒徑分布 3）表征粒徑分布的特征參數(shù) （1）中間尺寸中間尺寸 又稱又稱中位粒徑中位粒徑，指顆粒百分數(shù)達到，指顆粒百分數(shù)達到50所對應的顆粒尺寸。所對應的顆粒尺寸。累累 積分

27、布圖積分布圖中很容易找到。中很容易找到。 （2）最大頻率尺寸最大頻率尺寸 又稱又稱最頻粒徑最頻粒徑，指，指頻率分布圖頻率分布圖中顆粒頻率峰值所對應的顆粒尺中顆粒頻率峰值所對應的顆粒尺 寸，即在顆粒群中個數(shù)和質(zhì)量出現(xiàn)概率最大的顆粒粒徑。頻率分寸，即在顆粒群中個數(shù)和質(zhì)量出現(xiàn)概率最大的顆粒粒徑。頻率分 布式的一階導數(shù)為零可求最頻粒徑。布式的一階導數(shù)為零可求最頻粒徑。 （a）頻率分布圖）頻率分布圖 （b）累積分布圖）累積分布圖 4）粉體顆粒尺寸分布寬度 粒度分布寬度表示法有粒度分布寬度表示法有span 法法, 標準偏差法標準偏差法, 粒度頻率分布粒度頻率分布 圖法和粒度累積分布圖法。這些方法的定義不同

28、圖法和粒度累積分布圖法。這些方法的定義不同, 適用場合也適用場合也 不同。不同。 (1) span 法法 定義定義: span= x(0.9)- x(0.1)/x(0.5) 式中式中: x (0.9)-粒度累積分布圖上累積百分數(shù)粒度累積分布圖上累積百分數(shù)90%所對應的顆粒直徑所對應的顆粒直徑 x (0.1)-粒度累積分布圖上累積百分數(shù)粒度累積分布圖上累積百分數(shù)10%所對應的顆粒直徑所對應的顆粒直徑 x (0.5)-粒度累積分布圖上累積百分數(shù)粒度累積分布圖上累積百分數(shù)50%所對應的顆粒直徑所對應的顆粒直徑 span 值是一個無量綱量值是一個無量綱量, 表示較大顆粒與較小顆粒粒徑差表示較大顆粒與較

29、小顆粒粒徑差 與平均粒徑的相對變化率。只有在平均粒徑相等的情況下與平均粒徑的相對變化率。只有在平均粒徑相等的情況下, 才能用才能用span 法來比較顆粒群之間的分布寬度。法來比較顆粒群之間的分布寬度。 一些進口粒度分析儀一些進口粒度分析儀, 如英國如英國malvern 公司的公司的mastersize 激激 光粒度儀就用光粒度儀就用span 法表示被測粒度的分布寬度。法表示被測粒度的分布寬度。 4）粉體顆粒尺寸分布寬度 (2) 標準偏差法標準偏差法 式中式中: ni-某一直徑范圍的顆粒數(shù)某一直徑范圍的顆粒數(shù); xi-某一直徑范圍某一直徑范圍; -顆粒群的平均直徑顆粒群的平均直徑; n-顆?？倲?shù)

30、顆?？倲?shù) 標準偏差法是從概率統(tǒng)計學角度定義的一種表示粒度分布標準偏差法是從概率統(tǒng)計學角度定義的一種表示粒度分布 的寬度表示法的寬度表示法, 表示顆粒群顆粒直徑偏離平均直徑的程度表示顆粒群顆粒直徑偏離平均直徑的程度, 越大越大, 顆粒群的直徑偏離平均直徑的程度越大顆粒群的直徑偏離平均直徑的程度越大, 粒度分布越寬。粒度分布越寬。 與與span 法相同法相同, 標準偏差法也只適用于平均直徑相同的情況。標準偏差法也只適用于平均直徑相同的情況。 x 4）粉體顆粒尺寸分布寬度 為表征顆粒尺寸的分布特征，定義顆粒尺寸分布寬度。為表征顆粒尺寸的分布特征，定義顆粒尺寸分布寬度。 目前還沒有評價顆粒尺寸分布特征

31、的統(tǒng)一標準，表征的分目前還沒有評價顆粒尺寸分布特征的統(tǒng)一標準，表征的分 布特征見表。布特征見表。 d/尺寸分布寬度： d/ （3） 圖表法圖表法 同一顆粒群不同特征物理量所對應的粒度分布特征方程同一顆粒群不同特征物理量所對應的粒度分布特征方程 差別很大。兩種不同粒度的顆粒群差別很大。兩種不同粒度的顆粒群, 在在平均粒徑平均粒徑或或最大粒徑最大粒徑大大 致相等的情況下致相等的情況下, 在粒度在粒度頻率分布圖頻率分布圖上可以很容易比較兩顆粒上可以很容易比較兩顆粒 群粒度分布的寬窄群粒度分布的寬窄, 見圖見圖1、圖、圖2, f2( x) 物料的粒度分布寬度物料的粒度分布寬度 大于大于f1( x) 物

32、料。物料。 4）粉體顆粒尺寸分布寬度 若兩顆粒群若兩顆粒群最大粒徑最大粒徑大致相等的話大致相等的話, 在在累積分布圖累積分布圖上也可清楚上也可清楚 地比較出兩顆粒群粒度分布的寬窄地比較出兩顆粒群粒度分布的寬窄, 見圖見圖3。s1( x) 物料的分布物料的分布 寬度大于寬度大于s2( x) 物料。物料。 4）粉體顆粒尺寸分布寬度 a b cd 若兩顆粒群若兩顆粒群最大粒徑最大粒徑大致相等的話大致相等的話, 在在累積分布圖累積分布圖 上也可清楚地比較出兩顆粒群粒度分布的寬窄上也可清楚地比較出兩顆粒群粒度分布的寬窄 算術平均徑 nndda 長度平均徑 ndnddl 2 面積平均徑 nndds 2 粉

33、體平均粒徑計算公式粉體平均粒徑計算公式 1.2.3 粉體的平均粒徑粉體的平均粒徑 粉體的特性表征粉體的特性表征 粉體的平均粒徑粉體的平均粒徑 1.2.4 顆粒間的作用力顆粒間的作用力 顆粒間的的作用力顆粒間的的作用力 1）顆粒間的范德華力）顆粒間的范德華力 2）顆粒間的靜電作用力）顆粒間的靜電作用力 3）顆粒間的毛細力）顆粒間的毛細力 顆粒的團聚性顆粒的團聚性 z0 z0 1 1）顆粒間的范德華力）顆粒間的范德華力 是組成顆粒的眾多分子間的分子力的總和是組成顆粒的眾多分子間的分子力的總和 顆粒在真空中顆粒在真空中 顆粒在介質(zhì)中顆粒在介質(zhì)中 顆粒與平板之間顆粒與平板之間 吸附氣體作用于顆粒，增大

34、顆粒間的范德華力吸附氣體作用于顆粒，增大顆粒間的范德華力 顆粒的接觸變形，增加接觸面積，增加距離較近的顆粒的接觸變形，增加接觸面積，增加距離較近的 分子數(shù)，則增大顆粒間的范德華力分子數(shù)，則增大顆粒間的范德華力 表面粗糙度增大，將降低范德華力表面粗糙度增大，將降低范德華力 21 21 2 0 vdw dd dd z12 a f 2 0 vdw z12 da f 12 aa 221112 aaa 2 221112 )(aaa 微粒可以看做是大量分子的集合體。微粒可以看做是大量分子的集合體。hamakerhamaker假設，微粒間假設，微粒間 的相互作用等于組成它們的各分子之間的相互作用的加和。的相

35、互作用等于組成它們的各分子之間的相互作用的加和。 aahamakerhamaker常數(shù)，它是物質(zhì)的特征常數(shù)，與組成微粒的分子常數(shù)，它是物質(zhì)的特征常數(shù)，與組成微粒的分子 之間的相互作用有關。之間的相互作用有關。 2 2）顆粒間的靜電力）顆粒間的靜電力 相互接觸的顆粒有相互運動時，顆粒間將有電荷的轉(zhuǎn)相互接觸的顆粒有相互運動時，顆粒間將有電荷的轉(zhuǎn) 移。由于電荷的轉(zhuǎn)移顆粒將帶電，引起顆粒間的作用移。由于電荷的轉(zhuǎn)移顆粒將帶電，引起顆粒間的作用 力存在，稱為靜電力。力存在，稱為靜電力。 ) z2 1 ( 0 2 21 dd qq f e 一些單元操作中顆粒帶電強度的參考值一些單元操作中顆粒帶電強度的參考值

36、 在某些情況下電荷隨時間積累而積累，顆粒獲得的最大在某些情況下電荷隨時間積累而積累，顆粒獲得的最大 電荷量受限于其周圍介質(zhì)的擊穿強度，在干空氣中約為電荷量受限于其周圍介質(zhì)的擊穿強度，在干空氣中約為 1.661.66101010 10電子 電子/cm/cm2 2，但實際觀測值要低很多。，但實際觀測值要低很多。 隨著電荷所產(chǎn)生的電場強度增加，當電荷的電場強度大隨著電荷所產(chǎn)生的電場強度增加，當電荷的電場強度大 于空氣的擊穿強度時，會由于電荷的突然放電而產(chǎn)生爆于空氣的擊穿強度時，會由于電荷的突然放電而產(chǎn)生爆 炸的危險。炸的危險。 3 3）顆粒間液橋力）顆粒間液橋力- -毛細力分析毛細力分析 實際的粉體

37、顆粒間往往存在水分，在顆粒間形成實際的粉體顆粒間往往存在水分，在顆粒間形成 液橋液橋，液橋的水分的表面張力的收縮作用將引起對兩，液橋的水分的表面張力的收縮作用將引起對兩 顆粒間的牽引力，稱為顆粒間的牽引力，稱為毛細力毛細力。 毛細力（液橋力）比分子力（范德華力）約毛細力（液橋力）比分子力（范德華力）約大大1-2 個數(shù)量級。個數(shù)量級。因此在濕空氣中顆粒的凝聚主要是液橋力因此在濕空氣中顆粒的凝聚主要是液橋力 造成的，而干燥粉體則是范德華力起作用。因此在空造成的，而干燥粉體則是范德華力起作用。因此在空 氣狀態(tài)下，保持粉體干燥是防止結(jié)團的極重要措施。氣狀態(tài)下，保持粉體干燥是防止結(jié)團的極重要措施。 毛細

38、力分析毛細力分析 1.2.5 1.2.5 顆粒的團聚性顆粒的團聚性 顆粒彼此互不相干，能自由運動的狀態(tài)顆粒彼此互不相干，能自由運動的狀態(tài)分散分散； 氣氣/ /液相中，由于相互作用力形成聚合的狀態(tài)液相中，由于相互作用力形成聚合的狀態(tài)團聚團聚 顆粒的分散技術：顆粒的分散技術： 化工領域化工領域涂料涂料/ /染料染料/ /油墨油墨/ /化妝品等，分散及分散穩(wěn)定性化妝品等，分散及分散穩(wěn)定性 影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能；影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能； 材料科學材料科學復合材料和納米材料的制備的成敗與超微粉體復合材料和納米材料的制備的成敗與超微粉體 的分散穩(wěn)定性緊密相關；的分散穩(wěn)定性緊密相關； 原級顆粒、聚集體顆粒、凝

39、聚體顆粒、絮凝體顆粒原級顆粒、聚集體顆粒、凝聚體顆粒、絮凝體顆粒 團聚機理的三種狀態(tài)：聚集體（面相接，難分散）、團聚機理的三種狀態(tài)：聚集體（面相接，難分散）、 凝聚體（點凝聚體（點/ /角相接，較易分散）、絮凝體（更松散，角相接，較易分散）、絮凝體（更松散， 空氣相對濕度空氣相對濕度65%65%時）時） 團聚原因：顆粒間作用力和空氣的濕度團聚原因：顆粒間作用力和空氣的濕度 一、團聚的評價標準一、團聚的評價標準 團聚準數(shù)：團聚準數(shù)： 當顆粒尺寸小于當顆粒尺寸小于1um時，尺寸減小，團聚準時，尺寸減小，團聚準 數(shù)增大。數(shù)增大。 團聚強度：團聚強度： 隨顆粒尺寸的減小團聚強度迅速增加隨顆粒尺寸的減小

40、團聚強度迅速增加 mg f c erint 0 2 1 d f p 二、二、 顆粒在空氣中的團聚與分散顆粒在空氣中的團聚與分散 空氣中團聚的主要原因：空氣中團聚的主要原因： 1 1）顆粒間的作用力）顆粒間的作用力 靜電力靜電力 范德華力范德華力 65%(65%時時) ) 分散的途徑：分散的途徑： 1 1）機械分散）機械分散 2 2）干燥分散）干燥分散 3 3）表面改性）表面改性 4 4）靜電分散）靜電分散 分散的途徑：分散的途徑： 1）機械分散）機械分散 機械力機械力黏著力，強制分散黏著力，強制分散 但作用力未改變，離開分散器后有可能重新聚團；且但作用力未改變，離開分散器后有可能重新聚團；且

41、易導致脆性顆粒被粉碎；設備磨損后分散效果會下降。易導致脆性顆粒被粉碎；設備磨損后分散效果會下降。 2）干燥分散）干燥分散 杜絕液橋產(chǎn)生或破壞已有液橋，加溫干燥處理杜絕液橋產(chǎn)生或破壞已有液橋，加溫干燥處理 3）表面改性）表面改性 采用物理采用物理/化學方法，有目的地改變顆粒表面物理化學性化學方法，有目的地改變顆粒表面物理化學性 質(zhì)，使其具有新的機能并提高分散性；不同的改性劑不同摻質(zhì)，使其具有新的機能并提高分散性；不同的改性劑不同摻 入量其分散效果不同入量其分散效果不同 4）靜電分散）靜電分散 同質(zhì)顆粒表面帶電相同，靜電力起排斥作用。接觸帶電、同質(zhì)顆粒表面帶電相同，靜電力起排斥作用。接觸帶電、 感

42、應帶電、電暈帶電等方法使顆粒帶電感應帶電、電暈帶電等方法使顆粒帶電 三、三、 顆粒在液體中的團聚與分散顆粒在液體中的團聚與分散 顆粒表面潤濕形成固、液、氣三相界面，當三相界顆粒表面潤濕形成固、液、氣三相界面，當三相界 面張力達到平衡時，界面張力與平衡潤濕接觸角的關面張力達到平衡時，界面張力與平衡潤濕接觸角的關 系為：楊氏公式（系為：楊氏公式（young equationyoung equation）: : - -平衡潤濕平衡潤濕接觸角接觸角，即自固液界面經(jīng)液體到氣，即自固液界面經(jīng)液體到氣 液表面的夾角。在氣、液、固三相交點處所作的氣液表面的夾角。在氣、液、固三相交點處所作的氣- - 液界面的切

43、線與固液界面的切線與固- -液交界線之間的夾角液交界線之間的夾角，是潤濕，是潤濕 程度的量度。程度的量度。 cos lvslsv 潤濕功潤濕功 潤濕功越高越易潤濕，即較高的界面張力和較低的潤濕功越高越易潤濕，即較高的界面張力和較低的 接觸角有助于潤濕的自發(fā)進行。接觸角有助于潤濕的自發(fā)進行。 90o180o 不潤濕或不良潤濕；不潤濕或不良潤濕； 0o90o，部分潤濕或有限潤濕；，部分潤濕或有限潤濕； =0o，完全潤濕或鋪展，完全潤濕或鋪展 根據(jù)表面接觸角的大小，固體顆?？煞譃橛H水性和疏根據(jù)表面接觸角的大小，固體顆?？煞譃橛H水性和疏 水性兩大類。見表。水性兩大類。見表。 cos lvi w 顆粒表

44、面潤濕性的分類和結(jié)構特性關系顆粒表面潤濕性的分類和結(jié)構特性關系 根據(jù)日常經(jīng)驗，在玻璃板上水易潤濕，水銀不易根據(jù)日常經(jīng)驗，在玻璃板上水易潤濕，水銀不易 潤濕。這是因為水分子間的引力小于水和玻璃間潤濕。這是因為水分子間的引力小于水和玻璃間 的引力；水銀原子間的引力大于水銀與玻璃間的的引力；水銀原子間的引力大于水銀與玻璃間的 引力所至。引力所至。 有關測定結(jié)果是：有關測定結(jié)果是： 水在玻璃板上的接觸角水在玻璃板上的接觸角約等于約等于0 水銀在玻璃板上的接觸角水銀在玻璃板上的接觸角約等于約等于140 接觸角接觸角最小值為最小值為0，最大值為，最大值為180 接觸角接觸角越小，潤濕性越好。越小，潤濕性越

45、好。 顆粒在液體中的范德華力顆粒在液體中的范德華力 顆粒在液體中，須考慮液體分子與顆粒分子群的作用顆粒在液體中，須考慮液體分子與顆粒分子群的作用 以及這種作用對顆粒范德華力的影響。以及這種作用對顆粒范德華力的影響。 hamaker常數(shù)常數(shù) 顆粒顆粒1、顆粒、顆粒2、液體、液體3在真空中的在真空中的hamaker常數(shù)；常數(shù)； a131：液體：液體3中同質(zhì)顆粒中同質(zhì)顆粒1之間的之間的hamaker常數(shù)常數(shù) a132：液體：液體3中不同質(zhì)顆粒中不同質(zhì)顆粒1與顆粒與顆粒2之間相互作用的之間相互作用的 hamaker常數(shù)常數(shù) 2 3311133311131 2aaaaaa 33223311132 aaa

46、aa 21 21 2 0 vdw dd dd z12 a f 真空中真空中 范德華作用力范德華作用力 范德華力為正值，為排斥力范德華力為正值，為排斥力 范德華力為負值，為吸引力范德華力為負值，為吸引力 而對于同質(zhì)顆粒（而對于同質(zhì)顆粒（ ），）， 恒為正，范德恒為正，范德 華力恒負，恒為吸引力，其值為真空中的華力恒負，恒為吸引力，其值為真空中的1/4。 21 21 2 0 132 vdw dd dd z12 a f 2211 aa 2 0 132 vdw 4z2 da f 132 a 調(diào)節(jié)顆粒在液相中的分散性和穩(wěn)定性的途徑調(diào)節(jié)顆粒在液相中的分散性和穩(wěn)定性的途徑 改變分散相與分散介質(zhì)的性質(zhì)，調(diào)控改變分散相與分散介質(zhì)的性質(zhì)，調(diào)控 hamaker常數(shù)，使其值變小，下降顆粒間常數(shù)，使其值變小，下降顆粒間 的吸引