隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，粉體工業(yè)將成為21世紀最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。粉體粒度是粉體材料的主要主要指標之一，直接影響粉體制備產(chǎn)品的工藝性能和綜合使用性能。通過陶瓷粉體粒徑的優(yōu)選，可以實現(xiàn)優(yōu)異綜合性能陶瓷材料的制備。目前，陶瓷粉體粒度主流的測試方法包括：篩分法、沉降法、費氏法和激光法等。

1、篩分法

篩分法是最為傳統(tǒng)且最簡單的粉體粒度測試方法。篩分法是借助人工或不同的機械振動裝置將顆粒樣品通過一系列具有不同篩孔直徑的標準篩，分離成若干粒級，再分別稱重，最后求得以質(zhì)量分數(shù)表示的顆粒粒度分布。

篩分法分為干篩法和濕篩法。干篩法要注意防止顆粒團聚，可使用手搖、機械或超聲振動等方法加強樣品的分散；濕篩法常用于液體中的顆粒物質(zhì)或干篩時容易成團的細粉料，脆性粉料最好也使用濕篩法。

優(yōu)點：篩分法具有設(shè)備簡單、成本低、操作簡便、結(jié)果直觀，同時樣品量大，代表性強等優(yōu)點；

缺點：網(wǎng)孔尺寸的均勻性和篩網(wǎng)的磨損程度會影響篩分法的測試結(jié)果，網(wǎng)孔不均勻、尺寸大小不一，會導(dǎo)致測試結(jié)果精度不足；網(wǎng)布松弛、網(wǎng)眼變大，會導(dǎo)致測試結(jié)果偏細。此外，篩分法的測試結(jié)果也易受到環(huán)境溫度、操作手法等因素的影響。

目前篩分法主要適用于大顆粒粉體粒度的測試。

2、沉降法

沉降法是基于不同粒徑的陶瓷顆粒在液體中的沉降速率來檢測粉體粒徑分布的一種方法。其測試過程是將樣品加入到某種液體中制成一定濃度的懸浮液，懸浮液中的顆粒在重力或離心力的作用下會發(fā)生沉降，不同粒徑顆粒的沉降速率是不一樣的，由顆粒的沉降速率來測試顆粒的粒徑。顆粒的沉降速率與粒徑之間服從斯托克斯Stokes定律，即懸浮在介質(zhì)中的粉體顆粒按照斯托克斯公式原理沉降，顆粒的沉降速率V與粉體粒徑的關(guān)系可以如下：

其中g是重力加速度；ρ_s為樣品密度；ρ_f為介質(zhì)密度；μ為介質(zhì)的黏度系數(shù)。其沉降速率與顆粒的粒徑和密度成正比，與介質(zhì)的黏度成反比。

沉降法按照沉降動力不同可以分為離心沉降法和重力沉降法。離心沉降法是懸浮液中的顆粒在離心力作用下呈現(xiàn)不同速率的沉降；而重心沉降法是借助于自身重力進行自然沉降的方法。沉降法在測試過程中伴隨著顆粒的分級過程，即大顆粒先沉降小顆粒后沉降。因此測試結(jié)果的分辨率高，特別是對于顆粒分布不規(guī)則或微分分布出現(xiàn)多峰的情況，此方法的優(yōu)點更加突出。故沉降法適合分析一些粒度分布廣的球形顆粒樣品，不適用于分析顆粒粒度小于２μm的樣品。

優(yōu)點：原理直觀，分辨率較高，價格及運行成本低。

缺點：測量速度慢，不能處理不同密度的混合物 結(jié)果受環(huán)境因素（比如溫度）和人為因素影響較大.

3、費氏法

費氏法屬于層流狀態(tài)下的氣體透過法，是利用空氣透過粉末堆積體時所產(chǎn)生的阻力和流量求出粉末的平均粒徑和比表面積。

由 Kozeny-Carman粉末的比表面積方程和孔隙率方程推導(dǎo)出粉末的平均粒徑( D)方程：

其中：P、F分別為空氣透過粉末前后的壓力；A代表粉末推擠體橫斷面積，單位為cm3；L表示粉末堆積體厚度，單位為cm；C為儀器常數(shù)。

采用費氏法測試陶瓷粉體粒徑的示意圖如圖1所示：該儀器結(jié)構(gòu)簡單 , 操作方便，測試成本低，可從特制的讀數(shù)板上直接讀出粒度值。需要注意的是：測量時首先應(yīng)找到最佳孔隙率，然后在此孔隙率下測量粉末的粒度。

圖 1 費氏儀測試粉體粒徑示意圖

4、激光法

當光束照射到氣體或液體里的細顆粒時，光將向各個方向散射，并在顆粒背后產(chǎn)生瞬間陰影照射光有部分被顆粒吸收，部分產(chǎn)生衍射。光的散射和衍射與顆粒的粒度有一定關(guān)系。激光粒度分析儀利用激光照射適當分散顆粒所產(chǎn)生衍射與散射現(xiàn)象與衍射原理，儀器用一個特殊制作的大規(guī)模集成電路探測器，從顆粒衍射環(huán)中取出衍射光能訊息激光粒度分析儀具有分析速度快，操作簡單方便，分析檢測范圍廣的特點，近年來得到快速發(fā)展。

圖2為激光粒度分析儀的基本原理圖。激光器發(fā)出一束單色光經(jīng)濾波擴束后，成為平行單色光束照射到裝有待測懸浮液的樣品槽上，經(jīng)顆粒散射后的光線通過傅立葉轉(zhuǎn)換透鏡，集中在位于其聚焦平面位置的光電探測器上，光電探測器將其接受到的光強轉(zhuǎn)化成電信號輸出，再經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后一起進入電腦進行計算，最終得到陶瓷粉體的粒徑分布。

圖2 激光粒度分析儀的基本原理圖

優(yōu)點：測試范圍寬（最好的激光粒度儀的測量范圍是0.04~2000 m，一般的也能達到0.1~300 m），測試速度快（1~3分鐘/ 次），自動化程度高，操作簡便，重復(fù)性和真實性好，可以測試干粉樣品，也可以測量混合粉 乳濁液和霧滴等。

缺點：不宜測量粒度分布很窄的樣品，分辨率相對較低。

5、總結(jié)

陶瓷粉末顆粒尺寸及其分布的表征與分析是陶瓷粉體研究的基礎(chǔ)，且陶瓷粉末顆粒尺寸及分布直接影響陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量，因此對陶瓷粉體粒徑尺寸和分布的精確把握至關(guān)重要。陶瓷粉體粒徑檢測時，應(yīng)充分分析各粉體粒徑檢測方法的優(yōu)缺點，并結(jié)合最優(yōu)檢測方法進行測試。同時粉體粒度測試技術(shù)將向測試下限低、測試范圍廣、測試準確度和精確度高、重現(xiàn)性好等方向發(fā)展。

作者：小龍

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