我國粉體工業(yè)現處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，粒體粒度測量越來(lái)越受到研究工作者的重視。由于粉體粒徑的檢測受到經(jīng)濟成本、測試水平的限制，目前我國的中小型企業(yè)還很少在生產(chǎn)粉體的機器中配置在線(xiàn)粉體粒度檢測裝置，加工出的粉體通常是取樣后送往科研單位或大專(zhuān)院校進(jìn)行實(shí)驗室測量，因此檢測周期長(cháng)，不能及時(shí)發(fā)現生產(chǎn)問(wèn)題提出改進(jìn)措施。隨著(zhù)對粉體應用的深入研究，研究工作者對粉體粒徑的檢測研發(fā)出了多種檢測方法及儀器，但由于采用測量方法原理不同所測得的粒徑結果可能大相徑庭，在實(shí)際粉體生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行在線(xiàn)檢測的儀器和設備更是鳳毛麟角，因此在粉體生產(chǎn)過(guò)程中粒徑檢測的研究還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和研究。
一、粉體粒徑的檢測方法和儀器
1. 直接觀(guān)察法
利用放大投影器或光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡進(jìn)行觀(guān)察或測量各種形狀參數。這種方法將顆粒投影的最大寬度定義為顆粒直徑，借助顯微鏡將顆粒放大后，用人工方法測量和累計，然后將累計結果與標準要求相對照，以確定是否滿(mǎn)足標準。這種方法比較原始，勞動(dòng)強度大，且受人為因素影響大，不能給出詳細客觀(guān)的粒度分布，但優(yōu)點(diǎn)是直觀(guān)，可直接觀(guān)察粉體的結構與形狀。
2. 顆粒圖像處理儀
這種方法與直接觀(guān)察法類(lèi)似，只是將粉顆粒經(jīng)顯微鏡放大，再用圖樣采集卡攝入到計算機中，計算機再按用戶(hù)的要求按顆粒直徑的最大寬度或等面積圓換算出每個(gè)顆粒的大小并統計樣品的粒度分布。這種方法與直接用顯微鏡觀(guān)察相比，避免了人工測量，且能給出詳細的粒度分布。還有它能按等面積方法來(lái)給出顆粒的粒度分布，這是其他方法不可能做到的。但這種測量方法受粉體數量的限制。
3. 沉降法
有重力沉降法和離心力沉降法。重力沉降法測量設備有比重計、比重天平、沉降天平?？梢杂每梢?jiàn)光透過(guò)式，也可用X 射線(xiàn)透過(guò)式。這兩種方式均以顆粒在液體中的沉降速度與顆粒直徑的平方成正比的原理作為理論依據。顆粒直徑不同，沉降速度也不相同。測出不同大小顆粒沉降相同的距離所需的時(shí)間，再通過(guò)數據處理獲得顆粒的粒度分布。這種方法比人工觀(guān)察測試要方便得多，但仍然要花較長(cháng)時(shí)間，且測量過(guò)程中操作較煩瑣，不適合生產(chǎn)現場(chǎng)的在線(xiàn)檢測。離心力沉降法測量原理與重力沉降測量原理上相同，只是在測量過(guò)程中借助離心機械的幫助，加快測試速度。
4. 庫爾特粒度儀
用此種儀器進(jìn)行顆粒粒徑的檢測，其原理為將粉體樣本在電解液中充分分散后，在儀器中讓粉體的顆粒一次通過(guò)一個(gè)小孔，小孔內外設置一對鉑電板，并施以恒定的電流，當孔內沒(méi)有顆粒時(shí)，小孔電阻為固定值，當顆料通過(guò)小孔時(shí)，由于顆粒占據了小孔的部分體積，使小孔的電阻變大，從而在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。顆粒直徑d 與通過(guò)小孔時(shí)產(chǎn)生的電阻增量成正比，所以電脈沖的大小也與顆粒直徑相關(guān)，通過(guò)記錄脈沖幅度與數量可求出顆粒的大小和分布。顯然，這種方法測試速度快，由于是對粉體顆粒逐個(gè)測量，而且顆粒數量大于105 個(gè)時(shí)，則測量精度高，分辨率高，但這種方法測量的范圍較狹窄，只有2μm—40μm，而且小孔容易堵塞。
5. 激光粒度儀
這是目前全世界最流行、最先進(jìn)的顆粒測試儀器，它是利用微小顆粒對光的散射現象，即粉體顆粒越少散射角越大的原理進(jìn)行測量顆粒的大小分布。激光粒度儀分為濕法檢測和干法檢測。濕法檢測精度高范圍大，但檢測前需取樣，然后放在水或其他液體介質(zhì)中充分分散后，再放在光路之間進(jìn)行測量，這種濕法測量不適用于在線(xiàn)生產(chǎn)檢測，尤其是有些粉體是不適合用水作為分散介質(zhì)。干粉激光粒度儀測量，以空氣作為分散介質(zhì)，采用空氣壓縮系統提供清潔高壓的氣源，干粉被取樣后，是由電氣控制電路操作，將待測樣品成噴射狀態(tài)經(jīng)過(guò)測量區域，在該區域粉體樣品完全處于分散狀態(tài)，經(jīng)過(guò)測量區后再由收塵系統收集。干粉激光粒度儀的測量范圍已達到0． 5μm—300μm。
二、常用粉體粒徑檢測指標
1. 粉體粒徑分布表示方法
粒徑是表示粉體顆粒尺寸大小的幾何參數。但絕大多數的粉體顆粒其形狀都是不規則的幾何體，我們在粉體顆粒測量中把被測粉體顆粒等效成同質(zhì)量球體的直徑作為被測顆粒的粒徑。一種粉體樣品中的粉體顆粒大小各不相同，所以在測量和評價(jià)粉體時(shí)需要用粒度分布曲線(xiàn)才能較為全面地描述粉體的整體顆粒大小，即測出種粒徑大小的粉體顆粒占粉體總量的比例。粉體粒徑通常按顆粒大小順序將粉體分為若干等級，以各級顆粒粒徑占總體質(zhì)量的百分數表示。實(shí)際檢測中，粉體粒徑的特征參數常用顆粒的微分分布或累積分布與粒徑間的關(guān)系量來(lái)表示，如圖1 所示。圖1 中所示的微分分布通常是指粒徑的頻率分布，即指粉體顆粒在某一粒徑范圍內顆粒質(zhì)量占顆粒群總質(zhì)量的百分比; 累積分布則通常大于或小于某一粒徑的顆粒質(zhì)量占顆粒群總質(zhì)量的百分數。
2. 粉體特征粒徑
粉體粒徑的簡(jiǎn)約表示方法為特征粒徑，它用來(lái)描述平均粒徑和粒度分布，一般定義為代表某一粒徑區間上顆粒的平均粒徑。由于粉體顆粒形狀不同而在檢測時(shí)又能有較為統一的評價(jià)，所以將顆粒假想為一球體，用球體的直徑來(lái)表示粉體顆粒的粒徑。通常在粒徑檢測后繪制粒徑分布曲線(xiàn)時(shí)用中位徑( 樣品中大于和小于此粒徑值的顆粒各占50%的顆粒直徑) ，并用一對邊界粒徑來(lái)表示粉體被測樣品的上下限?，F在測量粒徑較為精確的激光粒度儀國際標準建議用D50、D90、D10來(lái)表示粉體的中位徑、上限徑和下限徑來(lái)衡量粒徑分布。
三、粒徑在線(xiàn)檢測系統分析
粉體粒徑在線(xiàn)檢測分析是指在制備粉體的生產(chǎn)過(guò)程中對粉體進(jìn)行實(shí)時(shí)粒度檢測分析。在線(xiàn)粒徑檢測分析與離線(xiàn)實(shí)驗室分析相比，它更具有實(shí)時(shí)性、連續性和智能性。是提高粉體質(zhì)量、節能降耗、實(shí)現粉體自動(dòng)化的必備條件。粉體粒徑在線(xiàn)檢測分析主要包含的重要組成部分:
(1) 在線(xiàn)取樣器，將管道中流動(dòng)的粉體連續取出樣品供測試，管道內條件不同取樣方法也不同;
(2) 在線(xiàn)分散，對取出的樣品流需進(jìn)行充分分散才可能進(jìn)行測試;
(3) 粒度測試系統，根據加工粉體種類(lèi)選擇不同的粒度測試方法，如激光散射法、動(dòng)態(tài)圖像分析法、超聲吸收法等;
(4) 樣品回收系統，檢測過(guò)的樣品重新送回給粉體輸送管道以節約資源;
(5) 信息傳輸系統，顆粒測試過(guò)程的操作控制，測試結果的數據，均需通過(guò)信息傳輸系統連接，以達到雙向控制的目的。圖2 所示為微米級粉體分級生產(chǎn)在線(xiàn)粒徑檢測系統。
 圖 2 所示的系統由振動(dòng)喂料器機、二級粉體分離分級、旋風(fēng)分離器、收塵系統和引風(fēng)機組成?？諌簷C用于為收塵系統提供反吹和為在線(xiàn)測試提供潔凈空氣。取樣點(diǎn)設在一級分級機細粉出口，控制點(diǎn)為分級機葉輪轉速。該系統設有現場(chǎng)控制柜，用于現場(chǎng)操作與粒度分布的隨時(shí)顯示，系統信號同時(shí)可以通過(guò)光纜與中央控制室相連。取樣系統從管道中連續取出樣品，經(jīng)分散系統后送入激光粒度監測儀，檢測過(guò)的粉末經(jīng)回收系統送回管道; 測試數據在電控柜上顯示，同時(shí)可將數據傳送到粉體生產(chǎn)的中央控制室。粒度在線(xiàn)檢測結果可用來(lái)控制分級機電機的轉速，達到穩定分級的目的。為使粒度分析能夠在現場(chǎng)惡劣環(huán)境下工作，還配備防塵、抗震、防爆、光路系統保護等各種輔助系統。
粉體作為復合材料的填料已被廣泛地應用到各個(gè)行業(yè)中，粉體粒度的大小對復合材料的強度、韌性及整體性都有很大的影響。在粉體加工中發(fā)現相同的加工生產(chǎn)條件下，粉磨能耗與顆粒的表面積成正比，顆粒粒徑越小其單位質(zhì)量所消耗的粉磨能量就越多。因此，在粉體生產(chǎn)過(guò)程中對其進(jìn)行在線(xiàn)檢測并能實(shí)時(shí)調整粉體機械的運轉狀態(tài)，掌握好過(guò)磨率則對節能降耗與保護環(huán)境都具有十分重要的意義。
四、結束語(yǔ)
通過(guò)對粉體粒徑檢測方法和儀器的分析研究得出，粉體粒徑從離線(xiàn)檢測到實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測，其技術(shù)上還要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和研究，使粉體制造過(guò)程、監控過(guò)程及反饋過(guò)程實(shí)現最優(yōu)化發(fā)展，這些都可使粉體粒徑的在線(xiàn)檢測技術(shù)有著(zhù)廣泛的應用前景。
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