粉體學基礎知識——粒度分析

　　粉體學基礎知識——粒度分析
　　隨著科學技術的發展，粉體工業將成為２１世紀重要的基礎產業之一。
　　粉體粒度是粉體材料的主要指標之一，它直接影響產品的工藝性能和使用性能，在各行各業中都受到廣泛的關注，例如水泥粒度決定水泥的凝結時間，抗菌粉體的粒度決定添加進紡織品后紡絲的效果，石蠟的粒度決定作為添加劑加入油墨后油墨的書寫流利度等。因此，對粉體粒度的測試日益受到人們的重視。
　　粒度測試的方法很多，具統計有上百種。目前常用的有沉降法、激光法、篩分法、圖像法和電阻法五種，另外還有幾種在特定行業和領域中常用的測試方法。
　　幾種粒度測量方法及其范圍
　　篩分法
　　篩分法是一種傳統的粒度測試方法。它是使顆粒通過不同尺寸的篩孔來測試粒度的。篩分法分干篩和濕篩兩種形式，可以用單個篩子來控制單一粒徑顆粒的通過率，也可以用多個篩子疊加起來同時測量多個粒徑顆粒的通過率，并計算出百分數。
　　篩分法有手工篩、振動篩、負壓篩、全自動篩等多種方式。顆粒能否通過篩幾與顆粒的取向和篩分時間等素因素有關，不同的行業有各自的篩分方法標準。
　　優點：成本低，使用容易。
　　缺點：對小于400目（38um）的干粉很難測量。測量時間越長，得到的結果就越小；不能測量射流或乳濁液；在測量針狀樣品時這會得到一些奇怪的結果，比如加工前和加工后的篩余量差不多。
　　沉降法
　　沉降法是根據不同粒徑的顆粒在液體中的沉降速度不同測量粒度分布的一種方法。它的基本過程是把樣品放到某種液體中制成一定濃度的懸浮液，懸浮液中的顆粒在重力或離心力作用下將發生沉降。不同粒徑顆粒的沉降速度是不同的，大顆粒的沉降速度較快，小顆粒的沉降速度較慢。
　　在實際操作中, 由于測試顆粒的終沉降速度存在較大困難,因此,所有沉降儀都是測量與終沉降速度相關的其它物理參數,如壓力、密度、重量、濃度或光透過率等。進而求得顆粒的粒徑分布.沉降法又分為重力沉降和離心沉降兩種, 重力沉降的測試范圍通常為0.5～100μm,離心沉降可測量的粒徑范圍為0.05～5 μm.目前, 沉降式顆粒儀一般都采用重力沉降和離心沉降相結合的方式。
　　優點：原理直觀，分辨率較高，價格及運行成本低。
　　缺點：測量速度慢，不能處理不同密度的混合物。結果受環境因素（比如溫度）和人為因素影響較大。
　　激光法
　　激光衍射法(又稱小角前向散射法)是散射式激光測粒技術中發展為成熟、應用為普遍的一種方法,它通過測量顆粒在前向某一小角度范圍內的散射光能分布,利用經典的Mie散射理論和對大顆粒適用的夫瑯和費理論,求得顆粒粒徑的大小和分布。對于粒徑較大的顆粒,由于在前向小角度范圍內的散射以衍射為主,因此,小角前向散射法又稱為衍射法。
　　激光衍射法的適用性廣,粒徑測量范圍寬,測量,精度高,重復性好,測量速度快,需要提供的物理參數少,可在線測量等,故而得到廣泛應用。
　　優點：測試范圍寬（的激光粒度儀的測量范圍是0.04-2000um，一般的也能達到0.1-300um），測試速度快（1-3分鐘/次），自動化程度高，操作簡便，重復性和真實性好，可以測試干粉樣品，可以測量混合粉、乳濁液和霧滴等。
　　缺點：不宜測量粒度分布很窄的樣品，分辨率相對較低。
　　電阻法
　　電阻法又叫庫爾特法，是由美國一個叫庫爾特的人發明的一種粒度測試方法。這種方法是根據顆粒在通過一個小微孔的瞬間，占據了小微孔中的部分空間而排開了小微孔中的導電液體，使小微孔兩端的電阻發生變化的原理測試粒度分布的。小孔兩端的電阻的大小與顆粒的體積成正比。當不同大小的粒徑顆粒連續通過小微孔時，小微孔的兩端將連續產生不同大小的電阻信號，通過計算機對這些電阻信號進行處理就可以得到粒度分布了。
　　電阻法測量粒徑原理圖
　　用庫爾特法進行粒度測試所用的介質通常是導電性能較好的生理鹽水。
　　優點：測量精度高，操作簡便，測量速度快， 重復性較好，通常范圍在0.5～100μm。
　　缺點：動態范圍較小，容易發生堵孔故障，測量下限不夠小，不適合測量小于0.1μm的顆粒樣品。
　　顯微圖象法
　　顯微鏡圖像法能同時觀察顆粒的形貌及直觀地對顆粒的幾何尺寸進行測量,經常被用來作為對其他測量方法的一種校驗或標定.該類儀器由顯微鏡、CCD攝像頭(或數碼相機)、圖形采集卡、計算機(圖像分析儀)等部分組成.它的工作原理是由CCD攝像頭將顯微鏡的放大圖形傳輸到計算機中,再通過分析軟件對圖像進行處理和計算,得出顆粒的粒徑和粒徑分布.
　　圖像分析的基本原理
　　顯微鏡圖像法的測量結果主要表征顆粒的二維尺寸(長度和寬度)，而無法表征其高度。
　　優點：可以直接觀察顆粒的形貌，可以地得到球型度、長徑比等特殊數據。
　　缺點：代表性差，操作復雜，速度慢，不宜分析粒度范圍寬的樣品。
　　其它顆粒度測試方法
　　除了上述幾種粒度測試方法以外，目前在生產和研究領域還常用刮板法、沉降瓶法、透氣法、超聲波法和動態光散射法等。