粉体学基础知识一

粉体学基础知识一:粒径和粒度分布2014 月 12 月 08 日 发布 分类：粉体加工技术 点击量：1130粉体学(micromeritics)是研究无数个固体粒子集合体的基本性质及其应用的科学。

通 常<100μm 的粒子叫“粉”，容易产生粒子间的相互作用而流动性较差；>100μm 的粒子叫 “粒”， 较难产生粒子间的相互作用而流动性较好。

单体粒子叫一级粒子 （primary particles)； 团聚粒子叫二级粒子（second particle)。

粉体的物态特征： ①具有与液体相类似的流动性； ②具有与气体相类似的压缩性； ③具有固体的抗变形能力。

粉体粒子的物理性质主要有：粒子与粒度分布、粒子形态、比表面积等。

粒子径与粒度分布 粉体的粒子大小也称粒度，含有粒子大小和粒子分布双重含义，是粉体的基础性质。

对于一个不规则粒子，其粒子径的测定方法不同，其物理意义不同，测定值也不同。

粒径的表示方法有以下两种： 1、几何学粒子径：根据几何学尺寸定义的粒子径，一般用图像法测定。

三轴径：在粒子的平面投影图上测定长径 l 与短径 b，在投影平面的垂直方向测定粒子 的厚度 h。

反映粒子的实际尺寸。

定向径（投影径）：Feret 径(或 Green 径) ：定方向接线径，即一定方向的平行线将 粒子的投影面外接时平行线间的距离。

Krummbein 径：定方向最大径，即在一定方向上分割粒子投影面的最大长度。

Martin 径：定方向等分径，即一定方向的线将粒子投影面积等份分割时的长度。

2、等效粒径 等效粒径的定义：当一个不规则体粒子的某种物理行为或者物理参量与材质相同的某球 体相同或者近似时，我们把该球体的直径称为为此不规则粒子的某种等效粒径。

当参考的物理 行为或者物理参量不同时，测量同一个不规则体粒子可能会得到多个等效粒径值。

常见的等效方法有以下几种：光散射等效： 光波在传导过程中遇到障碍物颗粒会发生偏转， 光波偏转的角度跟颗粒的粒 径成反比关系。

当某颗粒引起的光波偏转量等于某同质球体的偏转量时，我们认为该球直径即 为该颗粒的光散射等效粒径。

Heywood 径： 投影面积圆相当径， 即与粒子的投影面积相同圆的直径， 常用 DH 表示。

体积等价径（equivalent volume diameter)：与粒子的体积相同的球体直径，也叫球相当 径。

用库尔特计数器测得。

沉降速度等效粒径： 粒径相当于在液相中具有相同沉降速度的球形颗粒的直径。

该粒经 根据 Stocks 方程计算所得，因此有叫 Stocks 径，记作 DStk. 比表面积等价径（equivalent specific surface diameter）：与欲测粒子具有等比表面积 的球的直径，记作 DSV。

采用透过法、吸附法测得比表面积后计算求得。

这种方法求得的粒 径为平均径，不能求粒度分布。

粒度分布 粒度分布 （particles size distribution)表示不同粒径的粒子群在粉体中所分布的情况， 反映粒子大小的均匀程度。

简单的说，粒度分布就是不同大小的颗粒在总体中所占比例的数值 集合。

粉体的粒度分布表诉方法有列表法、图示法和函数法等。

粒度分布的图示法又分为频率分布（微分分布）与累积分布。

频率分布（frequncy siz e distribution）表示与各个粒径相对应得粒子在全粒子群中所占的百分数（微分型）。

累积 分布（cumulative size distribution)表示小于（pass）或大于（on）某粒径的粒子在全粒 子群中所占的百分数（积分型）。

百分数的基准可用个数基准（count basis）、质量基准（m ass basis）、面积基准（surface basis）、体积基准（volumn basis）、长度基准（len gth basis）等表示。

表示粒度分布时必须注明测定基准，不同的测定基准，所获得的粒度分布曲线也不一样。

不同基准的粒度分布理论上可以互相换算。

实际应用较多的是质量和个数基准分布。

粒度分布测试 当前主流的粒度分布测试仪有以下几种：激光粒度仪（光散射等效原理），库尔特颗粒 计数器（小孔电阻等效原理），图像粒度分析仪（投影面积等效原理），沉降仪（沉降速度 S tocks 原理）。

激光粒度仪量程范围一般可达 0.1-1000 微米。

且其测量动态范围大， 是应用最普及的 粒度仪。

库尔特颗粒计数器检测精度高，量程范围一般为 1-250 微米，由于其测量动态范围小， 测量上限和下限也不足。

主要应用在样品为窄分布的粉体行业。

图像粒度分析仪，量程跟配置的显微镜性能直接相关。

其同样存在动态范围小，不适合 测试宽分布样品的不足之处。

但是它可以进行颗粒形貌分析，这一特性是其独有的。

沉降仪的性能特点与激光粒度仪近似，但是它在测量速度和量程大小上落后于激光粒度 仪，目前在大多数行业都被激光粒度仪所取代了。

粉体学基础知识二：粉体粒子形态及比表面积等的表征2014 月 12 月 09 日 发布 分类：粉体加工技术 点击量：1190粉体粒子形态粒子形态指一个粒子的轮廓或表面上各点所构成的图像。

定量描述粒子几何形状的方法：形状指数（shape index）和 形状系数（shape factor）。

将粒子的各种无因次组合称为形状指数，将立体几何各变量的关系定义为形状系数。

（一）形状指数 1. 球形度（degree of sphericility） 也叫真球度，表示粒子接近球体的程度。

某粒子的球形度越接 近于 1，该粒子越接近于球。

球形度=粒子投影面相当径÷粒子投影最小外接圆直径。

2. 圆形度 （degree of circularity） ： 表示粒子的投影面接近于圆的程度。

Φc= πDH/L， 式中， DH 为 Heywood 径 (D H=(4A/π)1/2)；L 为粒子的投影周长。

（二）形状系数将平均粒径为 D，体积为 Vp，表面积为 S 的粒子的各种形态系数包括： 1.体积形态系数 Φv=Vp/D3 2.表面积形态系数 Φs=S/D2 3.比表面积形态系数 Φ= Φs/Φv 粒子的比表面积形状系数越接近于 6，该粒子越接近于球体或立方体，不对称粒子的 比表面积形态系数大于 6，常见粒子的比表面积形状系数在 6~8 范围内。

粉体的比表面积（一）比表面积的表示方法粒子的比表面积(specific surface area)的表示方法根据计算基准不同可分为体积比表面 积 SV 和重量比表面积 SW。

Sw=6/rdvs； Sv=6/dvs Sw ,Sv 分别为重量和体积比表面积， r 为粒子真密度，dvs 体积面积平均数径。

比表面积是表征粉体中粒子粗细的一种量度，也是表示固体吸附能力的重要参数。

可用于计算无孔 粒子和高度分散粉末的平均粒径。

（二）比表面积的测定方法 直接测定粉体的比表面积常用方法有： 气体吸附法 气体透过法气体透过法只能测粒子外部比表面积，粒子内部空隙的比表面积不能测，因此 不适合用于多孔形粒子的比表面积的测定。

还有溶液吸附、浸润热、消光、热传导、阳极氧化 原理等方法。

粉体的密度与空隙率 粉体的密度系指单位体积粉体的质量。

由于粉体的颗粒内部和颗粒间存在空隙，粉体的体 积具有不同的含义。

粉体的密度根据所指的体积不同分为：真密度、颗粒密度、松密度三种。

1.真密度（true density) ρ t。

指粉体质量（W）除以不包括颗粒内外空隙的体积（真体积 Vt）求得的密度。

ρ t = w/Vt 2、颗粒密度（granule density) ρ g。

是指粉体质量除以包括开口细孔与封闭细孔在内的颗 粒体积 Vg 所求得密度。

ρ g = w/Vg3、松密度（bulk density) ρ b。

是指粉体质量除以该粉体所占容器的体积 V 求得的密度，亦称堆密度。

4、振实密度：填充粉体时，经一定规律振动或轻敲后测得的密度称振实密度（tap density） ρ bt。

若颗粒致密，无细孔和空洞，则ρ t = ρ g 。

一般情况下： ρ t ≥ ρ g ＞ ρ bt ≥ ρ b粉体密度的测定方法 1.真密度与颗粒粒度检测： 常用的方法是用液体或气体将粉体置换的方法。

（1）液浸法：采用加热或减压脱气法测定粉体所排开的液体体积，即为粉体的真体积。

当测定颗粒密度时，方法相同，但采用的液体不同，多采用水银或水。

（2）压力比较法 常用于药品、食品等复杂有机物的测定。

2.松密度与振实密度的测定 将粉体装入容器中所测得的体积包括粉体真体积、粒子内空隙、粒子间空隙等。

测量容器 的形状、大小、物料的装填速度及装填方式等均影响粉体体积。

不施加外力时所测得的密度为 最松松密度，施加外力而使粉体处于最紧充填状态下所测得的密度是振实密度（又称最紧松密 度）。

粉体的空隙率：空隙率（porosity）是粉体层中空隙所占有的比率。

粒子内孔隙率 g /ρ t 粒子间孔隙率 e 间=V-Vg/V = 1-ρ b /ρ g 总孔隙率e 内=Vg-Vt/Vg =1-ρe 总= V -Vt/V =1-ρ b /ρ t。