我國(guó)粉體工業(yè)現(xiàn)處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，粒體粒度測(cè)量越來(lái)越受到研究工作者的重視。由于粉體粒徑的檢測(cè)受到經(jīng)濟(jì)成本、測(cè)試水平的限制，目前我國(guó)的中小型企業(yè)還很少在生產(chǎn)粉體的機(jī)器中配置在線粉體粒度檢測(cè)裝置，加工出的粉體通常是取樣后送往科研單位或大專院校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，因此檢測(cè)周期長(zhǎng)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)問(wèn)題提出改進(jìn)措施。隨著對(duì)粉體應(yīng)用的深入研究，研究工作者對(duì)粉體粒徑的檢測(cè)研發(fā)出了多種檢測(cè)方法及儀器，但由于采用測(cè)量方法原理不同所測(cè)得的粒徑結(jié)果可能大相徑庭，在實(shí)際粉體生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行在線檢測(cè)的儀器和設(shè)備更是鳳毛麟角，因此在粉體生產(chǎn)過(guò)程中粒徑檢測(cè)的研究還有待進(jìn)一步開發(fā)和研究。
一、粉體粒徑的檢測(cè)方法和儀器
1. 直接觀察法
利用放大投影器或光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡進(jìn)行觀察或測(cè)量各種形狀參數(shù)。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(cè)量和累計(jì)，然后將累計(jì)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)要求相對(duì)照，以確定是否滿足標(biāo)準(zhǔn)。這種方法比較原始，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且受人為因素影響大，不能給出詳細(xì)客觀的粒度分布，但優(yōu)點(diǎn)是直觀，可直接觀察粉體的結(jié)構(gòu)與形狀。
2. 顆粒圖像處理儀
這種方法與直接觀察法類似，只是將粉顆粒經(jīng)顯微鏡放大，再用圖樣采集卡攝入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)再按用戶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(tǒng)計(jì)樣品的粒度分布。這種方法與直接用顯微鏡觀察相比，避免了人工測(cè)量，且能給出詳細(xì)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(cè)量方法受粉體數(shù)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(cè)量設(shè)備有比重計(jì)、比重天平、沉降天平?？梢杂每梢姽馔高^(guò)式，也可用X 射線透過(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(jù)。顆粒直徑不同，沉降速度也不相同。測(cè)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(shù)據(jù)處理獲得顆粒的粒度分布。這種方法比人工觀察測(cè)試要方便得多，但仍然要花較長(zhǎng)時(shí)間，且測(cè)量過(guò)程中操作較煩瑣，不適合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在線檢測(cè)。離心力沉降法測(cè)量原理與重力沉降測(cè)量原理上相同，只是在測(cè)量過(guò)程中借助離心機(jī)械的幫助，加快測(cè)試速度。
4. 庫(kù)爾特粒度儀
用此種儀器進(jìn)行顆粒粒徑的檢測(cè)，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(nèi)外設(shè)置一對(duì)鉑電板，并施以恒定的電流，當(dāng)孔內(nèi)沒(méi)有顆粒時(shí)，小孔電阻為固定值，當(dāng)顆料通過(guò)小孔時(shí)，由于顆粒占據(jù)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(shù)量可求出顆粒的大小和分布。顯然，這種方法測(cè)試速度快，由于是對(duì)粉體顆粒逐個(gè)測(cè)量，而且顆粒數(shù)量大于105 個(gè)時(shí)，則測(cè)量精度高，分辨率高，但這種方法測(cè)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(cè)試儀器，它是利用微小顆粒對(duì)光的散射現(xiàn)象，即粉體顆粒越少散射角越大的原理進(jìn)行測(cè)量顆粒的大小分布。激光粒度儀分為濕法檢測(cè)和干法檢測(cè)。濕法檢測(cè)精度高范圍大，但檢測(cè)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(cè)量，這種濕法測(cè)量不適用于在線生產(chǎn)檢測(cè)，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(cè)量，以空氣作為分散介質(zhì)，采用空氣壓縮系統(tǒng)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(cè)樣品成噴射狀態(tài)經(jīng)過(guò)測(cè)量區(qū)域，在該區(qū)域粉體樣品完全處于分散狀態(tài)，經(jīng)過(guò)測(cè)量區(qū)后再由收塵系統(tǒng)收集。干粉激光粒度儀的測(cè)量范圍已達(dá)到0． 5μm—300μm。
二、常用粉體粒徑檢測(cè)指標(biāo)
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(shù)。但絕大多數(shù)的粉體顆粒其形狀都是不規(guī)則的幾何體，我們?cè)诜垠w顆粒測(cè)量中把被測(cè)粉體顆粒等效成同質(zhì)量球體的直徑作為被測(cè)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(cè)量和評(píng)價(jià)粉體時(shí)需要用粒度分布曲線才能較為全面地描述粉體的整體顆粒大小，即測(cè)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?qū)⒎垠w分為若干等級(jí)，以各級(jí)顆粒粒徑占總體質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示。實(shí)際檢測(cè)中，粉體粒徑的特征參數(shù)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(nèi)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?jǐn)?shù)。
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(qū)間上顆粒的平均粒徑。由于粉體顆粒形狀不同而在檢測(cè)時(shí)又能有較為統(tǒng)一的評(píng)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(cè)后繪制粒徑分布曲線時(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(duì)邊界粒徑來(lái)表示粉體被測(cè)樣品的上下限?，F(xiàn)在測(cè)量粒徑較為精確的激光粒度儀國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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、粒徑在線檢測(cè)系統(tǒng)分析
粉體粒徑在線檢測(cè)分析是指在制備粉體的生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)粉體進(jìn)行實(shí)時(shí)粒度檢測(cè)分析。在線粒徑檢測(cè)分析與離線實(shí)驗(yàn)室分析相比，它更具有實(shí)時(shí)性、連續(xù)性和智能性。是提高粉體質(zhì)量、節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)粉體自動(dòng)化的必備條件。粉體粒徑在線檢測(cè)分析主要包含的重要組成部分:
(1) 在線取樣器，將管道中流動(dòng)的粉體連續(xù)取出樣品供測(cè)試，管道內(nèi)條件不同取樣方法也不同;
(2) 在線分散，對(duì)取出的樣品流需進(jìn)行充分分散才可能進(jìn)行測(cè)試;
(3) 粒度測(cè)試系統(tǒng)，根據(jù)加工粉體種類選擇不同的粒度測(cè)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(tǒng)，檢測(cè)過(guò)的樣品重新送回給粉體輸送管道以節(jié)約資源;
(5) 信息傳輸系統(tǒng)，顆粒測(cè)試過(guò)程的操作控制，測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)，均需通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)連接，以達(dá)到雙向控制的目的。圖2 所示為微米級(jí)粉體分級(jí)生產(chǎn)在線粒徑檢測(cè)系統(tǒng)。
 圖 2 所示的系統(tǒng)由振動(dòng)喂料器機(jī)、二級(jí)粉體分離分級(jí)、旋風(fēng)分離器、收塵系統(tǒng)和引風(fēng)機(jī)組成?？諌簷C(jī)用于為收塵系統(tǒng)提供反吹和為在線測(cè)試提供潔凈空氣。取樣點(diǎn)設(shè)在一級(jí)分級(jí)機(jī)細(xì)粉出口，控制點(diǎn)為分級(jí)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)控制柜，用于現(xiàn)場(chǎng)操作與粒度分布的隨時(shí)顯示，系統(tǒng)信號(hào)同時(shí)可以通過(guò)光纜與中央控制室相連。取樣系統(tǒng)從管道中連續(xù)取出樣品，經(jīng)分散系統(tǒng)后送入激光粒度監(jiān)測(cè)儀，檢測(cè)過(guò)的粉末經(jīng)回收系統(tǒng)送回管道; 測(cè)試數(shù)據(jù)在電控柜上顯示，同時(shí)可將數(shù)據(jù)傳送到粉體生產(chǎn)的中央控制室。粒度在線檢測(cè)結(jié)果可用來(lái)控制分級(jí)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到穩(wěn)定分級(jí)的目的。為使粒度分析能夠在現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下工作，還配備防塵、抗震、防爆、光路系統(tǒng)保護(hù)等各種輔助系統(tǒng)。
粉體作為復(fù)合材料的填料已被廣泛地應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)中，粉體粒度的大小對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)度、韌性及整體性都有很大的影響。在粉體加工中發(fā)現(xiàn)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(duì)其進(jìn)行在線檢測(cè)并能實(shí)時(shí)調(diào)整粉體機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，掌握好過(guò)磨率則對(duì)節(jié)能降耗與保護(hù)環(huán)境都具有十分重要的意義。
四、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)粉體粒徑檢測(cè)方法和儀器的分析研究得出，粉體粒徑從離線檢測(cè)到實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，其技術(shù)上還要進(jìn)一步開發(fā)和研究，使粉體制造過(guò)程、監(jiān)控過(guò)程及反饋過(guò)程實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化發(fā)展，這些都可使粉體粒徑的在線檢測(cè)技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景。
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