46佛山陶瓷FOSHANCERAMICS2994年第z期...圈曰粒度测量—沉降法与激光法彭进强(佛山市陶瓷研究所)前言在陶瓷材料研究和生产过程,材料粒度是一个重要的控制参数。例如,它影响·收缩率,模具尺寸需依此设计,若收缩过大也会使产品易变形。·压制粉料和注浆料的流动性,两者的典型应用分别有墙地砖和卫生洁具。·坯体烧成温度和釉料熔融温度,粒度越细,这两个温度就越低。对一个球状颗粒,我们可以马上用其直径表示粒度,但由于实际上的颗粒是非球状的,对其“粒度”并无一明确和统一的定义。如果从几何角度考虑,我们可能会趋向于定义等效体积球的直径为其粒度。但是,这在实际测量中是不可能的。当用近年配有图象分析系统的显微镜测量时,充其量是用某一方向投影等效面积圆的直径来表示粒度。但是,它并不等于等效体积球的直径。观察平台上的颗粒不可能在三维都是随机取向的。例如,片状、柱状的颗粒必处于低重心状态。因此,粒度的测量都是利用某种间接的方法测出某一“等效粒度”。测量粒度的方法很多,主要的有:(1)筛分法:以一定的二维空间限制来区分大于和小于某一粒度的颗粒。(2)图象解析法:测量颗粒图象某个参数,根据某种定义给出粒度值。(3)库尔特法:不同体积的颗粒通过一特定装置时,装置两端电阻有不同改变。(4)沉降法:在液体中不同质量的颗粒具有不同的沉降速度。(5)光散射法:不同尺寸的颗粒具有不同的散射角。在陶瓷行业中,最传统是的筛分法,这是一种很粗糙的方法,其缺点是很明显的:·通常只能筛分出大于40拌m(一30目)的颗粒。·不能给出详细的粒度分布数据。本文主要讨论沉降法和激光散射法这两种粒度测量方法。前者在陶瓷行业应用已有较长的历史,后者是近十几年发展的新技术。沉降法—它有什么缺点?沉降法的基础是斯托克斯(Stokes)定律:球形颗粒在粘滞液体中受重力作用自由沉降时,沉降速度v是一常数,它与颗粒直径D有如下关系:D~丙而亏7丈万二下庵式中刀是液体介质的粘度,p和Pf分别是试样和液体的比重,g为重力加速度。沉降法中粒度的定义是:如果一个颗粒与球形颗粒具有相同的沉降速度,即认为该颗粒的粒度等于球形颗粒的直径。早期应用沉降法的仪器有安特生沉降瓶,沉降天平等,这类仪器本身的误差和测量佛山陶瓷FOSHANCERAMICS1994年第‘2期47操作引起的误差都较大,近期的类型是带有计算机控制和数据处理的光透式粒度仪,颗粒的沉降速度表现为悬浮液的浓度变化,根据光(可见光或X光)透射强度和变化规律可以导出粒度的分布。沉降法测量粒度的主要缺点有:(1)沉降法原则上不适用具有不同比重组份的混合料,这由Stokes公式不难看出,比重大的小颗粒会比比重小的大颗粒沉降快,从而给出错误结果。陶瓷行业常用的粘土矿物、坯料、釉料等都非单一组份。(2)测量上下限范围窄,当颗粒较大时,下沉较快,不满足Stokes定律成立所要求的日口日目1一11一2l一31一4图1若只含单一组份或比皿相同的组份,大颐粒总是比小肠粒沉降快。(见1一z,1一2)。若B的比皿大于A的,会出现1一4所示的情况,此时沉降法仪器会给出B的粒度大于A的错误结果。层流条件,(如石英在水中的Stokes沉降上限约为50拌m),当颗粒较小时,受液体分子布朗(Brown)运动的影响,沉降轨迹并非匀速垂直,(通常小于1拌m时布朗运动的影响已很明显)。虽然用离心法以较强的离心力代替重力可延伸测量下限,但其上限也随之下延,用粘性较大的液体代替水来提高测量上限也有类似问题:测量下限随之提高。值得指出的是,虽然很多这类仪器都给出一个很宽的测量范围,如0.1拜m一50即m,但这并不意味它可以有效测量一个具有上述分布范围的样品。只是对比重较大的样品,下限可较准确测至。.1拜m,(但其上限应用不会大于50产m);反之,对比重较小的样品,上限可测至500拌m,但其下限应是1外m量级,这点是容易引起误解的。陶瓷行业原料的粒度分布范围一般在1户拌m一10乍m间,以典型的重力沉降法来说,对比重在3.0左右的粉料,其有效测量范围约为1拜m一50拜m。激光散射法一更合适的方法么J甲目口ll阮翻.侧.臼.曰.....女!曰p.~、、~lre,压I图2激光散射法测t粒度的结构原理图48佛山陶瓷__FQSHANCERAMIcS工994年第2期当光入射到颗粒时,会产生散射,小颗粒散射角大,而大颗粒散射角小,某一散射角的光...
