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dqm金蟲 (小有名氣)
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粒度測試的基本知識
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粒度測試的基本知識 1、顆粒 顆粒是在一定尺寸范圍內(nèi)具有特定形狀的幾何體,如圖1。 顆粒不僅指固體顆粒,還有霧滴、油珠等液體顆粒。顆粒的概念似乎很簡單,但由于各種顆粒的形狀復(fù)雜,使得粒度分布的測試工作比想象的要復(fù)雜得多。因此要真正了解各種粒度測試技術(shù)所得出的測試結(jié)果,明確顆粒的定義是很重要. 2、粒度測試復(fù)雜的原因 由于顆粒的形狀多為不規(guī)則體,因此用一個數(shù)值去描述一個三維幾何體的大小是不可能的。為了敘述方便,我們以火柴盒為例,如圖2。用一把直尺量一個火柴盒的尺寸,你可以得出這個火柴盒的尺寸是20×10×5mm。但你不能說這個火柴盒是20mm或10mm或5mm,因為這幾個數(shù)值只是它大小尺寸的一個側(cè)面而不是它的整體?梢,用一個數(shù)值去直接描述一個火柴盒的大小都是不可能的,同樣,對于一個形狀極其復(fù)雜的顆粒來說,用一個數(shù)值去直接描述它們的大小就更不可能了。那么,怎樣僅用一個數(shù)值描述一個顆粒的大小?這是粒度測試的基本問題。 3、等效粒徑 只有一種形狀的顆?梢杂靡粋數(shù)值來描述它的大小,那就是球型顆粒。如果我們說有一個50μ的球體,僅此就可以確切地知道它的大小了。但對于其它形狀的物體甚至立方體來說,就不能這樣說了。對立方體來說,50μ可能僅指該立方體的一個邊長度。對復(fù)雜形狀的物體,也有很多特性可用一個數(shù)值來表示。如重量、體積、表面積等,這些都是表示一個物體大小的唯一的數(shù)值。如果我們有一種方法可測得火柴盒重量的話,我們就可以公式 重量 = 4/3πr3ρ------------------------------------ (1) 由公式(1)可以計算出一個唯一的數(shù)(2r)作為與火柴盒等重的球體的直徑,用這個直徑來代表火柴盒的大小,這就是等效球體理論。也就是說,我們測量出粒子的某種特性并根據(jù)這種特性轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的球體,就可以用一個唯一的數(shù)字(球體的直徑)來描述該粒子的大小了。這使我們無須用三個或更多的數(shù)值去描述一個三維粒子的大小,盡管這種描述雖然較為準(zhǔn)確,對于達(dá)到一些管理的目的而言是不方便的。 但是,我們用等效法描述顆粒大小時,會產(chǎn)生了一些有趣的現(xiàn)象,就是等效結(jié)果依賴于物體的形狀變化。當(dāng)形狀變化后使顆粒體積增大時,等效后的球體直徑并不呈相同的比例增大。我們用圓柱體和它的等效球體來說明這種現(xiàn)象,在圖3。它們的體積以及等效直徑的計算方法如下: 圓柱體積=πr2h=10000π(um)3 -------------------- (2) 球的體積=4/3πX3 ------------------------------------------ (3) 因為圓柱體積V1 = 球體體積V2, 所以式(4)將得到等效球體半徑X: x=19.5um ---------------- (4) 則,等效球體直徑= 39um 也就是說,一個高100 μm,直徑20 μm的圓柱的等效球體直徑為39μm。我們再看比它大一倍的圓柱體(即一個高200 μm,直徑20 μm的圓柱)等效球體直徑為49.3μm,見表1?梢,等效顆粒的直徑與實際顆粒的某個方向的尺寸并不成比例增加或減少,這也是粒度測試數(shù)據(jù)有時與一般直觀方法(或直觀感覺)不一致的原因之一。但無論如何,等效粒徑將隨顆粒的體積變化而變化,我們可以而且只能根據(jù)等效球體判斷實際顆粒是變大了還是變小了,這是目前幾乎所有粒度測試儀器和方法的基本原理。 4. 不同測試方法對結(jié)果的影響 如果我們在顯微鏡下觀察一些顆粒的時候,我們可清楚地看到此顆粒的二維投影,并且我們可以通過測量很多顆粒的直徑來表示它們的大小。如果采用了一個顆粒的最大長度作為該顆粒的直徑,則我們確實可以說此顆粒是有著最大直徑的球體。同樣,如果我們采用最小直徑或其它某種量如Feret直徑,則我們就會得到關(guān)于顆粒體積的另一個結(jié)果。因此我們必須意識到,不同的表征方法將會測量一個顆粒的不同的特性(如最大長度,最小長度,體積,表面積等),而與另一種測量尺寸的方法得出的結(jié)果不同。圖4列出了對于一個單個顆?赡艽嬖诘牟煌牡刃ЫY(jié)果。其實每一種結(jié)果都是正確的,差別僅在于它們分別表示該顆粒其中的某一特性。這就好像你我量同一個火柴盒,你量的是長度,我量的是寬度,從而得到不同的結(jié)果一樣。由此可見,只有使用相同的測量方法,我們才可能直接地比較粒度大小,這也意味著對于像砂粒一樣的顆粒,不能作為粒度標(biāo)準(zhǔn)。作為粒度標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)必須是球狀的,以便于各種方法之間的比較。 5. 數(shù)量分布與體積分布 1991年10月13日發(fā)表在《新科學(xué)家》雜志中發(fā)表的一篇文章稱,在太空中有大量人造物體圍著地球轉(zhuǎn),科學(xué)家們在定期的追蹤它們的時候,把它們按大小分成幾組,見表2。如果我們觀察一下表2中的第三列,我們可推斷在所有的顆粒中,99.3%是極其的小,這是以數(shù)量為基礎(chǔ)計算的百分?jǐn)?shù)。但是,如果我們觀察第四列,一個以體積為基礎(chǔ)計算的百分?jǐn)?shù),我 尺寸(cm) 數(shù)量 數(shù)量百分?jǐn)?shù) 體積百分?jǐn)?shù) 10-1000 7000 0.2 99.96 1-10 17500 0.5 0.03 0.1-1 3500000 99.3 0.01 合計 3524500 100 100 表2 顆粒大小數(shù)量對分布的影響 們就會得出另一個結(jié)論:幾乎所有的物體都介于10-1000cm之間?梢姅(shù)量與體積分布是大不相同的,我們采用不同的分布就會得出不同的結(jié)論。一般地,激光法和沉降法得到的粒度分布數(shù)據(jù)是體積(或重量)分布;圖象法和庫爾特法得到的粒度分布是數(shù)量分布。 |
石墨烯及電化學(xué) 熒光材料 | 材料微觀量化表征 |
木蟲 (正式寫手)
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