第1章 粉体粒度测试技术汇总

颗粒形状
球形 不规则形状
片状
松装密度 /(g/cm3)
4.5
2.3
0.4
振实密度 /(g/cm3)
5.3
3.1
0.7
松装时孔隙度 (％) 49.4
74.2
95.5
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砂轮橡的研胶磨料
各好个的方填向充上结具构 有尖相锐同、的耐耐磨磨 性
颗球粒形有颗棱粒角
铸塑造用料型砂
具强有度较高高，强空度隙 率大（易排气）
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2.2.1 颗粒的形状
名称 定义
针状 颗粒似针状
多角状 颗粒具有清晰边缘的多边形 或多角状
枝状
颗粒在流体介质中自由发展 的几何形状，具有典型树枝 状结构
名称 片状 粒状
不规则状
定义
颗粒为扁平形状
颗粒接近等轴， 但形状不规则
颗粒无任何对称 性的形状
纤维状 颗粒具有规则的或不规则的 线状结构
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• 针状(acicular) • 角状(angular) • 树枝状(dendritic) • 纤维状(fibrous) • 片状(flake) • 粒状(granular) • 不规则状(irregular) • 瘤状(nodular) • 球状(spheroidal) • 多角形状(polygonal) • 带状 (ligamental) • 聚合状(aggregate) • 海绵状 (sponge)
• 常用的测试方法有显微镜法、筛分法、沉降 法、比表面积法及激光衍射法等。
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第1节 粒径的定义
1.1.1 颗粒粒径 粒度-颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。 球是最容易处理的。 粒径： 一般将分为代表单个颗粒大小的单一粒径。 代表由不同大小的颗粒组成的粒子群的平均粒径。
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单一粒径
• 球形颗粒的大小是用其直径来表示的。 • 对于非球形颗粒，一般有三种方法定义其粒径，即投影径、
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设颗粒的粒径为Dp, 定义：颗粒的表面积 S=φsDp2 ； 颗粒的体积 V =φV Dp3 ，则
表面积形状系数
s S / Dp2
s与π的差别表征颗粒形状对球形的偏离。对于 球， s= π；对于立方体s= 6。
体积形状系数
v V / D3p
v与π/6的差别表征颗粒形状对球形的偏离。对
于球， v= π/6；对于立方体v= 1。
V
/6 0.32~0.41
0.20~0.28 0.12~0.10 0.01~0.03
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1. 均齐度
均齐度又称为比率，是利用颗粒的三轴径l 、b 、t
而导出的最简单的形状指数。
长短度 = 长径/短径 = l/b
（≥1）
扁平度 = 短径/高度 = b/t
（≥1）
Zingg 指数 F = 长短度/扁平度 = l t/b2
对于形状不规则的颗粒，由于其表面积、体积的 测量非常困难，故常采用实用球形度ψw，其定义为： ψw = (与颗粒投影面积相等的圆的直径) / (颗粒投影 的最小外接圆的直径) （≤1） 球形度常用于讨论颗粒的流动性。
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5. 圆形度
圆形度ψc又称为轮廓比，表示颗粒的投影与圆接近的程 度，其定义为：
颗粒微观的实际表面积 粗糙度系数 R 外观光滑颗粒的宏观表 面积 1 4、颗粒表面实际的粗糙程度直接关系到颗粒间的摩 擦、粘附、吸水性、吸附性及空隙率等。
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第3节 显微镜法
1 原理
• 单个颗粒同时进行观察和测量的方法。 • 颗粒大小、颗粒的形状、颗粒结构状况、表面形貌等。 • 测量下限取决于它的分辨距离---仪器能够清楚地分辨两个
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颗粒外接长方形
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三轴径的平均值计算公式
序号
1 2 3 4 5
计算式
名称
意义
l b 2
l bh 3
3 1 l1 b1 h
二轴平均径
显微镜下出现的颗粒基本大小 的投影
三轴平均径 算术平均
三轴调和平 与颗粒比表面积相关，与外接
均径
长方体表面相同的球体直径
lb
二轴几何平 均径
接近于颗粒投影面积的度量
方柱形及方板形l=b h=b
h=0.5b h=0.2b
v π/6
6
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各种形状的颗粒的S和V值
各种形状的颗粒
球形颗粒
圆形颗粒（水冲砂子、溶凝的烟道灰和 雾化的金属粉末颗粒）
S
2.7~3.4
带棱的颗粒（粉碎的石灰石、煤粉等粉 体物料）
薄片颗粒（滑石和石膏等）
极薄的片状颗粒（云母、石墨等）
2.5~3.2 2.0~2.8 1.6~1.7
得
7
规则颗粒
图 规则颗粒粒度的表征
8
不规则颗粒的粒度
• 三轴径：在一水平面上，将一颗粒以最大稳定度 放置于每边与其相切的长方体中，用该长方体的 长度l、宽度b、高度h定义的粒度平均值。
• 投影径：颗粒以最大稳定性置于一平面上，由此 按其投影的大小定义的粒径
• 球当量直径：亦称球相当径。
• 筛分径：当颗粒通过粗筛网并停留在细筛网上时， 粗细筛孔的算术或几何平均值。
1
1
D
md 3
md 3
fwd
3
fwd 3
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• 在实际应用中，常用两个系列的平均径，以个
数为基准加以说明：
• （一） 1, 0 2, 0
nd
DnL n
1
DnS
nd n
2
2
3, 0
1
DnV
nd n
3
3
以上平均径的共同特征是以颗粒群的个数去均分 粒度之和、总表面或总体积所得的平均径
100 cm3 中的颗粒数。这个指数可用作评价铺路碎石的
形状，K值越小越好；还可用于表示高炉烧结块的形状。
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3.面积充满度
面积充满度fb又称为外形放大系数，是颗粒投影
的面积A与其最小外接矩形的面积之比，即：
fb = A/lb
（≤1）
面积充满度可用于粉末冶金方面。
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4. 球形度
球形度ψ表示颗粒接近于球体的程度，其定义为： ψ = （与颗粒体积相等的球体的表面积） /（颗粒的表面积） （≤1）
长形颗粒 球形颗粒
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1、薄片状颗粒的表面固着力强，反光效果好。 2、实际粉体颗粒的形状千差万别，几乎不可能用某 一种方法定量、完整地描述。
3、在工程中，必须对颗粒的形状进行定量的描述。
定量地描述颗粒形状的方法，大致可以分为二种。一 种是用一组数来表示，而根据这一组数据可以再现颗 粒的形状；另一种是用一个数来表示，利用颗粒的各 种尺寸以及表面积、体积之间的关系或与某一基准相 比较，从不同的角度来表示颗粒的形状。
注意：①粒径的定义和粒径的测量方法。
②单个颗粒的形状系数与整个颗粒群的形状系数的区别。
③形状系数为一个修正系数，用来衡量实际颗粒与球形颗
粒不一致的程度。
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形状指数
利用颗粒本身的各种粒径以及表面积等数据进行各种无因 次的组合，或与球形颗粒进行比较而定义的表示颗粒形状 的各种指标称为形状指数，其本身并不具有特定的物理意 义。根据不同的使用目的，可选择相应的形状指数来表示 颗粒的形状。常用的形状指数有：
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粉末形状与生产方法的关系
颗粒形状
粉末生产方法
颗粒形状
粉末生产方法
球形 近球形 多角形
气相沉积，液相沉 树枝状 积
水溶液电解
气体雾化，置换 不规则形 水雾化，机械粉
（溶液）
碎，化学沉积
机械粉碎
多孔海绵状 金属氧化物还原
片状
塑性金属机械研磨 碟形
金属漩涡研磨
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粉末颗粒形状对铜粉末密度的影响
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比表面积形状系数
Sv S /V
Sv s Dp2 / v D3p
s
D
2 p
/
v
D
3 p
/ Dp
与6的差别表征颗粒形状对球形的偏离。对于球， =6。
卡门形状系数 几何体的形状系数
c 6 /
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颗粒形状
s
球形l=b=h=d
π
圆锥形l=b=h=d
立方体l=b=h
圆板形l=b，h=d l=b，h=0.5d l=b，h=0.2d
物点之间的最近距离。 • 光学显微镜的分辨距离取决于光学系统的工作参数及光学
的波长。
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工作原理，显微镜观察的是颗粒投影像。 它所观察和测量的只是颗粒的一个平面投 影图像。 2 粒径测量 样品量0.1 g左右。 充分的代表性，良好的分散性，均匀地无 固定取向地分散在载片上。
Stokes直径dst：亦称为沉降速度相当径或牛 顿径，指与颗粒具有相同密度且在同样介质中 具有相同自由沉降速度（层流区）的直径；
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平均粒径
•平均粒径定义： •设颗粒群是由粒径d1、d2、d3·····组合而成的集 合体，其物理特性f(d)可由各粒径函数的加成表
示：f (d ) f (d1) f ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱd2 ) f (d3 ) f (dn )
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为此，我们用某个量的数值来表征颗粒的形状， 这些量可统称为形状因子。各种不同意义和名称的 形状因子都是一种无量纲的量，其数值与颗粒的形 状有关，可以在一定程度上表征颗粒形状对于标准 形状（球形）的偏离。很多形状因子是颗粒的不同 粒度的无量纲组合，其中不少是两种粒度之比。
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形状系数
粒径相同的颗粒，形状不相同，其表面积、体积也相同， 因此，颗粒的表面积、体积与其粒径之间的数量关系，在 一定的程度上可以反映颗粒的形状。另外，颗粒的表面积 、体积是与某一特征尺寸（粒径）的平方、立方成正比的 ，这个比例系数就可定义为颗粒的形状系数。