粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
粒度分布和粒径分布
粒度分布和粒径分布
粒度分布的定义：
所谓粒度分布，就是粉体样品中各种大小的颗粒占颗粒总数的比例。
当样品中所有颗粒的真密度相同时，颗粒的重量分布和体积分布一致。
在没有特别说明时，仪器给出的粒度分布一般指重量或体积分布。
粒径的定义：
当被测颗粒的某种物理特性或物理行为与某一直径的同质球体（或其组合）最相近时，就是把该球体的直径（或其组合）作为被测颗粒的等效粒径（或粒度分布）。
其含义：
1.粒度测量实质上是通过把被测颗粒和同一种材料构成的圆球相比较而得出的；
2.不同原理的仪器选不同的物理特性或物理行为作为比较的参考量，例如：沉降仪选用沉降速度、激光粒度仪选用散射光能分布、筛分法选用颗粒能否通过筛孔等等；
3.将待测颗粒的某种物理特性或物理行为与同质球体作比较时，有时能找到一个（或一组）在该特性上相同的球体（如库尔特计数器），有时则只能找到最相近的球体（如激光粒度仪）。
由于理论上可以把“相同”作为“近似”的特例，所以在定义中用“相近”一词，使定
义更有一般性；
4.将待测颗粒的某种物理特性或物理行为与同质球体作比较时，有时能找到某一个确定的直径的球与之对应，有时则需一组大小不同的球的组合与之对应才能最相近（如激光粒度仪）。
粉体材料粒度的测定和粒度分布表示方法
重力沉 降 １ Ⅲ 一 一 ０ Ｉ
屡 漉法 层 流法 １ ０ ｍ —１０ 层 流法 分 子 滤 区
筛分法测定值不受复杂的物理因素的影响。它
不仅能 够测 定 粒度 的分 布 ， 可 以进行 使粒 度 范 围 还 变得 狭小 的划 分 ， 可 用 于 显微 镜 法 的进 一步 详 细 也 检测 ， 或供化 学 分析及 其它实 验 之用 。所 以 ， 此法 还 可 以作 为划 分某一 粒 度 （ 度均 一 ） 粒 的手 段 。 （ ） 分法 原 理 ： １筛 颗粒 是 否 能 够通 过 网 孔 的 方
相 同 。常用 的粒径 表示 方 法见 表 １ 。
表 １ 粉体粒径表示方法
类别 名称 等体积球当量径 球 当量径 等表面积球当量 径 投影 圆当量径
圆 当量 径
表示方法 ； Ｖ， ／＂ ｎ ｄ ＝／ ， ｓ ｄ ＝． Ａ ￣ Ｈ ／ ／ ４ ＝， Ｌ
等周长圆当量径 费雷特径 （ ｅ ｔ Ｆｒ 径） ｅ
能降低液体 的表面张力 ， 增加颗粒表面的润湿性
不 同粒 径范 围所采 用 的测 定方 法 见 表 ２ 。在选 择 测定 方法 时 ， 须 仔 细 考 虑哪 种 量 度 的粒 度 与 所 必 控 制 的性质 或过 程关 系最密切 。
裹 ２ 粒径的测定方法
１） ｒｎ Ｄ ｂ Ｎａｔ 径 Ｈ ｉ
中国分 类号 ：Ｂ３３；Ｂ３ ２ １ Ｔ ８ Ｔ ０ ．
ｊ『 １ 舀
文献标识码 ： Ａ
粉体工程学是在现代科技综合化趋势下 由相关 学科综合而成的新 生交叉学科 ， 有交叉性 和横断 具
性 等 特点 ， 涉 足领 域 之 多 、 景 之广 阔 ， 引 了 大 其 前 吸 批 的学者从 事粉 体方 面 的研究 。
第二章粉体特性及分布1粉体粒径与形状1.1粒径及粒径分布
DL 周长直径 与颗粒的投影外形周长相等的圆直径 DA 筛分直径 颗粒可以通过的最小方筛孔的宽度
第二章 粉末的性能与表征
① 等表面积当量径 Ds 用与颗粒具有相同表面积的球径表示的颗粒粒径，
用Ds表示。颗粒的表面积S=πDs2。 ② 等体积（球）当量径 Dv
用与颗粒体积相等的球直径表示的颗粒粒径，用 Dv表示。颗粒的体积V=πDv3/6。 ③ 等比表面积（球）当量径 Dsv
⑤ 投影周长相当径
用与颗粒周长相等的圆的直径来表示的颗粒粒径。
第二章 粉末的性能与表征
25
20 200158.5 12.5 10 8 6 4 2 1
25
20
15 12.5 10 8 6 4 2 1
图2.5 帕特森量板示意图
第二章 粉末的性能与表征
（3）筛分径
颗粒穿过粗孔网并停留在细孔网上时，以粗细筛
图2.3 马丁直径
第二章 粉末的性能与表征
③割线径 割线径指用某已确定方向的直线切割颗粒所得的
割线长度表示的颗粒粒径。 主要用于显微镜法测量中。 利用直线测微尺以视场向一个方向移动，测量落在目 镜测微尺上所有颗粒被截取部分的长度。如图2.4所示。
图2.4 割线径的图示
第二章 粉末的性能与表征
④ 投影面积相当径（Heywood径）
二轴几何平均 径
三轴几何平均 径
平面图形的几何平均
与外接长方体体积相同的立方体 的边长
lb lh bh 三周等表面积 与外接长方体比表面积相同的立
3
平均径
方体的边长
第二章 粉末的性能与表征
（2）投影径
利用显微镜测量颗粒粒径时，可观察到颗粒的投影，根据 其投影的大小定义粒径。
粉体粒度及其分布测定
粉体粒度及其分布测定一．实验目的1．掌握粉体粒度测试的原理及方法；2．了解影响粉体粒度测试结果的主要因素，掌握测试样品制备的步骤和注意要点；3．学会对粉体粒度测试结果数据处理及分析。
二．实验原理图1：微纳激光粒度分析仪工作原理框图粉体粒度及其分布是粉体的重要性能之一，对材料的制备工艺、结构、性能均产生重要的影响，凡采用粉体原料来制备材料者，必须对粉体粒度及其分布进行测定。
粉体粒度的测试方法有许多种：筛分法、显微镜法、沉降法和激光法等。
激光粒度测试是利用颗粒对激光产生衍射和散射的现象来测量颗粒群的粒度分布的，其基本原理为：激光经过透镜组扩束成具有一定直径的平行光，照射到测量样品池中的颗粒悬浮液时，产生衍射，经傅氏（傅立叶）透镜的聚焦作用，在透镜的焦平面上形成一中心圆斑和围绕圆斑的一系列同心圆环，圆环的直径随衍射角的大小即随颗粒的直径而变化，粒径越小，衍射角越大，圆环直径亦大；在透镜的后焦平面位置设有一多元光电探测器，能将颗粒群衍射的光通量接收下来，光--电转换信号再经模数转换，送至计算机处理，根据夫朗和费衍射原理关于任意角度下衍射光强度与颗粒直径的公式，进行复杂的计算，并运用最小二乘法原理处理数据，最后得到颗粒群的粒度分布。
激光粒度测试法具有适应广、速度快、操作方便、重复性好的优点，测量范围为：0.1—几百微米。
但当粒径与所用光的波长相当时，夫朗和费衍射理论的运用有较大误差，需应用米氏理论来修正。
三．仪器设备济南微纳颗粒技术有限公司Winner2000Z智能型激光粒度分析仪、微型计算机、打印机。
四．实验步骤4.1测试前的准备工作1.开启激光粒度分析仪，预热10～15分钟。
启动计算机，并运行相对应的软件。
2.清洗循环系统。
首先，进入控制系统的人工模式，不选择自动进水点击排水，把与被测样品相匹配的分散介质加入样品桶，待管路及样品窗中都充满介质后，再点击排水，关闭排水。
其次，按下冲洗，洗完后，自动排出。
实验1 粉体的粒度及其分布的测定
实验1 粉体的粒度及其分布的测定粒度分布的测量在实际应用中非常重要，在工农业生产和科学研究中的固体原料和制品，很多都是以粉体的形态存在的，粒度分布对这些产品的质量和性能起着重要的作用。
例如催化剂的粒度对催化效果有着重要影响；水泥的粒度影响凝结时间及最终的强度；各种矿物填料的粒度影响制品的质量与性能；涂料的粒度影响涂饰效果和表面光泽；药物的粒度影响口感、吸收率和疗效等等。
因此在粉体加工与应用的领域中，有效控制与测量粉体的粒度分布，对提高产品质量，降低能源消耗，控制环境污染，保护人类的健康具有重要意义。
一、实验目的1、掌握粉体粒度测试的原理及方法。
2、了解影响粉体粒度测试结果的主要因素，掌握测试样品制备的步骤和注意事项。
3、学会对粉体粒度测试结果数据处理及分析。
二、实验原理粉体粒度及其分布是粉体的重要性能之一，对材料的制备工艺、结构、性能均产生重要的影响，凡采用粉体原料来制备材料者，必须对粉体粒度及其分布进行测定。
粉体粒度的测试方法有许多种：筛分析、显微镜法、沉降法和激光法等。
激光法是用途最广泛的一种方法。
它具有测试速度快、操作方便、重复性好、测试范围宽等优点，是现代粒度测量的主要方法之一。
激光粒度测试时利用颗粒对激光产生衍射和散射的现象来测量颗粒群的粒度分布的，其基本原理为：激光经过透镜组扩束成具有一定直径的平行光，照射到测量样品池中的颗粒悬浮液时，产生衍射，经傅氏（傅里叶）透镜的聚焦作用，在透镜的后焦平面位置设有一多元光电探测器，能将颗粒群衍射的光通量接收下来，光-电转换信号再经模数转换，送至计算机处理，根据夫琅禾费衍射原理关于任意角度下衍射光强度与颗粒直径的公式，进行复杂的计算，并运用最小二乘法原理处理数据，最后得到颗粒群的粒度分布。
三、仪器设备1、制样：超声清洗器、烧杯、玻璃棒、蒸馏水、六偏磷酸钠。
2、测量：Easysizer20激光粒度仪、微型计算机、打印机。
四、实验步骤（一）测试准备1、仪器及用品准备(1)仔细检查粒度仪、电脑、打印机等，看它们是否连接好，放置仪器的工作台是否牢固，并将仪器周围的杂物清理干净。
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。
粒度分析PPT课件
.
38
No Image
/10/29
.
39
nmin nmax n平均 S
特征粒径 x’min x’max x平均
S
检测 数
沉降 天平
1.09
1.36
1.19
0.08
28.5
38.7
33.2
3.70
12
激光 分析
0.81
0.99
0.89
0.05
21.5
28.3
25.6
2.09
12
.
31
激光法向细粉方向移动，细粉含量偏高。
因为其超声分散更彻底. 。
颗粒粒径累计分布表示小于（大于）某 粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量与该粒 径的关系（积分曲线）。
.
15
平均粒径
粒径表示形式
算术平均直径
D1
1
100
idi
几何平均直径 logDg i logdi / i
调和平均直径 Dh i /i di
平均面积径 Ds idi2 / i
除了平均粒径，还须用偏差系数K偏 来说明粉体的均匀程度。
其中，
x 1 ln x S d 50
S ln d 50 d 16
d50, d16 分别为 筛析通过量为 50% 和16% 时 的粒径。
d50可作为特征粒径，相当于x’ ；S表示
颗粒分布宽度，相当于n值。
.
14
3. 粒群的平均粒径
实际粉体的颗粒大小也可以以平均粒径 表示。
颗粒粒径频率分布表示各个粒径相对应 的颗粒百分含量（微分曲线）。
1. 单个颗粒的粒径表示方法：
指定的线段：长轴径，短轴径，定方向径
粉体工程第一章第二节
第一章第二节
表1 频率分布
粒级（µm） 平均粒径 （ µm ） <20 ~10 20~25 25~30 30~35 35~40 40~45 >45 22.5 27.5 32.5 37.5 42.5 质量频率 （%） 6.5 15.8 23.2 23.9 14.3 8.8 7.5 个数频率 （%） 19.5 25.6 24.1 17.2 7.6 3.6 2.4
dR 1 (d d ) F(d ) exp[ ] 2 dd 2 2
2
F（d）称为双参函数，由平均径 d 和标准偏差 σ加以定义
第一章第二节
标准偏差σ：粒径di对于 d 的二次矩的平方根
2 f ( d d ) i i i 1
n
分布宽度的一种量度，反映分布对于d 的分散程度 对于相同 d 的颗粒群而言 相对标准偏差α（亦称变动系数，无量纲量）：
da i 1 da i 粒级平均径：di 2
分计筛余：
累积筛余：
Wa1 Wa1 100% ra1 100% R a1 W W
Wa1 Wa2 Wa2 100% ra2 100% R a2 W W
累积筛下：
Wa2 Wa3 Wa4 Wa5 Wa6 D a1 100% W
第一章第二节
表2 累积分布
粒度 （µm） <20 20~25 25~30 30~35 35~40 40~45 >45 质量累积（%） R% D% 100.0 6.5 93.5 22.3 77.7 45.5 54.5 69.4 30.6 83.7 16.3 92.5 7.5 100.0 个数累积（%） R% D% 100.0 19.5 80.5 45.1 54.9 69.2 30.8 86.4 13.6 94.0 6.0 97.6 2.4 100.0
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粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
2 、粉体粒度表征
一、颗粒粒度的表示方法；
单颗粒 颗粒群
二、颗粒形状分析；
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
2.1单颗粒粒度表示方法
直径D 直径D、高度H
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
？
人为规定了一些所谓尺寸的表征方法
三轴径 统计平均径——定向径 当量径 其他；
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
三轴径—长形颗粒
类型 名称
计算方法
算术 二轴平均径 平均 三轴平均径 径
(l+b)/2 (l+b+h)/3
几何 平均 径
表面积平均径 (lb)1/2
体积平均径 (lbh)1/3
调和平均径
（比表面积平 均径）
3(1/l+13/b+1/h)-1
筛分直径dA ； 斯托克斯（Stokes）直径dst ； 阻力直径dd ； 自由沉降直径df ；
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
最长直径
最短直径
颗粒大小
等效重量直径
等体积当量径
等效沉降速率直径 筛分直径
等表面积当量径
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
• 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。
球体SV 6 立方体SV 6
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
一些规则几何体的形状系数
几何形状
球 形 (d)
圆 锥 形 (l=b=h=d)
圆 (l=b) h=d l=b h=0.5d l=b h=0.2d l=b h=0.1d
立 方 体 l=b=h
方 柱 体 l=b h=b l=b h=0.5b l=b h=0.2b l=b h=0.1b
d 6v dv3
sv
s
ds2
投影圆当量径Heywood径 与颗粒投影面积相
等的圆的直径
da
4a
等周长圆当量径 与颗粒投影圆形周长相
等的圆的直径
dl
l
Байду номын сангаас
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
其他
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，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。
粉体工程学
第一章 粉体的表征与测量
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
第一章 粉体的表征与测量
粉体基本概念及粒度表征
粒度及粒度分布概念，粒度的表示方法与颗粒 形状
粉体粒度分布
粒度分布函数
粉体粒度的测量方法
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
1、 粉体的基本概念
粉体的粒度即粉体颗粒的大小，是颗粒在 空间范围所占大小的线性尺度。一般用 “目”或“微米”来表示。
1
1
D nndd
fnd fnd
1
以质量为基准的平均径；
D
fwd3 fwd 3
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
颗粒群平均粒径分成两类
1 1 1 lb h
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
统计平均径（定向径）
马丁直径dm（长轴 径dmax和短轴径dmin）
弗雷特直径df
投影直径dp
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
S1 S2
定向最大径 Martin径 Feret径
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。
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
2.2 颗粒形状因数
一、形状指数
• 均齐度：根据三轴径b、l、h之间比值得：
• 伸长度n=长径/短径=l/b (≥1) • 扁平度m=短径/高度=b/h (≥ 1) • Zingg指数F＝伸长度／扁平度＝lh/b2
• 体积充满度fv,(又称容积系数） • fv=lbh/Vp (≥ 1)
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
当量径
• 颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或 投影圆的直径
等效圆球体积直径
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
等体积球当量径 与颗粒同体积球的直径
dv 3
6v
等表面积球当量径 与颗粒等表面积球的直径
ds
s
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
• 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
w与颗颗粒粒等的体表积 面面的 积 积 dd球 vs 2的 ddsvv表 1
实用球形度φ：
面颗 积粒 等投 于影 颗图 粒最 的 投的 小 圆 影直 外 的 面径 接 直 积 d圆 dm 径 ain
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
三、粗糙度系数
R表观粒视子为微光观滑的粒实子 观 际的 表 表宏 面 面 （积 积 1〉 ）
S
π
0 .8 1 π
3π /2 π 7π /10 3π /5
6
6 4 2.8 2.4
V
π /6
π /12
π /4 π /8 π /20 π /40
1
1 0.5 0.2 0.1
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
SV
6
9.7
6 8 14 24
6
6 8 14 24
球形度φ
Wadell球形度φw：与待测颗粒体积相等的球 形体的表面积，与该颗粒的表面积之比。
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
2.3 颗粒群粒度表示方法
1
粒级
2
粒度组成
3
平均粒径
4
标准偏差
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颗粒群平均粒度表示方法
设颗粒群中某一微分区段(或窄级别)的粒径 为di，其相应的颗粒数(或产率---相对数量 ％)为n(W)，则其平均粒径的计算方法主要 有以下几种：以个数为基准的平均径；
• 面积充满度fb,(又称外形放大系数）
• fb=A/l〞b〞 (≤1)
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(2) Krumbein球形度φk
k
h
h
2
b l
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
二、形状系数
1、表面积形状系数
Ssd2
s
颗粒的表面 S 积 （平均粒 2 径 d2(） 1)
s 与π的差别表示颗粒形状对于球形的偏离
球体s 立方体s 6
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
2、体积形状系数
Vvd3v 颗 平粒 均的 粒 3 体 径 dV3(积 1)
V 与 6 的差别表示颗粒形状对于球形的偏离
球体 V 6 立方体 V 1
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
3、比表面积形状系数
SvV Svsdd23dsvsv表 体面 积积 形形 状 vs状 (系 1)系 数