顆粒的表征與測量

1、顆粒的表征與測量第1頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四2.1.1 單顆粒的粒度(Size of single particle)三軸徑(Three axes diameter )2.1 粒徑(Particle size)表示顆粒大小的線性尺寸注意：因?yàn)榻^大多數(shù)情形下顆粒都是非球形顆粒，故一般用“粒徑或顆粒尺寸”而非“直徑”來表示顆粒的大小，定向徑(Unidirectional diameter ) 當(dāng)量直徑(Equivalent diameter )第2頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四2.1.1.1 三軸徑(Three axes diamete

2、r)顆粒的外接長方體的長l、寬b、高h(yuǎn)的某種意義的平均值第3頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四三軸徑的平均值計(jì)算公式 序號(hào)計(jì) 算式名 稱意 義1二軸平均徑顯微鏡下出現(xiàn)的顆?；敬笮〉耐队?三軸平均徑算術(shù)平均3三軸調(diào)和平均徑與顆粒的比表面積相關(guān)聯(lián)4二軸幾何平均徑接近于顆粒投影面積的度量5三軸幾何平均徑假想的等體積的正方體的邊長6假想的等表面積的正方體的邊長三軸等表面積平均徑第4頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四2.1.1.2 當(dāng)量直徑(Equivalent diameter) 球當(dāng)量徑；圓當(dāng)量徑；沉降速度相當(dāng)徑球當(dāng)量徑(Equivalent dia

3、meter of sphere)等體積球當(dāng)量徑、等表面積球當(dāng)量徑、等比表面積球當(dāng)量徑等體積球當(dāng)量徑(Equivalent diameter of equal volume sphere)與顆粒體積相等的球的直徑第5頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四等表面積球當(dāng)量徑(Equivalent diameter of equal surface area sphere)與顆粒表面積相等的球的直徑，用符號(hào)ds表示。令表面積為S，則有所以 第6頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四圓當(dāng)量徑(Diameter of equivalent circle)與顆粒某種投

4、影性質(zhì)相等的圓的直徑。投影圓當(dāng)量徑（ Diameter of circle of equal projected area, Heywood徑）與顆粒投影面積相等的圓的的直徑稱為投影圓當(dāng)量徑，用符號(hào)dH表示。令投影面積為A，則有所以第7頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四2.1.1.3 投影徑 (Projected diameter) 利用顯微鏡測量顆粒的粒徑時(shí)，可觀察到顆粒的投影。如圖12所示。因此按其投影的大小定義粒徑，在測量上比較便利。第8頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四 (a)二軸徑：顆粒投影的外接矩形的長l和寬b稱為二軸徑。 (b)Fe

5、ret徑DF：與顆粒投影相切的兩條平行線之間的距離稱為Feret徑，如圖12（a）。 (c)Martin徑DM：在一定方向上將顆粒投影面積分為兩等份的直徑，如圖12(b)。 (d)定方向最大直徑DK（Krumbein徑）：在一定方向上顆粒投影的最大長度，見圖12(c)。 (e)投影面積相當(dāng)徑DH（Heywood徑）：與顆粒投影面積相等的圓的直徑，又稱當(dāng)量直徑，見圖12(d)。 (f)投影周長相當(dāng)徑：與顆粒周長相等的圓的直徑，記作DC，此徑常用于考察顆粒的形狀。 第9頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四 顆粒群的平均粒徑(Mean diameter) 根據(jù)不同情形采用不同的

6、平均粒徑來定量地表達(dá)顆粒群（多分散體）的粒度大小。設(shè)：顆粒群粒徑分別為 d1， d2，d3， d4，di，dn；相應(yīng)顆粒個(gè)數(shù): n1， n2，n3， n4，ni，nn；總個(gè)數(shù)N=相對(duì)應(yīng)的顆粒質(zhì)量為 w1，w2，w3，w4，wi，.wn?？傎|(zhì)量W= 第10頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四Calculation of average diameter實(shí)例1 設(shè)顆粒群由粒徑為d1，d2，dn的顆粒組成，每種顆粒的個(gè)數(shù)分別為n1，n2，nn，試由顆?？傞L這一特性推導(dǎo)其平均粒徑。解 顆粒的總長可表示成 將全部顆粒視為粒徑為D的均一顆粒，上式中的d由D代替解得此粒徑稱為個(gè)數(shù)平均徑

7、。 設(shè)顆粒為每邊為d 的立方體，若測量顆粒群的總長度l，總面積S 和總質(zhì)量m，由下式可計(jì)算其個(gè)數(shù)：第11頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四2.2 顆粒形狀(Shape of particle) 顆粒形狀是指一個(gè)顆粒的輪廓邊界或表面上各點(diǎn)所構(gòu)成的圖像，它是除粒度外顆粒的另一重要的幾何特征。顆粒形狀對(duì)粉末性質(zhì)有直接影響，如：粉末比表面，流動(dòng)性，壓縮性，固著力，填充性，研磨特性，同時(shí)影響混合，儲(chǔ)存，運(yùn)輸，壓制，燒結(jié)等單元過程。云母粉磷酸銨鹽滅火粉玻璃纖維粉 片狀 球形 纖維狀第12頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四一些產(chǎn)品對(duì)顆粒形狀的要求序號(hào)產(chǎn)品種類對(duì)

8、性質(zhì)的要求對(duì)顆粒形狀的要求1涂料、墨水、化妝品固著力強(qiáng)、反光效果好片狀顆粒2橡膠填料增強(qiáng)性和耐磨性非長形顆粒3塑料填料高沖擊強(qiáng)度長形顆粒4電池陰極材料導(dǎo)電性土豆?fàn)?洗滌劑和食品工業(yè)流動(dòng)性球形顆粒6磨料研磨性多角狀第13頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四球形 spherical粒狀 granular立方體 cubical棒狀 rodlike片狀 platy, discs針狀 need-like柱狀 prismoidal纖維狀 fibrous鱗狀 flaky樹枝狀 dendritic海綿狀 spongy聚集體 agglomerate塊狀 blocky中空 hollow尖角狀

9、 sharp粗糙 rough園角狀 round光滑 smooth多孔 porous毛絨 fluffy, nappy2.2.1 顆粒形狀的定性表示 顆粒形狀基本術(shù)語第14頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四2.2.2 球形度（Carmann shape coefficient）定義：顆粒的等體積球的表面積與顆粒的實(shí)際表面積之比。表示符號(hào)：c或。 若顆粒的等表面積當(dāng)量徑為ds，等體積當(dāng)量徑為dv，則其表達(dá)式為： 若用 表示之，則有： 第15頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四各種顆粒的球形度顆粒形狀或物料名稱球形度顆粒形狀或物料名稱球形度球形顆粒八面體正

10、方體長方體 (L為單邊長) LL2L L2L2L L2L3L圓柱體(h為高度, r為半徑) h=3r h=10r h=20r1.000.850.810.770.760.730.860.690.58圓盤體(h為高度,r為半徑) h=r h=r/3 h=r/10天然煤粉粉碎煤粉粉碎玻璃參差不齊的燧石砂參差不齊的片狀燧石砂接近于球體的渥太華砂0.830.590.320.650.730.650.650.430.95第16頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四球形度計(jì)算舉例（以棱長為a的立方體顆粒為例）：顆粒的體積：a 3顆粒的表面積：S=6a2等體積球的直徑：等體積球的表面積：所以

11、第17頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四2.3 粒度分布(Particle size distribution) 粒度分布的意義：直觀地表示顆粒的分布狀態(tài)不同粒度的顆粒的多少；用以求相關(guān)的粒度分布參數(shù)；減少確定分布所需要的試驗(yàn)次數(shù)第18頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四第19頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四頻率分布(Frequency Distribution) 的表示方法： （1）列表法（2）圖示法：矩形圖、柱狀圖等（3）數(shù)學(xué)法第20頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四hDp /mnpDi /mf

12、 (Dp) /%11.02.051.51.6722.03.092.53.0033.04.0113.53.6744.05.0284.59.3355.06.0585.519.3366.07.0606.520.0077.08.0547.51888.09.0368.512.0099.010.0179.55.671010.011.01210.54.001111.012.0611.52.001212.013.0412.51.33總 和300100第21頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四當(dāng)Dp0 時(shí)，矩形圖分布即成為曲線所示的連續(xù)頻率分布。 第22頁，共41頁，2022年，5月20日

13、，15點(diǎn)36分，星期四2.3.4 表征粒度分布的特征參數(shù) (The characteristics parameters to character the size distribution)(1)平均粒徑（mean diameter） (2)中位粒徑D50(median diameter)：把樣品個(gè)數(shù)（或質(zhì)量）二等兩分的顆粒粒徑，即 DDp=RDp=50% 時(shí)的粒徑。(3)最頻粒徑 Dmo(modal diameter)：在頻率頒分布圖上，縱坐標(biāo)最大值所對(duì)應(yīng)的粒徑，即在顆粒群中個(gè)數(shù)或質(zhì)量出現(xiàn)幾率最大的顆粒粒徑。第23頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四 (3)標(biāo)準(zhǔn)偏差（

14、Standard deviation） 標(biāo)準(zhǔn)偏差以表示，幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差以g表示。 或 g值越小，說明分布越集中。對(duì)于頻率分布：個(gè)數(shù)基準(zhǔn)第24頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四雖DnL(A)= DnL(B)= DnL(C)，但ABC，故粉體A的分布最窄，C分布最寬。第25頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四2.4 顆粒粒度的測量 (Measurement of particle size)篩分法（40m，微目篩540m）光學(xué)顯微鏡（0.25-250m）、SEM（0.01-1000m）、TEM（ 0.002-10m ）激光（光散射、消光）：0.002-2

15、000m；X光小角散射：0.005-0.1m重力沉降：2-100m；離心沉降：0.01-10m電阻法（庫爾特法）0.4-800m氣體透過法、氣體吸附法等：測比表面積徑。 第26頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四1、顯微觀察法 顯微觀察的測量范圍： Optical microscopy: 3-1000m Transmission electron microscopy (TEM): 2nm-1 m Scanning electron microscopy (SEM): 10nm-1000 m 顯微觀察的期望標(biāo)準(zhǔn)偏差：Where, Pr： the percentage by

16、 number in each size class, Nr is the total number of the particles of all size class, 需觀察的最少顆粒數(shù)： The standard error is a maximum when Pr=50; hence, S(Pr) will always be less than 2%- an acceptable error for most instance if Nr625 particles.第27頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四Microscopes光學(xué)顯微鏡掃描電子顯微鏡（場發(fā)射

17、、 W燈絲、 LaB6燈絲) 透射電子顯微鏡高分辨透射電子顯微鏡與光鏡相連的圖像分析儀JEOL3010JSM7500第28頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四測量方法常用放大倍數(shù) 200-600. 目鏡測微尺校準(zhǔn).常用的目鏡測微尺有 直線測微尺,網(wǎng)格測微尺 讀數(shù)方法 : Feret徑, Martin徑, 或某一直線線切割. 分10-20個(gè)粒徑級(jí), 測量數(shù)目600個(gè)。第29頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四獲得的結(jié)果：頻率分布圖累積分布圖第30頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四英國標(biāo)準(zhǔn)中以投影面積等級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)：顆粒輪廓的投影面積

18、相等價(jià)的圓的面積表征顆粒的大小 This figure shows a typical reticule given in British Standard 3406 showing seven circles in a root-2 progression of sizes and five different geometric areas.第31頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四2、篩分法篩分法定義： 利用篩孔尺寸由大到小組合的一套篩,借助振動(dòng)把粉末分成若干等級(jí),稱量各級(jí)粉末重量,即可計(jì)算用重量百分?jǐn)?shù)表示的粒度組成。篩分法的度量： 篩孔的孔徑和粉末的粒度可以用微米

19、(毫米),或目數(shù)表示。 所謂目數(shù)是指篩網(wǎng)1英寸(25.4毫米)長度上的網(wǎng)孔數(shù)。 m=25.4/(a+b) , m目數(shù), a 網(wǎng)孔尺寸,b絲徑.振動(dòng)篩裝置各種篩子各種規(guī)格篩網(wǎng)第32頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四3、庫爾特記數(shù)法（流體掃描）Coulter counter流體掃描概念（Stream Scanning Methods）： 通過每個(gè)單個(gè)顆粒與外加場（電場、磁場）作用的大小來獲得與尺寸 相關(guān)的信號(hào)。只能在低顆粒濃度的體系中測量，特別適合顆粒計(jì)數(shù)?？蓽y量在液體氣體中的顆粒第33頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四 1 原理 電阻法顆粒計(jì)數(shù)器（

20、以下簡稱“計(jì)數(shù)器”）又稱庫爾特（Coulter）計(jì)數(shù)器，是基于小孔電阻原理，見圖。設(shè)小孔內(nèi)充滿電解液，其電阻率為，小孔橫截面積為S，長度為L，當(dāng)小孔內(nèi)沒有顆粒進(jìn)入時(shí)，小孔兩端的電阻為：。 當(dāng)絕緣顆粒進(jìn)入小孔，占去一部分導(dǎo)電空間時(shí)，電阻將增大。電阻增量圖 小孔電阻原理示意圖即電阻增量正比于顆粒體積。第34頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四 Coulter counter美國貝克曼公司庫爾特記數(shù)儀Scheme:圖 電阻法顆粒計(jì)數(shù)器原理圖第35頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四4、 激光衍射法英國馬爾文 Mastersizer 2000 粒度分析儀器 測試范圍：0.1m340m 國產(chǎn)BT-9300H型激光粒度儀 測量范圍： 0.02m 2000m 第36頁，共41頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)36分，星期四The Principle Small particles scatter