费氏法测定粉末的平均粒度

0168
5120
1913
1913
0175
3157
8171
610
0186
3130
8171
510
01838
3190
5120
5120
0159
2170
4183
4183
0175
1108
4193
4193
0158
4135
测量时至少要选用两份试样 , 一份用于 找出最佳孔隙率 , 一份用作测量 。一些典型 样品最佳孔隙率的试验数据列于表 2 。粒度 随孔隙率变化的曲线示于图 3 。
为最终结果报出 。
4 结果和讨论
一些典型粉末样品试验结果列于表 1 。
图 2 费氏仪简图 11 空气泵 21 过滤器 31 调压阀 41 稳压管 51 干燥剂 61 试样管 71 多孔塞 81 滤纸垫 91 试样 101 齿杆 111 手轮 121U 形管压力计
131 粒度读数板 14 、151 针形阀 161 换档阀
第 9 卷 第 1999 年 12
6期 月
粉末冶金工业
POWDER METALL URGY IND
USTRY
Vol . Dec
9 .
No . 1999
6
费氏法测定粉末的平均粒度
李忠全 李红云
(钢铁研究总院 北京 100081)
摘 要 介绍了一种测定粉末平均粒度的方法 —费氏法 。该方法不能精确给出 粉末的真实粒度 , 主要用于控制工艺过程和产品质量 。本文从原理 、仪器等方 面对费氏法作了详细的介绍 。 关键词 费氏法 比表面 平均粒度 中图分类号 TF12211
该方法是一种相对的测量方法 , 不能精 确地测定出粉末的真实粒度 , 仅用来控制工 艺过程和产品的质量 。该方法只能精确地测 量空气通过粉末堆积体时的透过率 , 其值的 大小取决于它的孔结构 。粉末堆积体的孔隙 度 、颗粒形状 、粒度 、粒度组成 、粒度分布 和压制方法等均影响孔的结构 。因此 , 该方 法仅适用于化学成分相同和粒度组成相似的 粉末 。对于化学成分相同而粒度组成不同的 粉末 , 则会产生较大的测量误差 。有时化学
粉末有效密度按照 GB5161 - 85[3] 方法
测定 。当颗粒内不含有闭塞孔时 , 其密度等
于其材料的真密度 。
Kozeny 因子与粉末颗粒的形状和粒度分 布有关 , 在费氏法中 , 取 K值为 510 。
粉末堆积体的孔隙率由下式给出 :
ε=
1
-
M
ρAL
(3)
式中 M ———粉末质量 , g。
透过法 , 基于空气在恒定压力下先透过粉末 堆积体 , 然后通过可调节的针形阀流向大 气 。根据空气透过粉末堆积体时所产生的阻
力和流量求出粉末的比表面积和平均粒度 。
211 平均粒度的计算 粉末的比表面积由 Kozeny2Carman 方程
给出 :
SW =
ε3 A △P K(1 - ε)2 LηQρ2
于粉末的有效密度 , 即 M =ρ, 则式 (3) 可
简化成式 (6) 。
ε= 1 -
1 AL
(6)
把式 (6) 代入式 (5) 中 , 则 :
D=
(
AL
CL - 1)
3/
2
·
F P- F
(7)
212 粒度读数板的绘制
费氏法的平均粒度值可从预先绘制的粒
度读数板上直接读取 , 不需作任何计算 , 这 就是费氏法的独到之处 。
从表 2 和图 3 可以看出 , 一般情况下 , 粒度值出现平台时所对应的孔隙率的平均值 为最佳孔隙率 。但有些粉末没有粒度值的平 台出现 , 此时选用两个最接近的粒度值所对
Abstract Fisher method is introduced to determine the mean particle size of powders. It canπt give the real particle size of powders accurately. It is mainly used for controlling the producing process and products quality. The principle and apparatus are described in detail. Key words Fisher method specific surface mean particle size
V
=
M
ρ
ε= 1 - V (1 - ε)
(11) (12)
D = DV
ε (ε
)
3/
2
(13)
式中 V ———粉末试样固体体积 , cm3 ; ε ———在读数板上直接读出的 孔 隙
率; D ———在读数板上直接读出的粒度
值 , μm。
3 测量仪器
费氏仪由空气泵 、稳压管 、样品管 、压 力计 、针形阀和粒度读数板等部件组成 , 见 图 2。
=
ε3 A ×9801665( P - F) K(1 - ε) 2 LηQρ2
(1)
式中 SW ———粉末质量比表面积 ,cm2 / g ;
ε ———粉末堆积体的孔隙率 ;
A ———粉末堆积体横断面积 ,cm2 ;
ΔP ———压差 , △P =ρ水 g重 ( P - F)
(ρ水 :水的密度 , = 1gΠcm3 ;
当气泵开动后 , 空气流经过滤器进入带 有水的竖立稳压管 , 然后流过干燥剂管 , 除 去水分后流进样品管 , 最后通过针形阀流向 大气 。
每次测定 , 粉末试样预先须由齿条和手 轮等部件构成的压制机构按试样高度曲线压 制成对应孔隙率下的高度 。当空气通过试样 堆积体时 , 将产生一定的压力降 。被测颗粒 越大 , 产生的压力降越小 , 而 U 形管压力 计水位上升越高 , 在粒度读数板上读出的粒 度值越大 。反之越小 。U 形管压力计有双重 作用 , 它既是压力计 , 又是流量计 (毛细管 流量计) , 其值既表示空气通过粉末试样堆 积体后的压力 , 又表示空气经粉末试样堆积 体通过针形阀的流量 。
粉末粒度的具体测量过程参见 GB3249 - 82[2] 。每台仪器都配有一个红宝 石 标 准 管 , 其上标有规定孔隙率下的高低档值 。高 档值用于标定较细粉末的测定 , 即 0120～ 20μm 范围粉末的测定 ; 低档值用于标定较 粗粉末的测定 , 即 20～50μm 范围粉末的测 定。
测量时 , 首先应找到最佳孔隙率 , 然后 再在最佳孔隙率下测量粉末的粒度 。用一份 粉末试样找最佳孔隙率 , 先从较高的孔隙率 开始 , 逐步压实粉末 , 视粉末压缩性不同 , 取 01005 ～ 0105 不同的孔隙率间隔 。压 一
样品编号 SA21 SA22 SA23 SA24 SA25 SA26 SA27 SA28
材料 WC WC W Co Co Fe2O3 MnO2 TiC
表 1 典型试样的测量结果
密度/ g1cm - 3 称样量/ g 最佳孔隙率/ % 费氏平均粒度/μm
1517
1517
0170
2143
1517
1517
粉末堆积体的厚度可从式 (6) 中求出 :
L=A
1 (1 - ε)
(8)
当试样横断面积 A 被确定后 , 可按式
(8) 绘制一条以孔隙率为横坐标 , 试样厚度
为纵坐标的试样高度曲线 , 供压制粉末试样
用。
压力计前臂高度 F/ 2 可由式 (7) 求出 :
F 2
=
2 P
1
+
2
C2 (1 PA2ε3
第 6 期 李忠全等 : 费氏法测定粉末的平均粒度 · 4 5 ·
次 , 测一次粒度 , 直至压不动为止 。取相邻 两个最接近的粒度值所对应的孔隙率的平均 值为最佳孔隙率 。用另一份试样 , 在所找到 的最佳空隙率下进行测量 , 此时所得数据作
DETERMINATION OF MEAN PARTICLE SIZE OF POWDERS BY FISHER METHOD
Li Zhongquan , Li Hongyun
(Central Iron and Steel Research Institute , Beijing 100081 , China)
一块板上 , 便得到费氏法的粒度读数板 。 典型的费氏粒度测定仪[1] 规定 的 取 值
为 : A = 11267cm2 、P = 50cmH2O 、C = C1 = 318cm3/ 2 (即为一档的结果) 。则式 (9) 为 :
F 2
=
0104
+
1
013598 (1 D2ε3
-
ε)
(10)
取 C = C2 = 716cm3/ 2 ( 即 为 二 档 的 结
果) , 由式 (10) 求得的 D 值应乘以 2 。
按式 (8) 和式 (10) 在粒度读数板上绘
制的试样高度曲线和等粒度曲线示于图 1。
图 1 试样高度和等粒度曲线
213 测量范围的扩大 费氏仪所提供的读数板 , 其孔隙率为
0140～0180 。但有些样品在 0140 孔隙率的情 况下仍不能被压实时 , 需要增加粉末试样 量 。而有些样品在 0180 孔隙率的情况下压 不下去 , 则需要减少粉末试样量 。如果此时 仍然要依据粒度读数板上的曲线进行测量 , 则需要对读出的数据按式 (11～13) 进行修 正。
李忠全 : 高级工程师 , 国家钢铁质检中心粉末室主任 。 收稿日期 : 1999201229
法测定的粒度范围为亚筛级的粉末 (通常小 于 50μm) , 即用普通机械筛分法不能筛分的 粉末 。严格地讲 , 此仪器应翻译成 “费歇尔 亚筛级粉末粒度测定仪”。我国标准[2] 称此 方法为 “费氏法”, 这里沿用了这一术语 。