قياس حجم الجسيمات والكشف عن تكتلات المواد الخزفية أثناء عملية الإنتاج

يُعد القياس الدقيق لمساحيق السيراميك أمرًا بالغ الأهمية في تصنيع السيراميك. وقد ثبت أن جهاز Bettersizer S3 Plus يقيس بدقة حجم الجسيمات وتوزيع حجمها، ويراقب بفعالية التكتل الموجود في مواد مساحيق السيراميك. لذلك، يُعد Bettersizer S3 Plus أداة قيمة لعرض نتائج حجم الجسيمات وشكلها. وبمساعدة جهاز Bettersizer S3 Plus، يمكن للمصنعين إنتاج منتجات سيراميك عالية الأداء.

 

                        

المنتج	Bettersizer S3 Plus
الصناعة	سيراميك
العينة	أكسيد الألومنيوم
نوع القياس	حجم الجسيمات، شكل الجسيمات
تقنية القياس	حيود الليزر، تحليل الصور الديناميكية

 

 

الانتقال إلى قسم

 

 
• مقدمة
 
• النتيجة 
   
  • الجسيمات الدقيقة
   
  • توزيع حجم الجسيمات
   
  • التكتل
   
   
 
• الخاتمة
 
• المرجع
 

 

 

---

 

مقدمة

 

عادةً ما يتم تحديد قوة منتجات السيراميك الحديثة من خلال خصائص المسحوق في أربع مراحل: المعالجة المسبقة للمسحوق، والتشتيت والخلط، والقولبة، والتلبيد. وللوصول إلى القوة المثلى للمنتجات النهائية، فإن حجم الجسيمات هو العامل الأساسي الذي يجب مراعاته من مرحلة المعالجة المسبقة للمسحوق. ويرجع ذلك إلى أن الجسيمات الدقيقة ذات السطح الكبير والجاذبية الجزيئية أكثر عرضة للتكتل من الجسيمات الخشنة. وبالإضافة إلى ذلك، يقلل التكتل بشكل كبير من كفاءة التلبيد ويزيد من احتمالية فشل المكونات الخزفية. ولذلك، من المهم مراقبة التكتل في مواد المسحوق الناعم والتحكم فيه طوال عملية الإنتاج بأكملها من أجل تحسين قوة منتجات السيراميك.

 

 

ويستخدم جهاز Bettersizer S3 Plus تقنية نظام DLOI (نظام العدسات المزدوجة ونظام السقوط المائل) الحاصل على براءة اختراع لضمان قياس المساحيق الخزفية الدقيقة. وفي الوقت نفسه، تسمح كاميرا CCD المدمجة عالية الدقة المدمجة للمصنعين بمراقبة التكتل في الوقت الحقيقي أثناء قياسات حجم الجسيمات. في هذه المذكرة التطبيقية، سيتم تحليل حجم الجسيمات وتوزيع حجمها وتجمعات مسحوق أكسيد الألومنيوم لمساعدة الشركات المصنعة على تحقيق قوة أفضل لمنتجات السيراميك.

 

 

الشكل 1. النظام الضوئي Bettersizer S3 Plus

 

 

النتيجة

 

 

الجسيمات الدقيقة

 

من الضروري إجراء قياس دقيق للجسيمات الدقيقة في تصنيع السيراميك. تم الحصول على عينة 0.4 ميكرومتر معتمدة من مورد شركة علاء الدين للكيماويات. وفقًا للنتائج المدرجة في الجدول 1 والشكل 2، يبلغ متوسط D50 0.396 ميكرومتر، وهو قريب من نتائج SEM للعينة في الشكل 3. تبلغ قابلية تكرار D50 0.39%، وهو ما يضمن موثوقية التحليل ويتوافق تمامًا مع معيار ISO 13320^[1].

 

                                              

العينة	D10 (ميكرومتر)	D50 (ميكرومتر)	D90 (ميكرومتر)
0.4 ميكرومترألومينا-1	0.241	0.395	0.962
0.4 ميكرومترألومينا-2	0.24	0.396	0.962
0.4 ميكرومتر ألومينا3	0.243	0.398	0.967
0.4 ميكرومتر ألومينا4	0.243	0.396	0.966
0.4 ميكرومترألومينا-5	0.24	0.392	0.957
التكرار	0.63%	0.55%	0.45%

 

الجدول 1. قيم الحجم النموذجي لعينة الألومينا

 

 

الشكل 2. توزيع حجم الجسيمات وتكرار عينة الألومينا بحجم 0.4 ميكرومتر

 

 

 

الشكل3. نتيجة SEM لعينة من أكسيد الألومنيوم

 

 

توزيع حجم الجسيمات

 

التلبيد هو ضغط المساحيق في منتج كثيف (يُعرف أيضًا باسم الجسم الأخضر). وخلال هذه المرحلة، يتم تسخين المساحيق إلى ما دون درجة انصهار المادة الخام. يحدث الانكماش في الجسم الأخضر، وتتشكل الروابط بين الجسيمات. ونتيجة لذلك، تقل المساحة وتزداد قوة الجسم الأخضر. ويوضح الشكل 4 الآلية أثناء عملية التلبيد.

 

 

الشكل 4. آلية التلبيد

 

 

يكون لحجم الجسيمات وتوزيع حجمها تأثيرات كبيرة على معدلات التلبيد. تنخفض قوة التلبيد المدفوعة بالتلبيد مع زيادة حجم الجسيمات، وبالتالي فإن المساحيق الكبيرة غير قادرة على الترابط بكفاءة ^{[2, 3]}. وبعبارة أخرى، لا يمكن أن ينخفض حجم المسام بكفاءة. يتمثل أحد الحلول لتقليل تأثيرات المسام الكبيرة في خلط مساحيق السيراميك الدقيقة مع الجسيمات الكبيرة، وبالتالي يمكن للجسيمات الصغيرة أن تملأ المسام أثناء التلبيد ^[4].

 

 

الشكل 5. توزيع حجم الجسيمات لعينة أكسيد الألومنيوم

 

                

العينة	D10 (ميكرومتر)	D50 (ميكرومتر)	D90 (ميكرومتر)
عينة أكسيد الألومنيوم	5.333	11.49	20.50

 

الجدول 2. قيم الجسيمات النموذجية لعينة أكسيد الألومنيوم

 

 

 

الشكل 6. صورة جسيمات مسحوق أكسيد الألومنيوم

 

 

عينة مسحوق الألومينا من شركة لتصنيع السيراميك. يبلغ متوسط الحجم 11.49 ميكرومتر، ولكن الجسيمات موزعة من 3.633 ميكرومتر إلى 23.41 ميكرومتر كما هو موضح في الشكل 5 والجدول 2. تحتوي العينة على بعض الجسيمات الدقيقة التي يمكن ملاحظتها في الشكل 6. وبالتالي، يمكن أن تملأ الجسيمات الدقيقة في العينة المسام، وتقل احتمالية بناء مسام كبيرة أثناء التلبيد.

 

التكتل

 

في صناعة السيراميك، لا يهيمن حجم الجسيمات وتوزيع حجمها على القوة النهائية فحسب، بل إن التكتلات أو الجسيمات كبيرة الحجم لها تأثيرات قوية عليها. يمكن أن تعرض نافذة التحليل في الوقت الحقيقي الجسيمات المتجمعة، كما هو موضح في الشكل 7.

 

 

 

الشكل 7. المجاميع المرصودة في نافذة العرض في الوقت الحقيقي

 

 

سيؤدي التكتل إلى انخفاض قوة المنتجات النهائية، نظرًا لأن التكتل يقلل بشكل كبير من كثافة الجسم الأخضر ^[4].

 

 

الخلاصة

 

يُعد القياس الدقيق لمساحيق السيراميك أمرًا بالغ الأهمية في تصنيع السيراميك. وقد أثبت جهاز Bettersizer S3 Plus قدرته على قياس حجم الجسيمات وتوزيع حجمها بدقة، ومراقبة التكتل الموجود في مواد مساحيق السيراميك بفعالية. لذلك، يُعد Bettersizer S3 Plus أداة قيمة لعرض نتائج حجم الجسيمات وشكلها. وبمساعدة جهاز Bettersizer S3 Plus، يمكن للمصنعين إنتاج منتجات سيراميك عالية الأداء.

 

 

المرجع

 

[1] ISO 13320 (2009) تحليل حجم الجسيمات - طرق حيود الليزر.
[2] بيلين، ج. ج. ج. (1977). الألومينا: التلبيد والخصائص البصرية. Technische Hogeschool Eindhoven.
[3] W.D. Kingery et al (1976). مقدمة في السيراميك، الطبعة الثانية. John Wiley & Sons.
[4] Kumar, A. (2013). دروس عملية 'السيراميك والغرويات': تلبيد TP 3 تلبيد 1 TP 3-السيراميك: التلبيد والبنية المجهرية المسؤول

 

 

 

نبذة عن المؤلف

        

شيورونغ تشيو   مهندس تطبيقات في بيترسايز إنسترومنتس

 

 

        

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