粉体学基础知识一粒径和粒度分布

粉体学基础知识一:粒径和粒度分布

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 size 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（mass basis）、面积基准（surface basis）、体积基准（volumn basis）、长度基准（length 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Stocks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。更多粉体技术相关内容，敬请关注粉体圈。