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粉体工程,绪论粉末的表征与测量粉末制取粉末成形粉末固结,绪论,粉体工程学科的形成粉体工程的应用范围,绪论,Fineparticle颗粒从个体颗粒出发，称为颗粒学,Powder粉体从集合粉体出发，称为粉体工程学,绪论,粉体工程所涉及的行业,绪论,绪论,粉末的表征与测量,颗粒大小和形状表征,粉体特性的表征,粉体的粒度与比表面测定,1.1颗粒大小和形状表征,材料的机械、物理和化学性质描述了组成材料的物质组态的基本特性，当物质被“分割”成为粉体之后，上述三类性质则不能全面描述材料的性质，必须对粉体材料的组成单元颗粒，进行详细描述。颗粒的大小和形状是粉体材料最重要的物性特性表征量。,颗粒大小和形状表征,颗粒大小和形状表征,直径D,直径D、高度H,,颗粒的大小,颗粒大小,颗粒大小和形状表征,人为规定了一些所谓尺寸的表征方法,三轴径定向径当量径,颗粒大小,高度h颗粒最低势能态时正视投影图的高度宽度b颗粒俯视投影图的最小平行线夹距长度l颗粒俯视投影图中与宽度方向垂直的平行线夹距,颗粒大小和形状表征,三轴径,设，图中颗粒处于一水小平面上，其正视和俯视投影图如图所示。这样在两个投影图中，就能定义一组描述颗粒大小的几何量高、宽、长，定义规则如下,颗粒大小,颗粒大小和形状表征,颗粒大小,三轴几何平均径与颗粒外接长方体体积相等的立方体的棱长,三轴平均径计算公式,颗粒大小和形状表征,三轴算术平均值立体图形的算术平均,三轴调和平均径与颗粒外接长方体比表面积相等的球的直径或立方体的一边长,颗粒大小,沿一定方向的颗粒的一维尺度。定向径包括三种,颗粒大小和形状表征,颗粒大小,定向径,,,,,,,S1,S2,定向最大径,Martin径,Feret径,颗粒大小和形状表征,对于一个颗粒，随方向而异，定向径可取其所有方向的平均值；对取向随机的颗粒群，可沿一个方向测定。,颗粒大小,颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或投影圆的直径,颗粒大小和形状表征,当量径,等效圆球体积直径,颗粒大小,等体积球当量径与颗粒同体积球的直径,等表面积球当量径与颗粒等表面积球的直径,颗粒大小和形状表征,颗粒大小,比表面积球当量径与颗粒具有相同的表面积对体积之比，即具有相同的体积比表面的球的直径,投影圆当量径Heywood径与颗粒投影面积相等的圆的直径,等周长圆当量径与颗粒投影圆形周长相等的圆的直径,颗粒大小和形状表征,颗粒大小,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,等效体积直径,等效表面积直径,等效重量直径,最短直径,最长直径,等效沉降速率直径,筛分直径,颗粒大小,颗粒大小和形状表征,以上各种粒径是纯粹的几何表征量，描述了颗粒在三维空间中的线性尺度。在实际粉末颗粒测量中，还有依据物理测量原理，例如运动阻力，介质中的运动速度等获得的颗粒粒径，这时的粒径已经失去了通常的几何学大小的概念，而转化为材料物理性能的描述。因此，除球体以外的任何形状的颗粒并没有一个绝对的粒径值，描述它的大小必须要同时说明依据的规则和测量的方法。,颗粒大小和形状表征,颗粒大小,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,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,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π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,1.2粉体的特性表征,1粉体的平均粒径2粒度分布3粒度测定4粉体的比表面积与测量原理,粉体的特性表征,粉体平均粒径计算公式,粉体的平均粒径,粉体的平均粒径,粉体的特性表征,粉体的平均粒径,,粉体的特性表征,粒度分布,例以显微镜观察测量粉体的Feret径（测量总数为1000个）,频度,粒度,,频度,粒度,,正态分布,（–∞d∞）,中位径，统计学中的数学期望值标准偏差,粒度测定,1．筛分析法（40μm）,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38μm。,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0.25250μm电子显微镜0.0015μm,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,3.光衍射法粒度测试,测量原理,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。,测量原理示意图,激光衍射0.05500μmX光小角衍射0.0020.1μm,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,激光衍射法原理图,4.电传感法粒度测试,测量原理,当一个小颗粒通过小孔时，所产生的电感应，即电压脉冲与颗粒的体积成正比。,无颗粒时单元的电阻,有颗粒时单元的电阻,仪器对脉冲计数并归档，即可计算出有关粒度参量,3.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。,测量原理示意图,,,光吸收率,时间,,,,,t1,t2,t3,0,重力沉降10300μm离心沉降0.0110μm,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,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,沉降与激光衍射法对于非球型粒子测试比较,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,