中國粉體網(wǎng)訊 顆粒是組成粉體的基本單元，其大小稱為粒度。粒度是反應(yīng)顆粒特性的基本指標(biāo)之一，它影響了顆粒的物理、化學(xué)、力學(xué)等特性。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研等領(lǐng)域出現(xiàn)了越來越多與顆粒特性密切相關(guān)的技術(shù)問題。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和使用性能，生產(chǎn)過程中需要對其顆粒粒徑或顆粒其他特征參量分布情況進(jìn)行嚴(yán)格控制。
目前粒度分析的方法主要有沉降法、篩分法、激光光散射法、圖像分析法等 。
1、沉降法
沉降法包含多種粒度分析方法。分析多在液相中進(jìn)行，介質(zhì)多為水、乙醇、苯等，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為1％或更小，以保證顆粒呈單粒分散狀態(tài)。由于顆粒很細(xì)并且含有雜質(zhì)，因而易被膠結(jié)和凝聚，故要對樣品進(jìn)行預(yù)處理以除去鈣質(zhì)膠結(jié)物和有機(jī)質(zhì)，并需要在懸浮液中加入適量的分散劑（如焦磷酸鈉、氨水）。此類方法獲得的粒度直徑，實為與樣品顆粒具有相同沉降速度的標(biāo)準(zhǔn)球體直徑，即等效直徑或斯托克直徑，部分方法獲得的是樣品每一粒級的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
優(yōu)點：操作簡便，儀器可連續(xù)運(yùn)行，價格低，準(zhǔn)確性和重復(fù)性好，測試范圍較大。
缺點：測量速度慢，平均測量時間要半個多小時，很難重復(fù)分析；必須精確的控制以防止溫度梯度和粘度變化；不能處理不同密度的混合物。
2、篩分法
篩分法是用篩子來檢測物料粒度組成，是最簡單的也是應(yīng)用最早的粒度分析方法。篩分法分干篩和濕篩兩種形式，可以用單個篩子來控制單一粒徑顆粒的通過率，也可以用多個篩子疊加起來同時測量多個粒徑顆粒的通過率，并計算出百分?jǐn)?shù)。顆粒能否通過篩子與顆粒的取向和篩分時間等因素有關(guān)。篩分法可直接測出顆粒粒級的真實尺寸，因此常作為其他物料粒度分析方法的校正標(biāo)準(zhǔn)。
優(yōu)點：簡單方便、直觀、設(shè)備成本低，比較適合用于采礦業(yè)中較大顆粒。
缺點：小于400目的粉末測量比較困難；難以測量粘性和成團(tuán)的材料；測量時間和操作方法必須嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化；不能產(chǎn)生真實的重量分布；小尺寸篩網(wǎng)易被物料堵塞，且難以清洗;篩網(wǎng)強(qiáng)度低，易破損。
3、激光衍射法
激光衍射法粒度分析常用的儀器是激光粒度分析儀，由分析儀產(chǎn)生的經(jīng)光路變換為平面波的單色平行光，在通過樣品時發(fā)生衍射、散射，相同粒徑所產(chǎn)生的衍射、散射光落在相同的位置上，并由布置在不同方向的光電探測器接收；然后探測器將衍射、散射信息傳給計算機(jī)；通過計算在不同方向所獲取的光位置和強(qiáng)度信息可得出樣品中不同粒級的體積分?jǐn)?shù)和顆粒體積，根據(jù)等效圓球理論（米氏理論）換算出樣品顆粒的粒度分布。
優(yōu)點：該法測定范圍廣、精度高、快速、適用范圍廣泛，不僅能測量固體樣，
還能測量液體樣品。該法已取得一致公認(rèn)，并得到廣泛應(yīng)用。
缺點：（1）儀器昂貴；（2）儀器計算的數(shù)據(jù)是基于被測粒子相當(dāng)于球形體積獲得，數(shù)據(jù)未必能夠真實反映粒子實際大��；（3）同一批物料采用不同品牌儀器采集的粒徑分布數(shù)據(jù)可能不具有可比性；（4）使用米氏散射理論測定粒度前提需要準(zhǔn)確獲知物料的折射率和吸收率，而這個參數(shù)很多粉體是不易獲知的。
△ 激光粒度分析儀的結(jié)構(gòu)原理圖
4、圖像分析法
目前，圖像分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種性質(zhì)的可成像材料的分析，同時隨著粉體工業(yè)的迅猛發(fā)展，對于顆粒特征特性的研究不再局限于顆粒粒度分布情況，顆粒的形態(tài)特征信息也對于產(chǎn)品材料的品質(zhì)有重要影響，采用圖像分析法不但可以得到顆粒粒度分布，同時也可對顆粒粒形進(jìn)行分析。該法主要經(jīng)過圖像采集、圖像處理及算法標(biāo)定和粒度信息統(tǒng)計等幾個步驟。
1）圖像采集
△ 圖像采集方式分類圖
2）圖像處理及標(biāo)定算法
顆粒圖像處理算法對采集的顆粒圖像首先利用漫水填充方法去除與圖像邊緣接觸的顆粒；然后利用中值濾波去除圖像中的椒鹽噪聲、利用高斯模糊對圖像進(jìn)行平滑濾波；通過改進(jìn)Canny 邊緣檢測算法檢測顆粒邊緣；最后提取每個顆粒最外層邊界輪廓。利用提取的顆粒邊緣輪廓信息計算顆粒粒度粒形參數(shù)，同時將小于一定閾值的顆粒去除，最終保存圖像中所有有效顆粒的參數(shù)信息和單個顆粒原始圖像及其輪廓圖像。
△ 圖像處理及算法流程
3）粒度信息處理
從顆粒圖像中提取完每個顆粒的輪廓之后，根據(jù)顆粒輪廓信息對每個顆粒進(jìn)行特征參數(shù)測量和分析。顆粒圖像特征能夠反映統(tǒng)計某一類顆粒區(qū)別于其他類顆粒的相應(yīng)特點或特性。對于顆粒圖像而言，都具有能夠區(qū)別于其他類顆粒圖像的自身特征，有些可以直接測量，有些需要通過相應(yīng)變換或處理才能得到。
顆粒形狀形態(tài)參數(shù)中應(yīng)用比較廣泛的有：顆粒粒度、周長、面積、長度、寬度、質(zhì)心位置，這些參數(shù)屬于顆粒的幾何描述符；矩形度、長寬比、緊湊性、不規(guī)則度，屬于顆粒的比例描述符；圓形度、凸度屬于顆粒的介觀描述符。
實際情況中顆粒的幾何形狀往往是不規(guī)則，對于不規(guī)則的顆粒，顆粒粒徑只能通過采用等效方式來進(jìn)行計算。在圖像分析法顆粒粒度測量中，最常用的等效計算方式有：投影面積等效直徑、周長等效直徑、最大內(nèi)切圓直徑、最小外接圓直徑、費(fèi)雷特直徑、馬丁直徑等。
中國粉體網(wǎng)旗下粉體公開課平臺將于2021年8月27日舉辦“2021（第二屆）粉體球形化制備及檢測技術(shù)網(wǎng)絡(luò)研討會”，來自德國麥奇克萊馳Microtrac MRB北區(qū)經(jīng)理王瑞青先生將帶來題為《圖像分析法在增材制造金屬粉末粒度及形狀表征領(lǐng)域的應(yīng)用》的報告，屆時，他將利用圖像分析法，激光衍射法和篩分法分別測量金屬粉末的粒度與形狀，從形狀分析靈敏度、與傳統(tǒng)方法對比以及對大顆粒的檢測靈敏度等方面對測量結(jié)果進(jìn)行對比分析，論證圖像分析法在增材制造金屬粉末的應(yīng)用優(yōu)勢。
專家簡介
王瑞青，德國麥奇克萊馳Microtrac MRB北區(qū)經(jīng)理，顆粒圖像分析儀器資深工程師，兩次赴德國進(jìn)修顆粒圖像分析技術(shù)，參與評審顆粒表征相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，為石油化工、增材制造、地質(zhì)沉積等多個行業(yè)提供顆粒形貌表征解決方案。
資料來源：
倪壽亮.粒度分析方法及應(yīng)用
郝福等.激光粒度分析技術(shù)在藥物研究和質(zhì)量控制中的應(yīng)用進(jìn)展
袁紅旗等.沉積學(xué)粒度分析方法綜述
郭觀凱.干法動態(tài)圖像粒度粒形分析系統(tǒng)研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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