تطبيق محلل حجم الجسيمات بالليزر في مساحيق السيراميك

يعد القياس الدقيق لتوزيع حجم الجسيمات لمساحيق السيراميك ضروري للغاية في إنتاج مكونات السيراميك الحديثة. وقد ثبت أنه يمكن تحديد حجم الجسيمات وقابلية التشتت لمسحوق السيراميك بواسطة جهاز Bettersizer 2600، وتتميز نتائج الاختبار بقابلية عالية للتكرار.

 

                        

المنتج	بيترسايزر 2600
الصناعة	السيراميك
العينة	مسحوق السيراميك
نوع القياس	حجم الجسيمات
تقنية القياس	حيود الليزر

 

 

الانتقال إلى قسم

 

 
• مقدمة
 
• قياس توزيع حجم الجسيمات في مساحيق السيراميك
 
• الخاتمة
 
• المرجع
 

 

 

---

 

مقدمة

 

يمكن تقسيم إنتاج مكونات السيراميك الحديثة بشكل عام إلى مرحلتين متميزتين للمعالجة. أولًا، يتم تشتيت مسحوق السيراميك بالتساوي في سائل بنسب محددة، ثم يتم ضغطه في شكل وحجم مثاليين محددين مسبقًا يُطلق عليهما 'الجسم الأخضر'. والجسم الأخضر هو الاسم الذي يُطلق على الجسم الأخضر هو الاسم الذي يُطلق على الجسم الذي يكون مكوّنه الرئيسي مادة طينية ضعيفة الترابط، وعادةً ما تكون على شكل مسحوق أو ألواح مترابطة قبل تلبيدها. يتم تسخين الجسم الأخضر إلى أقل بقليل من درجة انصهار المواد الخزفية ويحدث التلبيد عند درجة الحرارة هذه، مما يؤدي إلى ترابط الجسيمات في الجسم الأخضر معًا.

 

 

يوضح الشكل 1 عملية إنتاج مكونات السيراميك في الشكل 1. ويعتمد إنتاج مكونات السيراميك اعتمادًا كبيرًا على الخواص الفيزيائية لمساحيق السيراميك وكيفية تفريقها أثناء التشكيل. يمكن أن تتكتل مساحيق السيراميك بسهولة أثناء عملية التشتت، ويمكن أن يكون تجانس جزيئات المسحوق ضعيفًا، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض الأداء في المواد الخزفية مثل المنتجات الكهروضغطية. وللتخفيف من حدة هذه المشكلة، من الضروري قياس حجم جزيئات مسحوق السيراميك أثناء إنتاج المكونات الخزفية. وعلى وجه الخصوص، يمكن لتحليل حجم الجسيمات أن يساعد الشركة المصنعة على تحديد الوقت الأمثل ودرجة الحرارة المطلوبة للجسم الأخضر للوصول إلى الكثافة المثلى المطلوبة المحددة مسبقًا في عملية التلبيد. بشكل عام، يمكن لمسحوق السيراميك الذي يحتوي على نسبة جسيمات أصغر أن يقلل من وقت تلبيد الجسم الأخضر نظرًا لوجود مساحة سطح أكبر. ولذلك، يعد قياس توزيع حجم الجسيمات لمسحوق السيراميك أحد أهم المعلمات التي يجب التحكم فيها في عملية إنتاج مكونات السيراميك.

 

 

الشكل 1. عملية تصنيع منتجات السيراميك

 

 

في هذه المذكرة التطبيقية، تم استخدام محلل حجم الجسيمات بالحيود الليزري Bettersizer 2600، مع وحدة التشتت الرطب، لتحديد توزيع حجم الجسيمات لبعض مساحيق السيراميك. يعتمد جهاز Bettersizer 2600 على مزيج من تصميم فورييه وتصميم فورييه العكسي للكشف عن إشارات الضوء المتناثرة للعينة في نفس الوقت في الاتجاهات الأمامية والجانبية والخلفية. وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام خلية عينة مائلة لتقليل تأثير الانعكاسات الداخلية الكلية وبالتالي تحقيق نطاق قياس أوسع ودقة ودقة عالية. في هذا التطبيق والعديد من التطبيقات الأخرى، يعتبر Bettersizer 2600 أداة مفيدة لقياس حجم الجسيمات، خاصةً لدراسة توزيع حجم العديد من المواد الخزفية، وكذلك تفاعلاتها.

 

 

قياس توزيع حجم الجسيمات لمساحيق السيراميك

 

تم استخدام العديد من التقنيات المختلفة لقياس توزيع حجم جسيمات مساحيق السيراميك. وفي طليعة هذه التقنيات، يقدم محلل حجم الجسيمات بالليزر Bettersizer 2600 مزايا فريدة من نوعها نظرًا لسهولة استخدامه وسرعة تشغيله. كما أن نطاق القياس الديناميكي الذي يغطيه جهاز Bettersizer 2600 واسع للغاية، مما يسمح باكتشاف مساحيق ومجاميع السيراميك بسهولة في قياس واحد في نفس الوقت مع إمكانية تكرار عالية. تم قياس ثلاث عينات من السيراميك مقدمة من إحدى الشركات المصنعة وكانت نتائج الاختبار على النحو التالي.

 

 

كما يتبين من الشكل 2، تُظهر نتائج اختبار العينات A وB وC توزيعًا واسعًا مع انعطاف دون الميكرون في كل حالة. غالبًا ما يشير التوزيع الواسع لحجم الجسيمات إلى انخفاض تجانس المسحوق. قد تكون الاختلافات الصغيرة ولكن المهمة في التوزيع مرتبطة بالاختلافات في تقنيات المعالجة. يجب التحكم في حجم وتوزيع جسيمات المواد الخزفية قبل تلبيد الجسم الأخضر بغض النظر عن تقنية المعالجة المستخدمة. عادةً ما تكون هناك علاقة مباشرة بين حجم جسيمات مسحوق السيراميك وحجم المسام الملحوظ في الجسم الأخضر قبل التلبيد. وعلى وجه الخصوص، تميل مساحيق السيراميك الكبيرة ذات المساحة السطحية المنخفضة إلى الاندماج بشكل غير فعال. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تكوين مسام كبيرة تستمر أثناء التلبيد مما يؤدي إلى إمكانية وجود منتجات خزفية غير مؤهلة ^[1]. ومع ذلك، يمكن التحكم في تكوين المسام الكبيرة باستخدام مساحيق موحدة ذات أحجام جسيمات أصغر أو باستخدام توزيع متعدد الجسيمات متعددة التشتت حيث تملأ الجسيمات الدقيقة داخل المسحوق الفراغات بين الجسيمات الأكبر حجمًا.

 

 

وعلاوة على ذلك، وكما يتضح من الشكل 2، تحتوي العينة (أ) والعينة (ب) على جسيمات أكثر خشونة من العينة (ج). وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى أن الجسيمات الخشنة التي يزيد حجمها عن 10 ميكرومتر تظهر في كل من العينة (أ) والعينة (ب)، وهو مؤشر على أن تجانس الجسيمات في العينة (أ) والعينة (ب) أضعف من العينة (ج). يتم التحقق من ذلك من خلال صور المجهر الضوئي في الشكل 3، حيث يُلاحظ توزيع مجاميع الجسيمات الخشنة بوضوح في العينة A والعينة B ولكن لا يظهر في العينة C. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى اختلافات في الخواص الفيزيائية لمواد السيراميك المسحوق نفسه أو التأثير على قابلية تشتت المواد الخزفية المختلطة حتى قبل تكوين الجسم الأخضر. وستتكون مسام كبيرة في أجزاء العينة A والعينة B، مما يضر بعملية التلبيد.

 

 

لذا، بالنسبة لهذا التطبيق، يحتاج المصنعون إلى التأكد من أن نطاق حجم الجسيمات ليس واسعًا جدًا وأن عامل التعبئة هو الأمثل من خلال وجود نسبة مناسبة من الجسيمات الخشنة إلى الجسيمات الدقيقة. وعلى وجه الخصوص، يجب عدم وجود تكتلات كبيرة الحجم.

 

 

الشكل 2. توزيع حجم الجسيمات للعينات A وB وC

 

 

 

الشكل3. توزيع حجم الجسيمات وتحليل الصورة للعينات A وB وC

 

                                

القيمة النموذجية	التكرار (%)
	العينة أ	العينة ب	العينة ج
D10	0.31	0.11	0.13
D50	0.86	0.15	0.09
D90	0.74	0.42	0.07

 

الجدول 1. تحليل قابلية التكرار للعينات

 

 

كل هذه العوامل تحدد ما إذا كانت العينة A و B و C مناسبة لإنتاج السيراميك أم لا. لتأكيد هذه النتائج، تم استخدام نظام تحليل التصوير الساكن ^[2]. تُظهر الصور الملتقطة في الشكل 3 بوضوح وجود الركام في العينتين A وB.

 

 

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن نرى من الشكل 3 أن القياسات المتعددة للمواد الخزفية الثلاث بواسطة جهاز Bettersizer 2600 تشير إلى قابلية جيدة للتكرار. ويظهر ذلك بشكل أفضل في الجدول 1. قيم التكرار أقل بكثير من متطلبات المواصفة القياسية ISO 13320 ^[2]. لذلك، فإن الثقة في نتائج هذه المساحيق الخزفية عالية باستخدام جهاز Bettersizer 2600.

 

 

الخلاصة

 

إن القياس الدقيق لتوزيع حجم جسيمات مساحيق السيراميك ضروري للغاية في إنتاج مكونات السيراميك الحديثة. وقد ثبت أنه يمكن تحديد حجم الجسيمات وقابلية التشتت لمسحوق السيراميك بواسطة جهاز Bettersizer 2600، كما أن نتائج الاختبار تتمتع بإمكانية تكرار عالية. وأظهر هذا التحليل الدقيق عالي السرعة تكتلات أقل خشونة في العينة C، مقارنةً بالعينتين A وB، حيث يمكن التنبؤ بأن كلاهما أقل تجانسًا. وبالتالي، يمكن لأداة تحجيم من هذا النوع أن تساعد في تطوير مساحيق السيراميك ومراقبة جودتها، وبالتالي تقليل تكاليف الإنتاج.

 

 

المرجع

 

[1] W.D. Kingery وآخرون، مقدمة في السيراميك، الطبعة الثانية، 1976، جون وايلي وأولاده.
[2] ISO 13320 (2009) تحليل حجم الجسيمات - طرق حيود الليزر.

 

 

 

نبذة عن المؤلف

        

فانغ فانغ تشانغ   مهندس تطبيقات في بيترسايز إنسترومنتس

 

 

        

هل تريد الحصول على مواد سيراميك عالية الأداء؟ استكشف مجموعتنا من الملاحظات التطبيقية للسيراميك FIVE التي صممها مختبر أبحاث Bettersize.   تنزيل مجاني